化學(xué)驅(qū)和微生物驅(qū)提高石油采收率的基礎(chǔ)研究

1、項目名稱：化學(xué)驅(qū)和微生物驅(qū)提高石油采收率的基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：袁士義 中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)科學(xué)研究院起止年限：2005.12至2010.11依托部門：中國石油天然氣集團(tuán)公司一、研究內(nèi)容(1) 分子設(shè)計理論及高效廉價低/無儲層傷害驅(qū)油劑合成以化學(xué)驅(qū)為重點(diǎn)，研究油水界面層分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)劑分子結(jié)構(gòu)-性能的定量關(guān)系，發(fā)展定量化分子設(shè)計理論，開展適合弱堿/無堿體系的新型高效表面活性劑分子設(shè)計與合成，研制出對儲層低/無傷害的表面活性劑體系，使界面張力達(dá)到超低水平（10-3mN/m）或高效乳化啟動殘余油之后采出原油。開展適宜中低滲儲層的中分子量聚合物和耐溫抗鹽聚合物分子設(shè)計與合成，研制出適合中

2、低滲儲層的高效聚合物和耐溫80120、抗鹽30000-mg/L的新型聚合物產(chǎn)品。（2）化學(xué)驅(qū)油和破乳機(jī)理及物理化學(xué)復(fù)雜滲流理論研究開展弱堿/無堿復(fù)合化學(xué)體系與原油形成超低界面張力機(jī)理研究，研制出高效穩(wěn)定的驅(qū)油配方體系；開展弱堿/無堿體系乳化、結(jié)垢和化學(xué)劑吸附規(guī)律研究，搞清主要影響因素，保持驅(qū)油體系在油藏中的長期有效性；通過復(fù)雜產(chǎn)出液組成對乳化程度的影響以及界面膜破裂機(jī)理研究，提供高效產(chǎn)出液分離方法；開展物理化學(xué)非線性滲流和微觀滲流規(guī)律研究，發(fā)展物理化學(xué)滲流等復(fù)雜滲流理論，為驅(qū)油過程的描述、預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。（3）剩余油分布數(shù)字化定量描述及精細(xì)模擬方法研究開展數(shù)字化油藏精細(xì)描述方法和精

3、度研究，在地質(zhì)知識庫的基礎(chǔ)上建立儲層數(shù)學(xué)描述方程，提高井間儲層描述和剩余油飽和度分布數(shù)字化描述精度，為化學(xué)驅(qū)油和微生物驅(qū)油提供可靠的油藏地質(zhì)基礎(chǔ)；通過室內(nèi)和油藏條件下化學(xué)驅(qū)模擬對比研究，找出結(jié)果差異的主要影響因素，提出合理模擬方法；進(jìn)行考慮物理化學(xué)滲流的數(shù)值模擬研究，形成復(fù)雜系統(tǒng)精細(xì)數(shù)值模擬方法，為化學(xué)驅(qū)優(yōu)化設(shè)計和礦場應(yīng)用提供可靠的模擬方法和手段。（4）微生物驅(qū)油機(jī)理及適宜菌種培育方法研究進(jìn)行油藏條件下微生物資源分布及對驅(qū)油效率的影響研究，搞清油藏內(nèi)原生菌的分布類型及對外加微生物菌種的影響，為選擇適合驅(qū)油的微生物提供指導(dǎo)；針對主要類型油藏和原油情況，搞清微生物菌種驅(qū)油的主要機(jī)理及影響因素；研究

4、利用基因工程、地下激活等方法培育微生物有效菌種的方法，培育出具有特定功能的微生物菌種，探索微生物驅(qū)提高采收率新方法。二、預(yù)期目標(biāo)1、總體目標(biāo) 在基礎(chǔ)理論重大發(fā)展的基礎(chǔ)上，使復(fù)合化學(xué)驅(qū)具備工業(yè)化應(yīng)用的條件，在實(shí)施地區(qū)提高采收率515（如果全國已開發(fā)油田平均提高采收率1%，就可增加石油可采儲量1.8億噸，可增加產(chǎn)值2000億元以上），同時探索微生物驅(qū)提高石油采收率新方法。2、五年預(yù)期目標(biāo) 本項目將圍繞一個目標(biāo)、發(fā)展兩個理論、合成兩類驅(qū)油劑、建立和探索四個方法，為“十一五”后形成提高采收率技術(shù)系列提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。 圍繞一個目標(biāo)：提高石油采收率，在應(yīng)用地區(qū)提高515。 發(fā)展兩個理論：u 發(fā)展定

5、量化分子設(shè)計理論：通過化學(xué)劑結(jié)構(gòu)與性能定量關(guān)系研究，發(fā)展定量化的化學(xué)驅(qū)油劑分子設(shè)計理論，為低/無儲層傷害驅(qū)油劑合成提供理論指導(dǎo)。u 發(fā)展物理化學(xué)滲流理論：通過化學(xué)驅(qū)油過程中物理化學(xué)非線性滲流和微觀滲流特征研究及其數(shù)學(xué)描述，發(fā)展物理化學(xué)滲流理論，為正確描述化學(xué)驅(qū)復(fù)雜滲流機(jī)理和驅(qū)油過程及其優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 合成兩類驅(qū)油劑：u 低/無儲層傷害的表面活性劑：在分子設(shè)計理論指導(dǎo)下，合成出適合弱堿/無堿體系的低/無儲層傷害新型表面活性劑體系，為化學(xué)驅(qū)礦場應(yīng)用提供高效驅(qū)油表面活性劑。u 適合中低滲儲層和耐高溫高鹽的高效聚合物：在分子設(shè)計理論指導(dǎo)下，合成出適合中低滲透油藏的中分子量高效增粘聚合物及耐溫（80

