English

• 致密气藏储层由于孔喉细小、原始含水饱和度高，从而表现出低孔、低渗的特点^[1]。而且在开发过程中，即使在欠平衡条件下，各种水基工作液均会侵入地层，形成液相滞留，从而增加近井地带或裂缝面附近的基质含水饱和度，造成水锁伤害，严重降低气相渗透率。因此，高的原始含水饱和度和水锁伤害是致密气藏损害的核心问题，也是致密气开发的主要障碍^{[2, 3]}。目前，国内外常用的解除水锁的方法主要有物理法和化学法两大类^[4]。Xie等^[5]通过毛细管上升实验筛选出一种表面活性剂S300，能够使岩石由强水湿转变为中性润湿从而大幅度提高气体流动能力。Bang等^[6]通过实验发现，非离子型含氟聚合物乙二醇溶液能通过改变岩石的润湿性而在一定程度上解除气藏水锁问题，并能在较宽的温度、压力和矿化度范围内保持稳定。游利军等^[7]通过对致密砂岩水相反排影响因素进行研究，提出采用增大驱替压差自然解除强非均质性储层水相圈闭的方法；Wang等^[8]采用有限元分析和油藏模拟软件模拟了井眼尺度下的微波加热，对微波加热储层解除水锁进行了研究，发现微波加热法能够快速消除水相滞留对气相渗透率的影响，但该方法目前仍处于实验研究阶段。Ganjdanesh等^[9]首次提出通过向储层中注入二甲醚解除水锁的方法，并发现其比注入醇类等具有更好的效果。但是，以上方法无论是物理法还是化学法，都具有其自身的适应性和缺点，其中物理法解除伤害的深度浅且耗能较高；而化学法解除伤害的效率较低。以某物质体系作为干化剂与地层水发生化学反应生成气体和热量从而消耗地层水、降低储层含水饱和度，提高气体渗流能力的方法为致密气藏的开发提供了一种新的思路。以此为基础，干化反应放出热量产生的热蒸发耗水量对于水锁解除具有重要的意义，而目前还未有相关方面的研究。本文通过干化剂干化反应实验，在测定干化剂干化耗水量的基础上，进行了干化反应热效应的研究，并对干化过程中的压力和温度对干化反应热效应的影响进行了详细讨论，明确指出了干化过程中，理论干化效果与实测干化效果差异的原因。

  1.   实验部分

  1.1   试剂与仪器

  碳化铝(Al₄C₃，上海迈瑞尔化学技术有限公司)；乙炔钠(C₂HNa，Aladdin试剂有限公司)；碳酸氢钠、氯化钠、氯化钙、氯化镁(成都科龙化工试剂有限公司)；去离子水。

  NSH-300-C276哈氏合金反应釜(安徽科幂机械科技有限公司)；MS-H-Pro⁺数字磁力搅拌器(美国SCILOGEX公司)。由增压泵、压力传感器、气体流量计、回压器等组成干化效果测试装置，示意图如图 1所示。

  图 1

  

  图 1.  干化效果测试装置示意图

  Figure 1.  Schematic diagram of the testing device for drying effect

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  1.2   实验方法

  配置矿化度为52731mg/L、水型为CaCl₂型的模拟地层水；取30mL模拟地层水置于反应釜中并依次开启加热装置和增压装置将地层水加至实验温度和压力；然后通过反应釜加料口将一定量的由碳化铝和乙炔钠按摩尔比为1:4组成的干化剂注入反应釜中，并开启磁力搅拌器以100r/min的速率搅拌，使干化剂与地层水充分混合；待反应1h、气体流量计无气体流出时，开启反应釜；对反应产物进行抽滤，用量筒测量剩余液体的体积。

  2.   结果与讨论

  2.1   致密气藏储层干化机理

  致密气藏储层干化是基于致密储层的特征，在致密气藏储层中选择性地注入干化剂，使其与地层水发生一系列复杂的化学反应，产生烃类气体和热量，从而降低储层中的含水饱和度，并且在干化过程中要避免沉淀及反凝析现象的发生。本文主要研究以Al₄C₃和C₂HNa作为干化主剂的干化剂体系，该干化剂与地层水的化学反应(称为“干化反应”)方程式即干化原理如下：

