成潇潇 刘建国 徐亮† 徐寒杨 金岭 束胜全 薛明

1) (中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031)

2) (中国科学技术大学, 合肥 230026)

3) (中国石油集团安全环保技术研究院, 北京 102206)

针对页岩气开发过程中污染气体浓度与扩散分布不确定性问题, 利用自主设计并搭建的开放光路傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量系统, 对返排液中污染气体进行浓度反演, 并通过返排液流速及污染源大小, 计算出污染源源强.结合现场环境, 建立参考坐标, 对高斯扩散模型进行数学推导, 构建污染源面源扩散模型并进行仿真分析.结果表明: 源强、距离、风速、大气稳定度影响气体浓度扩散.对返排液进行80 h连续测量,确定主要污染气体浓度及面源源强.实验结果表明: 返排液排放的主要污染气体为丙烷、戊烷、丙烯、一氧化碳、二氧化硫; 对应的最大浓度分别4.689, 25.494, 30.324, 0.656, 4.620 mg/m3.最大面源源强分别为1.9872,10.9750, 12.8513, 0.2707, 1.9064 g/s.结合风速及日间环境情况, 选取大气稳定度, 将源强代入面源扩散模型,进行污染气体扩散浓度构建, 实现对不同污染气体不同位置上浓度分布的实时监测.相对于传统测量方法,利用FTIR方法并结合面源扩散模型, 不仅能够实现对污染源的非接触远距离在线测量, 还能对污染气体分布进行安全区域划分.

1 引 言

在过去的十几年里, 基于水力压裂的页岩气开采技术的发展使得美国的油气产量大幅增加[1], 至2015年页岩气产量占美国天然气总产量的56%.而我国作为页岩气储量大国, 资源……