6、-120）耐鹽（30000-mg/l）聚合物，為化學(xué)驅(qū)礦場應(yīng)用提供高效聚合物。建立和探索四個方法：u 剩余油分布數(shù)字化定量描述方法：建立數(shù)字化油藏精細(xì)描述方法和定量預(yù)測剩余油分布方法，為化學(xué)驅(qū)和微生物驅(qū)方法的應(yīng)用提供地質(zhì)基礎(chǔ)。u 化學(xué)驅(qū)精細(xì)模擬方法：建立考慮復(fù)雜物理化學(xué)滲流的物理模擬和數(shù)值模擬方法，為化學(xué)驅(qū)應(yīng)用提供科學(xué)的模擬方法和手段。u 復(fù)雜產(chǎn)出液高效分離方法：通過復(fù)雜產(chǎn)出液組成特征、界面膜強(qiáng)度及其破裂機(jī)理研究，合成出新型高效破乳劑，建立產(chǎn)出液高效分離方法；u 探索微生物提高采收率方法：搞清微生物主要驅(qū)油機(jī)理，通過基因工程等方法培育有效菌種，探索微生物驅(qū)提高采收率新方法。三、研究方案1.項目

7、總體研究思路和技術(shù)路線 提高石油采收率研究主要包括認(rèn)識油藏和開采油藏兩大方面。認(rèn)識油藏主要是認(rèn)識長期注水開發(fā)后油藏非均質(zhì)性的變化及剩余油的分布形態(tài)和分布規(guī)律，這是提高采收率方法應(yīng)用的地質(zhì)基礎(chǔ)，決定著提高采收率方法的選擇，也決定著油田現(xiàn)場實(shí)施的效果。為此需要建立數(shù)字化油藏描述方法。在宏觀上，將根據(jù)我國的沉積儲層類型，開展數(shù)字化油藏精細(xì)描述方法和精度研究，提高井間儲層縱向描述精度和剩余油飽和度分布定量化精度，使儲層精細(xì)研究由定性、半定量向定量化方向發(fā)展；在微觀上，通過先進(jìn)的科學(xué)手段及可視化技術(shù)，在孔隙級別上深入研究剩余油的分布形態(tài)及其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)和受力情況，分析將其采出的物理化學(xué)因素。通過宏

8、觀和微觀相結(jié)合，為化學(xué)驅(qū)和微生物驅(qū)方法的應(yīng)用提供可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。在開采油藏方面，首先從驅(qū)油體系入手，發(fā)展定量化的分子設(shè)計理論，針對我國油藏特點(diǎn)和原油特性，進(jìn)行化學(xué)劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，合成出高效、廉價、適合弱堿/無堿驅(qū)油體系的低/無儲層傷害化學(xué)驅(qū)油劑；除了利用工業(yè)副產(chǎn)物作為化學(xué)劑初始合成原料的做法以外，考慮利用精細(xì)化工的思路生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定可靠的化學(xué)驅(qū)油劑，為提高石油采收率方法提供驅(qū)油劑物質(zhì)基礎(chǔ)；在微生物驅(qū)油研究中利用生物工程技術(shù)，主動培育出具有優(yōu)良驅(qū)油性能并能適應(yīng)不同油藏環(huán)境的微生物菌種；通過各種機(jī)理研究以及深入的界面物理化學(xué)研究，使驅(qū)油體系在地層內(nèi)長期保持高效的驅(qū)油性能；通過復(fù)雜產(chǎn)出液形成機(jī)理研究，

9、給出產(chǎn)出液高效分離方法；研究地下流體及驅(qū)油體系在孔隙介質(zhì)內(nèi)的物理化學(xué)滲流過程，使驅(qū)油體系在孔隙介質(zhì)內(nèi)有效地傳輸和驅(qū)替；在物理化學(xué)滲流規(guī)律指導(dǎo)下，研究不同油藏特點(diǎn)和不同流體的滲流規(guī)律，建立相應(yīng)的物理模擬和數(shù)值模擬方法。通過上述系統(tǒng)的研究和成果集成，形成低/無儲層傷害的高效化學(xué)驅(qū)方法，探索微生物驅(qū)油新方法。上述研究思路和技術(shù)路線是根據(jù)我國油藏資源的特點(diǎn)，在2004年結(jié)題驗(yàn)收的國家973項目“大幅度提高石油采收率的基礎(chǔ)研究”的基礎(chǔ)上提出的，有很好的工作積累，有較完善的設(shè)備和條件，已形成一支穩(wěn)定的科研隊伍和富有特色的“產(chǎn)學(xué)研”一體化的組織模式，經(jīng)過上個973項目的運(yùn)行，證明這一模式非常成功，可以大大加