  Al₄C₃和地层水的反应：

  Al₄C₃+12H₂O=4Al(OH)₃↓+3CH₄↑

  C₂HNa和地层水的反应：

  C₂HNa+H₂O=C₂H₂↑+NaOH

  消除沉淀的反应：

  Al(OH)₃+NaOH=Na[Al(OH)₄]。

  在该干化剂中，Al₄C₃和C₂HNa均具有较强的活性，在常温下即可与水发生化学反应生成气体从而大量消耗水，且随着温度的升高，反应活性逐渐增强。其中Al₄C₃与水的反应中有固相物质氢氧化铝生成，氢氧化铝为一种两性氢氧化物，与酸碱均可发生反应，因此，可通过与C₂HNa和水的反应产物(氢氧化钠)反应生成可溶于水的Na[Al(OH)₄]消除沉淀^{[10, 11]}。所以，该干化剂具有大量消耗地层水且不产生固相物质的特点，是较为理想的干化剂。

  2.2   干化剂干化效果

  根据前述干化机理，假设反应完全，当Al₄C₃与C₂HNa的摩尔比等于或小于1:4时，才能避免固相沉淀的生成，同时由干化反应方程式可以得出，单位质量Al₄C₃的耗水量远大于C₂HNa的耗水量。所以，在无固相物质产生的情况下，应尽可能多的注入Al₄C₃以保证干化效率。因此，以Al₄C₃和C₂HNa为干化主剂的干化剂体系，Al₄C₃与C₂HNa的最优摩尔比应为1:4。本文亦采用Al₄C₃与C₂HNa的摩尔比为1:4的干化剂。

  通过原理性实验测得不同质量的干化剂在0.101MPa、25℃条件下的耗水量及理论值见图 2。

  图 2

  

  图 2.  干化剂理论与实测耗水量

  Figure 2.  Theoretical and actual water consumption of drying agent

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  由图可知，少量的干化剂即可消耗较多的水，具有较好的干化效果。对于相同质量的干化剂，其实测耗水量大于理论耗水量，并且随着干化剂质量的增加，实测耗水量增加的速率大于理论耗水量增加的速率。分析干化反应过程，除参与物质转化消耗的水外，由热化学理论可知，干化反应为放热反应，在干化反应过程中放出的热量能够使地层水蒸发为气相，从而增加了地层水的消耗，使实测耗水量大于理论耗水量。因此，干化反应热效应是影响干化剂实际耗水量大小的重要因素，有必要对干化反应热效应及其对耗水量的影响进行研究。

  2.3   干化剂干化反应热效应

  2.3.1   常温常压下干化反应热效应化学反应

  的实质是物质分子中原子的重新组合，是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。旧化学键的断裂和新化学键的形成都伴随着能量的变化，即断开化学键需要吸收能量，形成化学键会释放能量，这种能量的变化往往以热量的形式表现出来，即为化学反应的热效应^[12]。在地层中，干化剂与地层水的反应可视为等压过程，且不做非体积功。则在标态(0.101MPa)下，干化剂中各物质与水反应的标准摩尔焓变即发生1mol反应的化学反应热可由下式计算：

  $ {Q_p} = {\mathit{\Delta }_r}H_m^\theta = \sum {\nu _j}{\mathit{\Delta }_f}H_m^\theta \left( j \right) - \sum {\nu _i}{\Delta _f}H_m^\theta \left( i \right) $

  (1)

  式中，Q_P为化学反应热，kJ；Δ_rH_m^θ为标准摩尔反应焓变，kJ/mol；ν为化学计量数，无量纲；Δ_fH_m^θ为标准摩尔生成焓，kJ/mol；i、j分别为反应物和生成物。298.15K时干化反应中各物质的标准摩尔生成焓见表 1^[13]。由干化反应的化学方程式及各物质的标准摩尔生成焓，利用公式(1)可计算出在标态、298.15K下1mol各反应的焓变，即写出干化反应的热化学方程式如下：

