本文關(guān)鍵詞：強化采油采出水乳液穩(wěn)定性機理及脫穩(wěn)技術(shù)研究　出處：《山東大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：目前,各大油田在采油中廣泛采用強化采油技術(shù),該技術(shù)通過向儲層加入驅(qū)油劑等組分來進行驅(qū)油。在驅(qū)油過程中,由于驅(qū)油組分的協(xié)同作用使得強化采油采出水成為一種高穩(wěn)定水包油型乳液。該類采出水不僅含有大量原油,在高溫高壓的油層中還溶解了多種無機鹽類,攜帶了許多膠體和懸浮顆粒物,而且還含有聚合物、表面活性劑等驅(qū)油組分,因此成分復(fù)雜且難以處理。雖然已有一些研究在強化采油采出水處理技術(shù)上取得進展,然而,至今尚未形成有效處理這種采出水的系統(tǒng)工藝技術(shù)。迄今為止的研究大多傾向于技術(shù)上的探索,較少涉及在采出水乳液穩(wěn)定性機理上的深層剖析和理論歸納。因而,對乳液穩(wěn)定性機理開展科學(xué)系統(tǒng)性的研究,明確對采出水乳液穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用的組分,并在此基礎(chǔ)上進行脫穩(wěn)技術(shù)的研究,是強化采油采出水科學(xué)有效處置及資源化利用的關(guān)鍵。本論文研究了地層粘土礦物對強化采油采出水乳液穩(wěn)定性的影響,明確了驅(qū)油組分部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)對此類采出水乳液穩(wěn)定性的重要作用,并深入研究了原位生成金屬氫氧化物對HPAM去除機理,系統(tǒng)探討了原位生成金屬氫氧化物與HPAM的聚集及沉積行為。在采出水穩(wěn)定性機理研究的基礎(chǔ)上,進一步研究了水包油乳液的脫穩(wěn)技術(shù)。本論文的研究成果對研發(fā)實際強化采油采出水脫穩(wěn)技術(shù)與方法、驅(qū)油組分的去除及資源化利用奠定堅實的理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:1.首先研究了天然粘土礦物—鈉蒙脫土對聚合物驅(qū)采出水穩(wěn)定性機理的影響。雖然目前已有一些關(guān)于帶相反電荷表面活性劑以及聚合物在油水界面競爭吸附以及膠體顆粒與表面活性劑或者聚合物在油水界面競爭吸附的研究,但是對于這種顆粒表面活性劑以及聚合物帶相同電荷的體系研究較少。測定了顆粒存在條件下驅(qū)油用表面活性劑多芳烴石油磺酸鹽(WPS)以及部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)在原油—水界面的界面張力、zeta電位,計算了顆粒的擴散系數(shù)以及對WPS和HPAM的吸附量。并且制備了含有鈉蒙脫土的模擬聚驅(qū)采油采出水,通過測定其宏觀含油率,結(jié)合實驗結(jié)果探討了鈉蒙脫土、WPS以及HPAM在油水界面的競爭吸附機理,明確了鈉蒙脫土對強化采油采出水乳液穩(wěn)定性的影響。2.通過天然粘土礦物顆粒對強化采油采出水乳液穩(wěn)定性影響的研究,明確了部分水解聚丙烯酰胺在強化采油采出水乳液穩(wěn)定性中的重要性。而且,油田采出水的處理過程中,聚合物的去除一直是困擾行業(yè)的難題。本論文在課題組前期關(guān)于原位形成氫氧化物處理強化采油驅(qū)油組分研究基礎(chǔ)上,通過對鎂、鋁、鐵等原位氫氧化物吸附技術(shù)的篩選,利用原位生成氫氧化鎂對HPAM的吸附去除進行了研究。該部分研究采用簡單的液相沉淀法在含有兩種不同分子量的HPAM溶液中直接形成Mg(OH)2納米顆粒,研究了 MgCl2濃度、pH和反應(yīng)溫度對Mg(OH)2形態(tài)和粒徑的影響。采用高分辨透射電鏡(HRTEM)、X-射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、動態(tài)激光光散射(DLS)和zeta電勢等測試技術(shù)對Mg(OH)2與HPAM之間的相互作用以及HPAM在Mg(OH)2顆粒上的吸附進行了研究。另外,本章還采用一種四區(qū)域分布模型作為吸附等溫線模型對平衡時HPAM在Mg(OH)2顆粒上的吸附進行了評價。HPAM在固-液或液-液界面的吸附行為會改變固-液或液-液界面的性質(zhì),充分了解水溶性聚合物在固-液或液-液界面的吸附也許會幫助我們處理該類含水溶性聚合物的廢水。在吸附過程中,靜電作用、橋聯(lián)、氫鍵和范德華力的協(xié)同效應(yīng)使HPAM有效地吸附在Mg(OH)2顆粒上。3.原位形成膠體顆粒在HPAM存在下的聚集行為與普通無機顆粒在聚電解質(zhì)存在狀態(tài)下的聚集行為有較大差別。