10、快基礎(chǔ)研究為產(chǎn)業(yè)部門服務(wù)的步伐。因此，本項目的研究思路和技術(shù)途徑是可行的，通過多學(xué)科聯(lián)合深入研究，可望在化學(xué)驅(qū)和微生物驅(qū)基礎(chǔ)理論、方法和驅(qū)油劑方面獲得重大突破。2.創(chuàng)新點(diǎn)（1）定量化分子設(shè)計理論及新型驅(qū)油劑。目前驅(qū)油用化學(xué)劑的分子設(shè)計還停留在以實(shí)驗(yàn)化學(xué)為基礎(chǔ)的水平上，發(fā)展定量化分子設(shè)計理論可以大大促進(jìn)膠體界面化學(xué)和高分子化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，同時在此理論的指導(dǎo)下，針對我國油藏和原油特點(diǎn)，研制出高效、廉價、低/無儲層傷害的驅(qū)油表面活性劑和新型聚合物。（2）物理化學(xué)滲流理論及精細(xì)模擬方法?；瘜W(xué)驅(qū)油過程涉及大量的物理化學(xué)反應(yīng)，目前的滲流理論主要考慮物理滲流過程，尚未深入考慮化學(xué)反應(yīng)及分子變形對滲流的影響。

11、另外，國內(nèi)外對孔隙尺度的微觀滲流研究甚少。物理化學(xué)滲流和微觀滲流是目前國際前緣性研究課題，發(fā)展該理論將為合理描述化學(xué)驅(qū)過程中復(fù)雜的滲流機(jī)理奠定基礎(chǔ)；建立考慮物理化學(xué)滲流過程的精細(xì)模擬方法，為化學(xué)驅(qū)提高采收率研究及應(yīng)用提供科學(xué)的模擬方法和手段。（3）復(fù)雜產(chǎn)出液高效分離方法：復(fù)雜產(chǎn)出液分離是目前國內(nèi)外尚未解決的基礎(chǔ)難題，通過研究化學(xué)劑結(jié)構(gòu)、類型及濃度對復(fù)雜產(chǎn)出液組成特征的影響，了解界面膜形成及破裂機(jī)理，在此基礎(chǔ)上有針對性地研制高效破乳劑，進(jìn)而建立復(fù)雜產(chǎn)出液高效分離方法。（4）儲層數(shù)學(xué)描述方程及剩余油數(shù)字化預(yù)測方法。目前的研究精度尚不能滿足化學(xué)驅(qū)應(yīng)用的需要，通過在地質(zhì)知識庫的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)方程，實(shí)現(xiàn)

12、水驅(qū)后油藏特征及剩余油分布的精細(xì)定量化描述，為化學(xué)驅(qū)和微生物驅(qū)提高采收率提供定量數(shù)字化的油藏基礎(chǔ)。（5）微生物驅(qū)油機(jī)理及適宜菌種培育方法。目前微生物菌種普遍采用從地層原生菌中篩選培育的方法，本研究將探索通過基因工程等方法主動培育適宜高效驅(qū)油的微生物菌種及其主要驅(qū)油機(jī)理和有效提高采收率方法。3.課題設(shè)置（1）低/無儲層傷害表面活性劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計及合成研究內(nèi)容：以弱堿/無堿表面活性劑體系為重點(diǎn)，研究油水界面層分子結(jié)構(gòu)和超低界面張力的關(guān)系，化學(xué)劑分子結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系，在分子設(shè)計理論的指導(dǎo)下進(jìn)行驅(qū)油用表面活性劑的分子設(shè)計與合成。研究目標(biāo)：發(fā)展定量分子設(shè)計理論，研制出適合弱堿/無堿體系的廉價高效低/

13、無儲層傷害的新型表面活性劑，與原油達(dá)到超低界面張力或高效乳化啟動殘余油之后開采原油。承擔(dān)單位：中科院化學(xué)所、大慶石油學(xué)院、中國石油勘探開發(fā)研究院課題負(fù)責(zé)人：王毅琳經(jīng)費(fèi)比例：16.5。（2）新型高效聚合物分子設(shè)計及合成研究內(nèi)容：開展耐溫、抗鹽、抗降解聚合物分子設(shè)計、合成及性能研究，研究適宜中低滲透儲層的中分子量高效聚合物溶液性質(zhì)及驅(qū)油性能。研究目標(biāo)：發(fā)展新型聚合物分子設(shè)計理論，設(shè)計出適合大慶中低滲透儲層的抗污水抗降解系列聚合物和耐溫80120、抗鹽30000mg/L的新型聚合物，在驅(qū)油聚合物的高效、功能化和新穎性方面取得創(chuàng)新成果，為聚合物驅(qū)和復(fù)合化學(xué)驅(qū)現(xiàn)場應(yīng)用提供新型高效聚合物材料。承擔(dān)單位：西

14、南石油學(xué)院、中國石油勘探開發(fā)研究院、中科院化學(xué)所課題負(fù)責(zé)人：羅平亞經(jīng)費(fèi)比例：14.2。（3）新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究研究內(nèi)容：弱堿/無堿復(fù)合驅(qū)體系與原油超低界面張力形成機(jī)理，堿在復(fù)合驅(qū)中降低界面張力的機(jī)理以及弱堿對地層的溶蝕作用；驅(qū)油過程中復(fù)合體系與原油形成乳狀液的機(jī)理及控制方法，乳化程度對提高采收率的定量影響。研究目標(biāo)：搞清復(fù)合驅(qū)油體系中各化學(xué)劑對形成超低界面張力主要作用及機(jī)理，發(fā)展界面化學(xué)理論，明確乳化作用對提高采收率的影響，確保新型化學(xué)劑驅(qū)油體系在地層內(nèi)驅(qū)油性能的長期有效性，為驅(qū)油體系的高效化提供理論依據(jù)。承擔(dān)單位：石油大學(xué)（北京）、中國石油勘探開發(fā)研究院課題負(fù)責(zé)人：李秀生經(jīng)費(fèi)比例：9.