  表 1

  

  表 1  298.15K时各物质的标准摩尔生成焓

  Table 1.  The molar enthalpy of formation under 298.15K and standard state

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  物质名称	Al4C3	C2HNa	H2O	Al(OH)3	NaOH	CH4	C2H2	Na[Al(OH)4]
  ΔfHmθ/(kJ·mol-1)	-215.69	98.4	-285.83	-1274.9	-416.88	-74.6	226.51	-1712.8

  Al₄C₃(s)+12H₂O(l)＝4Al(OH)₃(s)+3CH₄(g)

  Δ_rH_m^θ(298K)=-1677.75kJ·mol^-1

  C₂HNa(s)+H₂O(l)＝C₂H₂(g)+NaOH(∞ aq)

  Δ_rH_m^θ(298K)=-2.94kJ·mol^-1

  Al(OH)₃(l)+NaOH(∞aq)＝Na[Al(OH)₄] (∞ aq)

  Δ_rH_m^θ(298K)=-21.02kJ·mol^-1。

  由于焓变均为负值，故干化剂与水发生的各化学反应均为放热反应。由上述各1mol反应放出的热量可计算出不同质量的干化剂与地层水在298.15K、0.101MPa下反应时放出的热量(见表 2)。由表 2可知，1g干化剂与地层水反应可放出约5.28kJ的热量，并且随着干化剂质量的增加，干化反应放出的热量逐渐增加；其次，在该干化剂中，Al₄C₃与水的反应为主要放热反应，其产生的热量约占总热量的94.5%，而C₂HNa与水的反应和消除沉淀的反应放出的热量较少。

  表 2

  

  表 2  干化剂各组分放出的热量及总热量

  Table 2.  The total heat released by drying agent and the heat released by every component included in drying agent

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  干化剂质量/g	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5
  Al4C3/kJ	4.99	7.49	9.99	12.48	14.98	17.48	19.97	22.47	24.97
  C2HNa/kJ	0.04	0.05	0.07	0.09	0.11	0.12	0.14	0.16	0.18
  Al(OH)3+NaOH/kJ	0.25	0.38	0.50	0.63	0.75	0.88	1.00	1.13	1.25
  总热量/kJ	5.28	7.92	10.56	13.20	15.84	18.47	21.11	23.75	26.39

  2.3.2   地层水热蒸发耗水量计算

  干化反应的热效应主要从两个方面影响储层的干化：(1)反应放出的热量使部分地层水由液相蒸发为气相，增加了地层水的消耗；(2)反应放出的热量使体系温度升高，加快了干化反应的速率。虽然致密气藏储层具有较高的原生水饱和度，但由于孔隙体积较小，岩石孔隙内的总含水量仍然为一个有限值，特别是在近井带一定范围内更是如此。经循环注入干化剂，可以产生足够的热量使部分地层水通过蒸发而干化。由热力学理论知，一定温度下的液态水蒸发成水蒸气一般要经历两个过程：(1)凝聚态的水恒压变温过程；(2)恒温恒压下的相变过程^[14]。标态下，温度为T的液态水蒸发成为100℃的水蒸气吸收的热量可用下式计算：

  Q=ΔH=nC_{p, m}(373-T)+nΔ_vapH_m(100℃)

  其中，n为物质的量，mol；Δ_vapH_m为摩尔蒸发焓，kJ/mol；C_{p, m}为等压摩尔热容，kJ/(mol·K)。则干化剂与水反应放出的热量可蒸发某温度下水的体积的计算公式为：

  $ {V_w} = \frac{{18Q}}{{{\rho _w}[{{\overline C }_{p, m}}\left( {373 - T} \right) + {\mathit{\Delta }_{{\rm{vap}}}}{H_m}(100℃)]}} $

  (2)

