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原油乳状液及其破乳过程的耗散粒子动力学模拟研究

宋先雨  
【摘要】:目前,我国石油开采已经进入二、三次采油阶段,采出的“原油”中含大量的水和表面活性剂,在运输和炼制原油前必须对其进行脱水破乳处理,最为广泛的破乳方法就是化学破乳,即向乳状液中加入破乳剂进行破乳。关于破乳过程、破乳机理的实验研究较多,实验方法可以从宏观上评价破乳效果,解释破乳剂机理,但其很难从微观上解释破乳机理,更不能在分子水平设计有效的破乳剂。空间上,原油乳状液一般为油包水乳液,其水滴粒径一般为0.1~50μm,液滴聚并属于纳米尺度;时问上,液滴聚并速度非常快,只有高速摄像机才能拍到毫秒(ms)尺度下液滴聚并全过程,也因此,实验方法上很难考察破乳剂微观破乳机理。逐步兴起的计算机模拟方法,不仅可以有效的弥补实验研究的不足,还能更好的解释实验现象,而且作为预测实验结果的一种工具,可以为实验提供新的研究思路。基于耗散粒子动力学论文采用两种不同粗粒化介观尺度分别模拟研究了乳状液稳定性质、破乳过程及破乳机理。该方法不仅能够在介观水平上研究沥青质、胶质、聚丙烯酰胺乳状液稳定机理,直观地观察体系的静态结构,还能够像高速摄像机一样对破乳过程的动态演化过程进行实时跟踪和记录,深入研究破沥青质与破乳剂作用机制。通过模拟和对比实验结果发现:沥青质在界面多以“平躺式”多层自组装吸附在界面(膜厚度为8-20 nm);而胶质多以“倾角式”吸附(膜厚度为5-11 nm);聚丙烯酰胺则以“网状式”吸附在界面。它们的界面膜粘弹性、刚性以及乳化能力变化为:沥青质聚丙烯酰胺胶质。聚丙烯酰胺、沥青质、胶质之间存在协同作用,其混合膜的粘弹性、刚性及乳化能力变化为:聚丙烯酰胺与沥青质聚丙烯酰胺与胶质沥青质与胶质。破乳过程主要有:(1)絮凝阶段,液滴迅速聚集成长变大;(2)聚并阶段,数目变化不明显但粒径变化明显;其中,聚醚破乳剂在界面会形成胶束,这些胶束在界面有时会以“桥梁”方式拉近液滴,导致液滴聚并。不同聚醚破乳剂絮凝、聚并常数不同,其中聚并常数是影响破乳效果的关键因素。在破乳过程中破乳剂的均方根末端距随时问变化明显,表明破乳剂在界面自山伸展,这会顶替掉界面上的沥青质分子,界面会形成一个“开口”导致液滴聚并更容易发生。


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