15、5。（4）物理化學(xué)滲流特征和規(guī)律研究研究內(nèi)容：開展宏觀及微觀化學(xué)驅(qū)物理化學(xué)非線性滲流室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及滲流規(guī)律研究，給出化學(xué)驅(qū)物理化學(xué)非線性滲流特征及其數(shù)學(xué)描述。研究目標(biāo)：通過化學(xué)驅(qū)油過程中物理化學(xué)非線性滲流特征及其數(shù)學(xué)描述，發(fā)展物理化學(xué)滲流理論，為合理描述化學(xué)驅(qū)復(fù)雜滲流機(jī)理奠定基礎(chǔ)。承擔(dān)單位：中國石油勘探開發(fā)研究院、中科院力學(xué)所課題負(fù)責(zé)人：沈平平經(jīng)費(fèi)比例：12.4。（5）復(fù)雜產(chǎn)出液形成機(jī)理及高效分離方法研究研究內(nèi)容：復(fù)雜產(chǎn)出液組成、結(jié)構(gòu)及特性，堿/表面活性劑/聚合物類型、結(jié)構(gòu)以及乳化作用對復(fù)雜產(chǎn)出液組成和特性的影響；研究液/液界面聚并機(jī)理和復(fù)雜產(chǎn)出液分離方法。研究目標(biāo)：通過對復(fù)雜產(chǎn)出液特性及分離方法

16、研究，搞清復(fù)雜產(chǎn)出液形成機(jī)理，建立產(chǎn)出液高效分離方法。承擔(dān)單位：大慶油田有限責(zé)任公司、中科院化學(xué)所課題負(fù)責(zé)人：程杰成經(jīng)費(fèi)比例：10.1。（6）剩余油分布數(shù)字化定量描述基礎(chǔ)研究研究內(nèi)容：開展數(shù)字化油藏精細(xì)描述方法和精度、剩余油分布形態(tài)、受力狀況及精細(xì)定量化分布描述研究，使儲層精細(xì)研究逐漸向數(shù)字化油藏的方向發(fā)展。研究目標(biāo)：在地質(zhì)知識庫的基礎(chǔ)上建立典型儲層物性參數(shù)描述方程，提高井間儲層描述精度和剩余油飽和度分布定量化精度，為化學(xué)驅(qū)油提供可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。承擔(dān)單位：中國石油勘探開發(fā)研究院、大慶油田有限責(zé)任公司課題負(fù)責(zé)人：賈愛林經(jīng)費(fèi)比例：9.5。（7）化學(xué)驅(qū)精細(xì)模擬方法研究研究內(nèi)容：開展室內(nèi)和油藏條件下物

17、理模擬對比研究，給出產(chǎn)生差異的主要影響因素及合理模擬方法，進(jìn)行考慮物理化學(xué)滲流的數(shù)學(xué)模型及精細(xì)數(shù)值模擬方法研究。研究目標(biāo)：形成復(fù)雜系統(tǒng)物理模擬和精細(xì)數(shù)值模擬方法，為形成提高石油采收率技術(shù)提供可靠的模擬方法和手段。承擔(dān)單位：中國石油勘探開發(fā)研究院、北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：袁士義經(jīng)費(fèi)比例：17.7。（8）微生物提高石油采收率基礎(chǔ)研究研究內(nèi)容：進(jìn)行油藏條件下微生物資源分布及對驅(qū)油效率的影響研究，開展微生物基因工程方法、微生物地下激活方法研究；研究在不同油藏和油水情況下微生物代謝及驅(qū)油機(jī)理。研究目標(biāo)：搞清油藏內(nèi)原生菌的分布類型及對外加微生物菌種的影響，培育出高效微生物菌種，搞清微生物菌

18、種的主要驅(qū)油機(jī)理，使微生物驅(qū)成為提高石油采收率的有效方法。承擔(dān)單位：清華大學(xué)、中國石油勘探開發(fā)研究院課題負(fù)責(zé)人：吳曉磊經(jīng)費(fèi)比例：10.1。4.各課題之間的相互聯(lián)系本項目所設(shè)課題的有機(jī)聯(lián)系是，通過（1）（2）課題的基礎(chǔ)研究，合成出高效廉價低/無儲層傷害的化學(xué)劑和驅(qū)油體系；（3）（5）課題對（1）、（2）課題研制的驅(qū)油體系進(jìn)行與油藏環(huán)境的綜合研究，確保驅(qū)油體系在油藏內(nèi)的長期穩(wěn)定性和產(chǎn)出液的高效分離；（6）（7）課題提供應(yīng)用該驅(qū)油體系的地質(zhì)基礎(chǔ)和驅(qū)油過程的模擬手段；（8）課題探索微生物驅(qū)提高采收率新方法。通過上述課題研究，可以確保項目總體創(chuàng)新目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 四、年度計劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年1、文獻(xiàn)調(diào)

19、研。2、在分子設(shè)計理論和驅(qū)油劑合成方面，合成系列模型化合物，對產(chǎn)品進(jìn)行提純分離和結(jié)構(gòu)表征，研究界面張力與模型化合物分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系；開展耐溫抗鹽聚合物單體的合成工作。3、研究復(fù)合體系與原油超低界面張力形成機(jī)理，堿、表面活性劑和聚合物類型及濃度對乳狀液形成的影響規(guī)律研究，開展物理化學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)研究。4、開展數(shù)字化油藏精細(xì)描述方法研究、三維油藏物理模擬實(shí)驗(yàn)研究和弱堿/無堿體系物理化學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述研究。5、進(jìn)行典型油藏條件下微生物資源分布及對驅(qū)油作用的影響研究。1、完成調(diào)研，給出調(diào)研報告。2、合成兩個系列6種以上結(jié)構(gòu)明確的表面活性劑模型化合物，得到純度大于95的樣品；合成4種以上耐溫抗鹽單體，基本確定