  式中，ρ_w为水的密度，g/cm³。已知H₂O(l)的摩尔蒸发焓Δ_vapH_m(100℃)=40.668kJ·mol^-1，25℃~100℃范围内的平均等压摩尔热容C_{p, m}=0.0756 kJ·K^-1·mol^-1。由表 2中不同质量的干化剂与水反应放出的热量，利用公式(2)可计算出相应的水蒸发的体积。表 3是干化剂理论耗水量和热蒸发耗水量及实测耗水量数据，各部分耗水量对比见图 3。

  表 3

  

  表 3  干化剂各部分耗水量数据表

  Table 3.  Each part of water consumption of drying agent

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  干化剂质量/g	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5
  理论耗水量	0.86	1.29	1.71	2.14	2.57	3	3.43	3.86	4.29
  热蒸发耗水量	2.05	3.08	4.10	5.13	6.15	7.17	8.2	9.23	10.25
  总理论耗水量	2.91	4.37	5.81	7.27	8.72	10.17	11.63	13.09	14.54
  实测耗水量	3.5	4.6	6.5	8	9.3	10.2	12.5	13.5	15.6

  图 3

  

  图 3.  干化剂理论耗水量、热蒸发耗水量及实测耗水量对比图

  Figure 3.  Comparison of actual water consumption and theoretical water consumption and thermal water consumption

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  由图可知，干化剂与水反应放出的热使大量的水蒸发，其耗水量约占总耗水量的65%，且随着干化剂质量的增加，干化反应放出的热量逐渐增加，其热蒸发耗水量也随之增加。其次，由热蒸发耗水量和理论耗水量所组成的总理论耗水量与实测耗水量偏差较小，能够较好的吻合。因此，干化剂实际耗水量大于理论耗水量主要是由干化反应热效应产生的热蒸发耗水量所造成。

  2.3.3   热效应对反应速率的影响

  影响化学反应速率的因素主要有反应物的浓度和反应温度。对于干化反应，干化剂为固态物质，故反应速率受浓度的影响较小，而主要受温度的影响^[15]。由前述研究可知，干化反应为放热反应，放出的热量使体系温度升高，进而使反应物活化分子的百分数增加，分子的碰撞频率增加，有效碰撞次数也增加，故使干化反应的反应速率增加^[16]。反应速率的增加能够使干化剂与地层中的水迅速反应，从而在较短时间内实现对致密气藏储层的干化。

  2.4   压力和温度对干化反应热效应的影响

  化学反应的热效应往往受体系压力和温度变化的影响。而且，实际地层一般处于高温高压条件下，因此，干化剂与地层水在储层中反应放出的热量还与地层压力和地层温度有关。

  2.4.1   压力对干化反应热效应的影响

  若反应在温度T、压力p₁下进行时的焓变即反应热为Δ_rH_{T, p1}，在相同温度T、压力p₂下进行时反应热为Δ_rH_{T, p2}，则：

  $ \begin{array}{l} {\mathit{\Delta }_r}{H_{T, {p_2}}} - {\mathit{\Delta }_r}{H_{T, {p_1}}} = \\ {\left( {{\sum _j}{H_j} - {\sum _i}{H_i}} \right)_{T,{p_2}}} - {\left( {{\sum _j}{H_j} - {\sum _i}{H_i}} \right)_{T,{p_1}}} = \\ {\rm{ }}{\sum _j}{({H_{T, {p_2}}} - {H_{T, {p_1}}})_j} - {\rm{ }}{\sum _i}{({H_{T, {p_2}}} - {H_{T, {p_1}}})_i} \end{array} $

  (3)

  由恒温条件下，纯物质的焓随压力变化的关系式：

  $ {\left( {\frac{{\partial H}}{{\partial p}}} \right)_T} = {\rm{ }}V - T{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)_p} $

  对上式积分，并代入(3)式得：

  $ \begin{array}{l} {\mathit{\Delta }_r}{H_{T, {p_2}}} - {\mathit{\Delta }_r}{H_{T, {p_1}}} = \int_{{p_1}}^{{p_2}} {{\sum _j}{{\left[ {V - T{{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)}_p}} \right]}_j} - } {\rm{ }}\\ {\rm{ }}{\sum _i}{\left[ {V - T{{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)}_p}} \right]_i}dp \end{array} $