為了對這種異同以及對原位形成膠體顆粒與驅(qū)油組分相互作用機理乃至對采出水脫穩(wěn)機理有更深入的認識,本論文系統(tǒng)研究了原位形成氫氧化鎂(IFM)在HPAM存在下的聚集和沉積行為。通過改變反應(yīng)物間的相對濃度等實驗條件以便從微觀到宏觀上研究兩種物質(zhì)的具體作用機理。利用光散射手段從微觀上研究了聚集體的聚集動力學(xué)、分形維數(shù)以及碰撞率。電泳淌度與TEM被用于測定聚集體的電性質(zhì)以及形貌。吸附實驗與流變學(xué)實驗被用來從宏觀上研究反應(yīng)物在高濃度時的沉淀機理。結(jié)果表明IFM在HPAM存在下的初始快速聚集是由靜電補綴作用引發(fā)的。分形維數(shù)為2.2,并且有著相當(dāng)剛硬的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)是由反應(yīng)控制的顆粒聚集過程造成的。不同機理的絮凝作用加速了沉淀的過程。當(dāng)IFM濃度更大時,架橋絮凝起主導(dǎo)作用;當(dāng)HPAM濃度更大時,空缺絮凝起主導(dǎo)作用。本文的研究成果有利于更深入理解原位生成天然/人工顆粒在帶相反電荷聚電解質(zhì)存在下的聚集與沉淀,還可以為采出水處理等提供新思路。4.論文明確了強化采油采出水的乳液穩(wěn)定性機理以及HPAM這種驅(qū)油組分對乳液穩(wěn)定性的貢獻。在此基礎(chǔ)上,利用新型納米材料對膜表面進行改性,并制備了制備磁性納米顆粒吸附材料,從簡單的水包油乳液入手,進行乳液脫穩(wěn)技術(shù)的探索。使用棒狀材料海泡石(S)作為一維材料,氧化石墨烯(GO)和層狀雙氫氧化物(LDH)作為二維材料,通過層層組裝的方式,以醋酸纖維膜(CA)為基底,構(gòu)建了具有層狀結(jié)構(gòu)的改性微濾膜。設(shè)計實驗探究了這種層狀結(jié)構(gòu)中二維材料對油水分離效能的影響。使用原子力顯微鏡(AFM)、衰減全反射—傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)來表征這種改性膜表面的特性,實驗結(jié)果表明膜表層的層狀結(jié)構(gòu)成功合成。潤濕性實驗結(jié)果表明,層狀結(jié)構(gòu)對海泡石/GO(SG)與海泡石/LDH(LDH)膜的水中超疏油性質(zhì)貢獻最大。與純GO和LDH改性膜相比,SG與SL的水下油接觸角顯著增加。模擬拖拽實驗以及循環(huán)油水分離測試結(jié)果表明,SG膜具有更好的抗油污染性能,在循環(huán)利用6次后仍有較高的膜通量。本實驗的研究結(jié)果表明,在三維層狀結(jié)構(gòu)中,二維材料對膜通量及抗污染性能影響很大。5.最后制備了磁性氧化石墨烯(MG),并通過靜電相互作用合成了含有不同比例LDH和GO的磁性LDH/GO(MGL)復(fù)合材料。SEM、TEM、FTIR用于表征所制備的MGL材料。油水分離實驗表明,當(dāng)LDH/MG=1:1時,MGL有最高的油水分離效率。而在油水界面張力實驗中,LDH/MG=1:3時油水界面張力降低最快且平衡值最小。通過有效擴散系數(shù)的計算發(fā)現(xiàn),LDH的加入可以屏蔽部分MG的負電荷從而增加MGL的擴散系數(shù)。兩種實驗結(jié)果與預(yù)期不同,因而我們又進行了吸附動力學(xué)的實驗與模擬。綜合考慮所有實驗結(jié)果,我們認為MGL對水包油乳液的油水分離機理包括MGL向油水界面的遷移與覆蓋以及MGL對油珠的吸附。經(jīng)過乙醇清洗后,MGL復(fù)合材料在循環(huán)使用3次后仍有較高的油水分離效率。
[Abstract]:On the basis of research on the stability mechanism of oil recovery and production , the paper studies the influence of surfactant on the stability of water - producing water - producing emulsion . This paper studies the aggregation kinetics , fractal dimension and collision rate of the water - soluble polymer in the presence of polyelectrolyte .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE39;X741
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本文編號：1388397