20、新型聚合物分子設(shè)計思路和具體合成路線。3、了解堿、表面活性劑和聚合物類型及濃度對油水超低界面張力、乳狀液類型、液滴大小分布及穩(wěn)定性的影響規(guī)律，建立化學(xué)驅(qū)物理化學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)方法。4、初步建立數(shù)字化油藏精細(xì)描述程序方法、油藏溫度和壓力下的三維物理模擬實(shí)驗(yàn)方法和弱堿/無堿體系物理化學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述方法。5、初步分離純化5株能夠?qū)κ秃褪徒M分進(jìn)行作用的微生物。第二年1、開展界面張力與表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究、適合弱堿/無堿體系的表面活性劑合成、表面活性劑復(fù)配機(jī)理以及新型單體對聚合物耐溫抗鹽性能的影響研究。2、研究堿對降低界面張力的機(jī)理、乳化程度對驅(qū)油效率的影響、復(fù)雜產(chǎn)出液組成與微觀結(jié)構(gòu)的表征及性能

21、評價研究，開展物理化學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)研究和理論研究。3、利用數(shù)字化油藏精細(xì)描述程序方法研究剩余油分布規(guī)律，開展油藏條件下與室內(nèi)條件物理模擬結(jié)果對比和考慮物化滲流的數(shù)學(xué)模型研究。4、微生物群落基因組DNA提取，進(jìn)行功能基因片斷的擴(kuò)增，油藏功能微生物群落基因指紋圖譜分析。1、基本了解驅(qū)油用表面活性劑、聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，室內(nèi)得到適合弱堿/無堿體系的表面活性劑樣品和耐溫抗鹽聚合物樣品。2、明確堿在復(fù)合體系中對降低界面張力的貢獻(xiàn)機(jī)理以及乳化程度對驅(qū)油效率和產(chǎn)出液分離的影響，了解物化滲流主要機(jī)理，初步給出物理化學(xué)滲流規(guī)律。3、在地質(zhì)知識庫的基礎(chǔ)上初步建立典型油藏儲層物性參數(shù)描述方程，給出油藏及室內(nèi)條件下物

22、理模擬結(jié)果的對比差異，初步建立考慮物化滲流的數(shù)學(xué)框架模型。4、分離純化和鑒定20株功能微生物，建立典型油藏功能微生物群落結(jié)構(gòu)信息庫。第三年1、開展弱堿/無堿體系表面活性劑界面性質(zhì)研究，新型水溶性高分子合成以及結(jié)構(gòu)與溶液行為表征研究。2、進(jìn)行驅(qū)油體系界面層結(jié)構(gòu)與界面性質(zhì)研究、油水界面膜結(jié)構(gòu)與性能評價研究；開展物理化學(xué)滲流和微觀孔隙尺度內(nèi)滲流規(guī)律數(shù)學(xué)描述方程研究。3、長期水驅(qū)后油藏描述及剩余油數(shù)字化分布預(yù)測方法研究，新型驅(qū)油體系物理模擬研究，考慮物化滲流規(guī)律數(shù)學(xué)模型及解法研究。4、適宜微生物菌種培育方法研究。1、明確化學(xué)劑分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，室內(nèi)得到針對大慶原油適合弱堿/無堿體系的表面活性劑和針對

23、中低滲儲層的新型聚合物系列樣品。2、了解油水界面層結(jié)構(gòu)特征以及與油水界面性質(zhì)的關(guān)系，明確化學(xué)劑組成與產(chǎn)出液乳化關(guān)系，初步建立物理化學(xué)滲流表征方程。3、了解長期水驅(qū)后油藏物性參數(shù)變化和剩余油分布規(guī)律，提供物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立考慮物化滲流規(guī)律的數(shù)學(xué)模型及解法。4、確定針對主要驅(qū)油機(jī)理的微生物培育方法。第四年1、弱堿/無堿體系表面活性劑合成條件的優(yōu)化與中試，新型聚合物聚合工藝的優(yōu)化及產(chǎn)品中試研究。2、弱堿/無堿表面活性劑驅(qū)油體系吸附與乳化性能研究，高效破乳劑的合成研究，開展物理化學(xué)滲流理論研究。3、提高油藏描述和剩余油分布預(yù)測精度方法研究，復(fù)合化學(xué)驅(qū)合理物理模擬方法研究，考慮物理化學(xué)滲流的數(shù)值模擬

24、方法和軟件研究。4、克隆微生物相關(guān)的功能基因，并進(jìn)行分析和鑒定，研究微生物在油藏介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化和新陳代謝過程。1、優(yōu)化出適合弱堿/無堿體系的表面活性劑和新型聚合物合成工藝條件，得到合格的中試樣品。2、明確驅(qū)油過程中復(fù)合體系與原油形成乳狀液的機(jī)理及控制方法，合成出高效破乳劑樣品，發(fā)展物理化學(xué)滲流理論。3、初步建立數(shù)字化油藏精細(xì)描述方法和剩余油分布預(yù)測方法、合理物理模擬方法，初步研制出考慮物化滲流的數(shù)值模擬軟件。4、室內(nèi)得到針對主要驅(qū)油機(jī)理的2種以上適宜微生物菌種。第五年1、化學(xué)驅(qū)油劑分子設(shè)計理論總結(jié)，適合弱堿/無堿體系的表面活性劑和新型聚合物系列化研究；2、弱堿/無堿體系驅(qū)油機(jī)理總結(jié)，物理化學(xué)