  (4)

  对干化剂中主要干化物质Al₄C₃与地层水的反应，反应物为凝聚态体系，故有$V \gg T{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)_p}$，则：

  $ {\sum _i}{\left[ {V - T{{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)}_p}} \right]_i} \approx {\sum _i}{V_i} = {V_{\left( {{\rm{A}}{{\rm{l}}_{\rm{4}}}{{\rm{C}}_{\rm{3}}}} \right)}} + {V_{({{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}})}}; $

  产物为CH₄气体和氢氧化铝固体，由于气体体积随温度的变化较大，则：

  $ \begin{array}{l} {\sum\limits_j {\left[ {V - T{{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)}_p}} \right]} _j} \approx \\ {V_{\left( {{\rm{Al}}{{\left( {{\rm{OH}}} \right)}_{\rm{3}}}} \right)}} + {V_{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}} \right)}} - T{\left( {\frac{{\partial {V_{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}} \right)}}}}{{\partial T}}} \right)_p} \end{array} $

  由于固体所占体积较小，故可认为V_(Al4C3)≈V_(Al(OH)3)，则：

  $ \begin{array}{l} {\sum _j}{\left[ {V - T{{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)}_p}} \right]_j} - {\sum _i}{\left[ {V - T{{\left( {\frac{{\partial V}}{{\partial T}}} \right)}_p}} \right]_i} = \\ {\rm{ }}{V_{{\rm{(C}}{{\rm{H}}_{\rm{4}}}{\rm{)}}}} - {\rm{ }}T{\left( {\frac{{\partial {V_{({\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{4}}})}}}}{{\partial T}}} \right)_p} - {V_{{\rm{(}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O)}}}} \end{array} $

  (5)

  将(5)式代入(4)式，且由于水的体积随压力变化较小，故可视为常数，则得：

  $ \begin{array}{l} {\mathit{\Delta }_r}{H_{T, {p_2}}} = {\mathit{\Delta }_r}{H_{T, {p_1}}} + \mathit{\Delta }H(C{H_4}) - \\ {V_{({{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}})}}({p_2} - {p_1}) \end{array} $

  (6)

  其中，p为体系压力，kPa；ΔH(CH₄)= H_{T, P2}(CH₄)-H_{T, P1}(CH₄)，为甲烷气体在温度T，压力从p₁变化到p₂时的焓变，可根据普遍化焓差图求得^[17]。

  利用公式(6)及0.101MPa、298.15K时1g Al₄C₃与水反应放出热量的值可计算出1g Al₄C₃与水反应放出的热量随体系压力的变化曲线如图 4所示。由图可知，干化剂中主要干化物质Al₄C₃与水反应放出的热量随体系压力的升高而线性增加，但增加速率较小，约为0.0028kJ/MPa。

  图 4

  

  图 4.  Al₄C₃与水反应放出的热量随反应压力的变化曲线

  Figure 4.  The variation with pressure of heat produced by the reaction of 1g Al₄C₃ and water

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  2.4.2   温度对干化反应热效应的影响

  由某压力下化学反应热效应与反应温度的关系—基尔霍夫公式：

  $ {\mathit{\Delta }_r}{H_{m, {T_2}}} = {\mathit{\Delta }_r}{H_{m, {T_1}}} + \int_{{T_1}}^{{T_2}} {\mathit{\Delta }{C_{P, m}}dT} $

  (7)

  其中, ΔC_{P, m}=∑_jν_jC_{P, m}(j)-∑_iν_iC_{P, m}(i)。

  各物质的等压摩尔热容随温度变化的经验关系式可以表示为：

  $ {C_{P, m}} = a + bT + c{T^2} $

  则：

  $ \mathit{\Delta }{C_{P, m}} = \mathit{\Delta }a + \mathit{\Delta }bT + \mathit{\Delta }c{T^2} $

  (8)

