用于CCUS地质封存的CO2响应型智能凝胶封窜体系

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ARMYUN1981
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CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)是目前唯一能够实现大规模碳减排的可行性措施。但在地质封存后的CO2可能会发生泄露或逃逸,尤其是通过固井质量较差或老化的井筒泄露,可能会给人类社会、生态系统和地下水系统造成局部灾害。常规的补救措施如补注水泥、生物矿化等,具有选择性差、制备工艺复杂等局限性,而pH响应型智能凝胶聚合物凝胶注入性能良好、制备工艺较为简单,其智能性体现在当环境pH值等变化时,凝胶发生溶胶-凝胶态转变。pH响应型聚合物包括CO2响应型聚合物,其在酸性条件下发生溶胶-凝胶态转变,可适用于CCUS地质封存条件。本文选取κ-卡拉胶作为聚阴离子,聚乙烯亚胺为聚阳离子,采用一锅法制备并优选了一种注入性能优良、封堵效果良好的CO2响应型凝胶,用于提高井筒完整性。本课题采用ESEM等测试手段对CO2响应型凝胶的结构进行了表征,结果表明制备得到了响应后的体系,其交联网络的孔径更加均一、表面更为平整。DSC测试结果表明CO2响应型凝胶体系的吸热峰较宽,分子链的刚性较强,热稳定性较好。通过流变仪主要考察了剪切频率、剪切应力和温度三个变量对不同比例体系粘弹性的影响,该结果表明不同比例体系的黏度随着剪切频率的增大而减小,呈现出非牛顿流体的特性;对流变曲线根据幂律方程进行拟合,流动指数n均小于1,表现出剪切变稀的性质。动态振荡测试结果表明,CO2响应型凝胶的模量较响应前(0.1~30 Pa)提高了2~4个数量级(100~3000 Pa),力学性能的变化在一定程度上证明了体系的响应性。经耐温测试后的干凝胶随着温度的升高,模量变化较小,CO2响应型凝胶随温度的升高,其模量在75~90℃下降了1~2个数量级,证明该体系的耐温性较好。岩心驱替实验结果显示F比例体系(BP为3.5%wt,KC为0.5%wt)在80℃,围压35 MPa以上时,对CO2气体的封堵率为79.7%,对水相的封堵率为99.8%,表明该封窜体系具有良好的封堵性能。综上所述,本课题制备的CO2响应型凝胶封窜体系响应前是一种热可逆的物理凝胶(假塑性流体),50℃以上的注入性较为优良;响应后的凝胶具有均一、稳定的三维网络结构,该体系响应较为灵敏,工艺较为简单,具有良好的热稳定性及封窜性能,为后续CCUS地质封存过程中的智能凝胶封窜体系的发展提供了新的技术路线与理论支撑。
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