25、滲流和微觀滲流理論總結(jié)，產(chǎn)出液高效分離方法研究。3、提高數(shù)字化油藏和剩余油分布預(yù)測精度方法集成研究，復(fù)合驅(qū)物理模擬方法和精細(xì)數(shù)值模擬方法集成研究。4、針對目標(biāo)油藏油水情況的微生物代謝及驅(qū)油機(jī)理研究。1、發(fā)展定量化分子設(shè)計理論，合成出高效、廉價、低/無儲層傷害的驅(qū)油表面活性劑和新型聚合物。2、明確弱堿/無堿體系驅(qū)油機(jī)理，發(fā)展物理化學(xué)滲流理論，建立復(fù)雜產(chǎn)出液高效分離方法。3、建立數(shù)字化油藏精細(xì)描述和定量預(yù)測剩余油分布方法、考慮復(fù)雜物理化學(xué)滲流的物理模擬和數(shù)值模擬方法。4、培育出高效微生物菌種2種以上，探索微生物驅(qū)提高采收率新方法。制冷系統(tǒng)故障診斷關(guān)鍵問題的研究Study on Key Point

26、of Fault Detection and Diagnosis for Refrigeration System摘要：關(guān)鍵詞：制冷系統(tǒng)，故障診斷（一） 立項依據(jù)與研究內(nèi)容1、 項目的立項依據(jù)近年來，室內(nèi)空氣的污染已經(jīng)直接影響到人們的健康甚至生命安全。特別是2003年SARS的暴發(fā)流行以及長期存在的“空調(diào)病”已引起了全球各地學(xué)術(shù)界的高度重視。室內(nèi)空氣污染給社會造成的嚴(yán)重后果給暖通空調(diào)領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)，如何從源頭上更有效地防止室內(nèi)環(huán)境被污染并保障公共環(huán)境衛(wèi)生安全已成為刻不容緩的任務(wù)和課題。HVAC（heating, ventilation and air conditioning）系統(tǒng)建造和存

27、在的最主要目的是為人類提供健康和舒適的環(huán)境，然而隨著HVAC系統(tǒng)的長期應(yīng)用狀況及生物醫(yī)學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)，HVAC系統(tǒng)已經(jīng)成為導(dǎo)致建筑室內(nèi)環(huán)境污染的主要根源之一。特別是近年來對HVAC系統(tǒng)過分強(qiáng)調(diào)其節(jié)能的要求，HVAC系統(tǒng)從設(shè)計開始，到其日常的運(yùn)行及維護(hù)等方面，都幾乎忽略了它的原始目的之一提供健康、衛(wèi)生的室內(nèi)環(huán)境。歐洲在上世紀(jì)90年代中期就開始注重HVAC系統(tǒng)對室內(nèi)環(huán)境的影響特性，研究人員通過一個項目名為“European IAQ-Audit project”1的工作，調(diào)查了56個辦公樓。結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有大樓的室內(nèi)空氣品質(zhì)都較差，而且室內(nèi)人員對室內(nèi)環(huán)境的不滿意率都較高。這個項目的最重大發(fā)現(xiàn)是：HVAC系

28、統(tǒng)本身就是污染室內(nèi)空氣的兩個最大根源之一（另一個是眾所周知的建筑及裝飾材料），而通常所認(rèn)為的室內(nèi)人員對室內(nèi)空氣品質(zhì)的污染影響則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它們。在同時進(jìn)行的另一個項目名為“European Database on Indoor Air Pollution Sources in Buildings”2也獲得了幾乎完全相同的結(jié)論：整個HVAC系統(tǒng)，包括其部件和設(shè)備，都是污染室內(nèi)環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)字?。盡管這些項目的研究以及其他類似的研究3,4,5,6都報道證實(shí)了HVAC系統(tǒng)及其部件和設(shè)備在傳輸空氣的同時也污染了空氣，但是，HVAC系統(tǒng)污染空氣的過程、污染途徑和機(jī)理，至今還未有完全明了的解釋。近幾年來，無論

29、是國內(nèi)還是國外，無論是政府部門還是HVAC生產(chǎn)商及研究機(jī)構(gòu)，都對HVAC的健康問題十分重視，因此一些凈化室內(nèi)空氣的裝置和設(shè)備，如光觸媒、高壓靜電等，都大有推廣應(yīng)用的趨勢。但是，如何正確、合理和恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用這些裝置和設(shè)備，其前提條件在于獲知污染源之所在及污染之機(jī)理。否則，一方面可能會造成HVAC建造和運(yùn)行成本的增加，而且凈化效果不明顯；另一方面還有可能造成室內(nèi)環(huán)境的二次污染。而解決問題的關(guān)鍵所在，就是要完全了解HVAC系統(tǒng)污染空氣的途徑和機(jī)理，只有這樣才能在設(shè)計和運(yùn)行維護(hù)中采取包括增加凈化設(shè)備在內(nèi)的各種有效措施，保持室內(nèi)環(huán)境的健康性和衛(wèi)生性。而當(dāng)前還未有相關(guān)方面的研究報道。當(dāng)前，來自于歐洲7國的1