  其中：Δa=∑_jν_ja_j-∑_iν_ia_i

  Δb=∑_jν_jb_j-∑_iν_ib_i

  Δc=∑_jν_jc_j-∑_iν_ic_i

  将(8)式代入(7)式，并积分得：

  $ \begin{array}{l} {\mathit{\Delta }_r}{H_{m, {T_2}}} = {\mathit{\Delta }_r}{H_{m, {T_1}}} + a({T_2} - {T_1}) + \\ \frac{1}{2}\mathit{\Delta }b(T_2^2 - T_1^2) + \frac{1}{3}\mathit{\Delta }c(T_2^3 - T_1^3) \end{array} $

  (9)

  即为某一压力下化学反应热与反应温度的关系式。

  表 4是标态下，Al₄C₃与地层水的反应中各物质的等压摩尔热容经验公式的系数值与Δ值，由表中各系数及0.101MPa、298.15K时1g Al₄C₃与水反应放出的热量值，利用公式(9)可计算出1g Al₄C₃与水反应放出的热量随体系温度的变化曲线(如图 5所示)。由图可知，Al₄C₃与地层水反应放出的热量随体系温度的升高而线性增加，但增加的速率较小，约为0.0035kJ/℃。

  表 4

  

  表 4  标态下各物质等压摩尔热容经验公式系数表

  Table 4.  The coefficients of empirical formula for isobaric molar heat capacities of various substances

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  参数	名称				Δ
  	Al4C3	H2O	Al(OH)3	CH4
  a/J·mol-1·k-1	-6.039	93.411	30.7538	14.15	-949.4
  103b/J·mol-1·k-2	540.49	-116.75	209.16	75.496	1923.6
  106c/J·mol-1·k-3	-438.79	187.00	0.63	-17.99	-1856.6

  图 5

  

  图 5.  1g Al₄C₃与水反应放出的热量随反应温度的变化曲线

  Figure 5.  The variation with temperature of heat produced by the reaction of 1g Al₄C₃ and water

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  2.4.3   温度和压力对耗水量的影响

  由于温度和压力对干化反应热效应影响较小，因此，在地层温度、压力条件下，干化反应放出的热量与常温常压下基本相同。但随着压力的增加，水的沸点升高，而汽化热逐渐减小，因此，在高压条件下，热蒸发耗水量影响因素较为复杂。简单起见，将不同温度和压力下，干化剂放出的热量近似为25℃、标态下放出的热量的值，即5.28kJ/g，则利用公式(2)，由不同压力下水的各参数值如表 5，可得90℃、不同压力下1g干化剂的热蒸发耗水量及总理论耗水量和90℃、不同压力下1g干化剂实测耗水量的变化曲线如图 5所示。由图可知，当体系压力小于临界压力时，随着压力的增加，干化剂理论热蒸发耗水量基本保持不变；实测耗水量呈现缓慢下降的趋势，这是由于干化反应为放热反应，压力和温度的增加在一定程度上抑制了反应的进行，从而使耗水量有所下降，但其对于储层干化仍具有较大的意义。对反应温度来讲，由于水的比热相对蒸发焓较小，且地层温度范围有限，因此，体系反应温度的增加对于热蒸发耗水量的作用较小。

  表 5

  

  表 5  不同压力下水的各参数的值

  Table 5.  The parameters of the water under different pressures

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  压力/MPa	沸点/℃	沸点下的蒸发焓/kJ·mol-1	平均等压摩尔热容/kJ·K-1·mol-1
  0.101	100	40.67	0.0756
  5	264	29.32	0.0802
  10	311	23.28	0.0843
  15	342	17.55	0.0959

  图 6

  

  图 6.  90℃、不同压力下1g干化剂理论与实测耗水量

  Figure 6.  Theoretical and measured water consumption of 1g drying agent at 90℃ and different pressures

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  从以上分析可以看出，用本文所指干化剂对储层中束缚水的干化效果明显。干化效应除化学反应外，还包括热效应，热效应是导致理论干化效果与实测干化效果差异的主要原因。反应热的放出具有提高干化效率及加速反应的效果，压力和温度的升高对干化反应热效应及热蒸发耗水量影响较小。