30、2個大學(xué)、研究所和公司開始了一個簡稱為AIRLESS（Design, Operation and Maintenance Criteria for Air Handling Systems and Components for Better Indoor Air Quality and Lower Energy Consumption, Pre-Normative Research）7的項目，針對歐洲當(dāng)前HVAC系統(tǒng)的設(shè)計和使用狀況，該項目希望獲得目的在于提高和改進(jìn)HVAC系統(tǒng)及其設(shè)備和部件性能的應(yīng)對策略以及相應(yīng)的理論和規(guī)范，其最終目的是為了建立HVAC系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行維護(hù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。基于

31、國外的研究進(jìn)展?fàn)顩r，我們建議目前我國也應(yīng)開展相應(yīng)的研究，其主要原因有二：(1). 我國近年來的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展使我國進(jìn)入了一個電力十分緊缺的階段，這使得當(dāng)前國內(nèi)的建筑空調(diào)系統(tǒng)從設(shè)計到運(yùn)行維護(hù)方面，都以簡化和節(jié)能為首要考核指標(biāo)，這無疑會使HVAC系統(tǒng)在惡化室內(nèi)空氣品質(zhì)和影響人們身體健康方面埋下隱患。研究HVAC系統(tǒng)污染室內(nèi)環(huán)境的途徑，了解其機(jī)理，就可為找出解決問題的方法提供先決條件，同時，也可為HVAC系統(tǒng)合理的節(jié)能設(shè)計和恰當(dāng)?shù)墓?jié)能運(yùn)行控制策略提供理論基礎(chǔ)。(2). 基于建筑空調(diào)的迅猛發(fā)展趨勢和健康節(jié)能的要求，從自主知識產(chǎn)權(quán)角度出發(fā)，在未來的幾年里，我國應(yīng)制定自己的HVAC系統(tǒng)的健康評判標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的

32、技術(shù)規(guī)范和協(xié)議。該建議項目的研究將會給今后的評價方法和技術(shù)協(xié)議提供堅實(shí)的理論基礎(chǔ)；正是基于上述原因，本研究確立以“空調(diào)系統(tǒng)污染建筑室內(nèi)環(huán)境的途徑及機(jī)理的研究”為課題內(nèi)容，集建筑環(huán)境與設(shè)備、工程熱物理等學(xué)科的基礎(chǔ)知識和研究方法，揭示HVAC系統(tǒng)的各個設(shè)備和部件在污染室內(nèi)空氣中的作用，從而深入地了解其污染途徑和機(jī)理，為解決HVAC系統(tǒng)的健康和衛(wèi)生問題提供理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)2、 項目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo)，以及擬解決的關(guān)鍵問題。（1）.研究內(nèi)容在影響室內(nèi)環(huán)境的各種污染物中，微塵、可揮發(fā)性有機(jī)組份（VOCs, volatile organic compounds）和微生物是影響人們健康的三大禍根，而HV

33、AC系統(tǒng)及其部件正是這三大污染物初始的產(chǎn)生源之一或者傳播（抑制/加?。┑闹饕緩?。因此，本研究確立這三種污染物作為污染室內(nèi)環(huán)境的對象，研究和分析HVAC系統(tǒng)在空氣輸送過程中它們的產(chǎn)生機(jī)理、傳播（抑制/加?。┩緩揭约跋嚓P(guān)的影響因素，項目研究的主要內(nèi)容包括以下三個部分：A. 研究HVAC系統(tǒng)的多個部件在微塵、VOCs和微生物的產(chǎn)生和傳遞中的貢獻(xiàn)。著重于空氣過濾器、風(fēng)管、加濕器、翅片管換熱器和轉(zhuǎn)輪熱濕交換設(shè)備等部件，分析和研究它們在材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計上對三種污染物的產(chǎn)生或傳遞的影響；B. 研究HVAC系統(tǒng)部件所處的物理/化學(xué)環(huán)境工況對微塵、VOCs和微生物產(chǎn)生或傳播的影響因素。著重于溫度、相對濕度和

34、空氣流速等參數(shù)對三種污染物影響室內(nèi)環(huán)境的抑制/加劇作用；C. 結(jié)合各部件及其環(huán)境工況對輸送空氣的污染機(jī)理，對兩種結(jié)構(gòu)型式的HVAC系統(tǒng)（集中式和半集中式），從系統(tǒng)設(shè)計方面以及系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)方面對微塵、VOCs和微生物的產(chǎn)生機(jī)理或傳遞（抑制或加?。┩緩竭M(jìn)行分析和研究。在系統(tǒng)設(shè)計方面著重于研究和分析系統(tǒng)布局和部件設(shè)置以及工況設(shè)計等因素；而在對系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)方面則著重于研究和分析運(yùn)行控制工況以及維護(hù)保養(yǎng)周期和方法等因素。（2）.研究目標(biāo)A. 通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合，找出HVAC系統(tǒng)及設(shè)備和部件在微塵、VOCs和微生物三種污染物的產(chǎn)生和傳遞中起重要作用的各種因素，并獲知這些因素的影響關(guān)系以及關(guān)聯(lián)