  3.   结论

  (1) 干化剂化学反应热效应对储层干化具有较大的作用，1g干化剂与水完全反应产生约5.28kJ的热量，其热蒸发耗水量约为2mL，约占总耗水量的65%。

  (2) 干化剂实测干化效果主要由干化反应及其热效应决定，即干化剂实测耗水量主要由参与化学反应的水的量和热蒸发耗水量两部分组成。

  (3) 地层温度和压力的大小对实际地层中干化反应的热效应影响较小。随着压力和温度的增加，干化剂实测耗水量有所下降。

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  图 1  干化效果测试装置示意图

  Figure 1  Schematic diagram of the testing device for drying effect

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  图 2  干化剂理论与实测耗水量

  Figure 2  Theoretical and actual water consumption of drying agent

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  图 3  干化剂理论耗水量、热蒸发耗水量及实测耗水量对比图

  Figure 3  Comparison of actual water consumption and theoretical water consumption and thermal water consumption

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  图 4  Al₄C₃与水反应放出的热量随反应压力的变化曲线

  Figure 4  The variation with pressure of heat produced by the reaction of 1g Al₄C₃ and water

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  图 5  1g Al₄C₃与水反应放出的热量随反应温度的变化曲线

  Figure 5  The variation with temperature of heat produced by the reaction of 1g Al₄C₃ and water

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  图 6  90℃、不同压力下1g干化剂理论与实测耗水量

  Figure 6  Theoretical and measured water consumption of 1g drying agent at 90℃ and different pressures

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  表 1  298.15K时各物质的标准摩尔生成焓

  Table 1.  The molar enthalpy of formation under 298.15K and standard state

  物质名称	Al4C3	C2HNa	H2O	Al(OH)3	NaOH	CH4	C2H2	Na[Al(OH)4]
  ΔfHmθ/(kJ·mol-1)	-215.69	98.4	-285.83	-1274.9	-416.88	-74.6	226.51	-1712.8

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  表 2  干化剂各组分放出的热量及总热量

  Table 2.  The total heat released by drying agent and the heat released by every component included in drying agent

  干化剂质量/g	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5
  Al4C3/kJ	4.99	7.49	9.99	12.48	14.98	17.48	19.97	22.47	24.97
  C2HNa/kJ	0.04	0.05	0.07	0.09	0.11	0.12	0.14	0.16	0.18
  Al(OH)3+NaOH/kJ	0.25	0.38	0.50	0.63	0.75	0.88	1.00	1.13	1.25
  总热量/kJ	5.28	7.92	10.56	13.20	15.84	18.47	21.11	23.75	26.39

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  表 3  干化剂各部分耗水量数据表

  Table 3.  Each part of water consumption of drying agent

  干化剂质量/g	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5
  理论耗水量	0.86	1.29	1.71	2.14	2.57	3	3.43	3.86	4.29
  热蒸发耗水量	2.05	3.08	4.10	5.13	6.15	7.17	8.2	9.23	10.25
  总理论耗水量	2.91	4.37	5.81	7.27	8.72	10.17	11.63	13.09	14.54
  实测耗水量	3.5	4.6	6.5	8	9.3	10.2	12.5	13.5	15.6

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  表 4  标态下各物质等压摩尔热容经验公式系数表

  Table 4.  The coefficients of empirical formula for isobaric molar heat capacities of various substances

  参数	名称				Δ
  	Al4C3	H2O	Al(OH)3	CH4
  a/J·mol-1·k-1	-6.039	93.411	30.7538	14.15	-949.4
  103b/J·mol-1·k-2	540.49	-116.75	209.16	75.496	1923.6
  106c/J·mol-1·k-3	-438.79	187.00	0.63	-17.99	-1856.6

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  表 5  不同压力下水的各参数的值

  Table 5.  The parameters of the water under different pressures

  压力/MPa	沸点/℃	沸点下的蒸发焓/kJ·mol-1	平均等压摩尔热容/kJ·K-1·mol-1
  0.101	100	40.67	0.0756
  5	264	29.32	0.0802
  10	311	23.28	0.0843
  15	342	17.55	0.0959

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