35、特性，從而揭示HVAC系統(tǒng)污染室內(nèi)環(huán)境的途徑和機(jī)理，為使HVAC系統(tǒng)能夠維持良好健康的室內(nèi)環(huán)境在設(shè)計、運(yùn)行和維護(hù)等方面提供科學(xué)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)，并可以為今后相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的制定創(chuàng)造必要的理論依據(jù)；B. 在國際著名期刊上（如“Building and Environment”，“Indoor Built Environment”等）發(fā)表研究論文5-8篇，在國內(nèi)一級學(xué)報期刊上發(fā)表研究論文10-15篇；C. 培養(yǎng)博士生、碩士生10-15名。（3）.擬解決的關(guān)鍵問題A. 探明HVAC系統(tǒng)部件的材料和結(jié)構(gòu)型式與微塵、VOCs和微生物等三種污染物的產(chǎn)生和傳遞之間的關(guān)系；B. 揭示部件的各種工況環(huán)境（溫度

36、、濕度和風(fēng)速）對微塵、VOCs和微生物等三種污染物產(chǎn)生和傳遞的影響。3、 擬采取的研究方案及可行性分析。（1）.研究方案A. 實(shí)驗(yàn)研究擬采用如下圖所示的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究和分析的內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)方法原理示意圖a) 相同運(yùn)行工況及參數(shù)下，空氣過濾器的類型、材料、等級及新舊程度對三種污染物的影響；在相同的過濾器情況下，運(yùn)行工況的狀態(tài)或參數(shù)（溫度、相對濕度、空氣流速、有無預(yù)熱等）對三種污染物的影響；b) 風(fēng)管長度、材料和制造工藝以及溫度、相對濕度和空氣流速等因素的影響；c) 加濕器的類型（噴嘴式、蒸汽式和超聲波式）、加濕器的開停周期、水的新鮮與潔凈程度等因素的影響；d) 翅片管換熱器翅片表面是

37、否有親水膜、干與濕狀況、翅片間最小窄面風(fēng)速及翅片管壁面溫度等因素的影響；e) 轉(zhuǎn)輪熱濕交換設(shè)備的材質(zhì)及密度、轉(zhuǎn)換周期、風(fēng)速和溫濕度狀況等因素的影響；B. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論總結(jié)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，運(yùn)用相關(guān)理論對各影響因素及其相互之間的關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)化總結(jié)，以獲得多種影響因素與三種污染物之間以及影響因素之間的關(guān)系式或邏輯關(guān)系表等；C. HVAC系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)管理方式的現(xiàn)有情況調(diào)研獲得并總結(jié)出典型結(jié)構(gòu)型式HVAC系統(tǒng)的一些常規(guī)的運(yùn)行及維護(hù)管理方式和方法；D. 仿真分析將獲得的污染物與影響因素的關(guān)系式或邏輯關(guān)系表數(shù)字化入HVAC系統(tǒng)仿真器中，利用仿真器模擬各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布局、設(shè)備設(shè)置、工況以及運(yùn)行和維

38、護(hù)管理方式，研究和分析它們對室內(nèi)環(huán)境污染狀況的影響；E. 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，驗(yàn)證理論與仿真分析的結(jié)果。（2）.項目的可行性A. 項目申請人及其課題組近十年來一直從事于HVAC系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行分析以及控制與仿真等方面的研究工作，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表的相關(guān)學(xué)術(shù)論文四十余篇；通過與國際知名大公司（如美國Honeywell，日本Yamatake等）在基礎(chǔ)項目研究等方面的合作，已在HVAC系統(tǒng)及其設(shè)備的應(yīng)用與分析方面積累了相當(dāng)豐富的知識和經(jīng)驗(yàn)。因此，已具備了完成項目的能力。B. 項目申請人及其課題組在完成2003年上海市科委科研基金（NK2003-006）“中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病

39、毒病菌裝置研究”的項目中，已建立了較為完善的實(shí)驗(yàn)平臺（如下圖所示），因此，已為項目研究大量實(shí)驗(yàn)工作的實(shí)施和完成創(chuàng)造了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；C. 在“擬采取的研究方案”中所敘述的技術(shù)路線，都是在現(xiàn)有工作條件下提出的，是可行的而且科學(xué)合理的。已建立的實(shí)驗(yàn)平臺4、 本項目的特色與創(chuàng)新之處。A. 將HVAC系統(tǒng)對室內(nèi)環(huán)境污染的影響歸納為三類可能的因素：（i）.部件的型式和材料；（ii）.部件所處的工況狀態(tài)或參數(shù)（溫度、相對濕度、空氣流速等）；以及（iii）.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、布局、運(yùn)行和維護(hù)管理方式。其中前兩類因素采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行研究，后一類采用仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行研究；B. 通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方法獲得HVAC系統(tǒng)各種因素對室內(nèi)環(huán)境影響的關(guān)系以及各種因素之間的關(guān)聯(lián)特性。5、 年度研究計劃及預(yù)期研究結(jié)果。（1）.第一年度（2006年）研究計劃：A. 實(shí)驗(yàn)研究空氣過濾器的類型、材料、等級及新舊程度等因素在各種運(yùn)行工況及環(huán)境參數(shù)下對室內(nèi)環(huán)境污染的影響；B. 實(shí)驗(yàn)研究加濕器的結(jié)構(gòu)型式、加濕器的開停、水的新鮮或潔凈程度等因素在各種運(yùn)行工況及環(huán)境參數(shù)下對室內(nèi)環(huán)境污染的影響；C. 實(shí)驗(yàn)研究翅片管換熱器的翅片結(jié)構(gòu)、表面親水膜、干濕狀況、空氣流速及翅片管壁面溫度等因素對室內(nèi)環(huán)境污染的影響。預(yù)期研究成果：A. 總結(jié)空氣過濾器、加濕器和翅片管換熱器的各種因素與微塵、VOCs