三次采油用聚丙烯酰胺在土壤中迁移的数值模拟

发布时间：2020-08-06 07:58

【摘要】：大庆市作为全国重要的石油化工城市,担负着国家的命运,为中国的现代化建设奉献了宝贵的物质财富。大庆市油田目前已进入高含水后期开采阶段,因此在工业上采用三元复合驱来提高石油采收率。若三元复合驱中的聚丙烯酰胺(PAM)在配置、运输或注入的过程中发生泄露,会对大庆市土壤造成严重的污染。除此之外,PAM在农业方面也有着及其广泛的应用,过量的PAM泄露到土壤中,会引起土壤板结等不良影响。但目前鲜有关于PAM对大庆市土壤影响的报告,因此建立PAM迁移模型,总结PAM的迁移规律,对于预防以及治理PAM造成的污染具有深远的意义。本文通过静态吸附实验确定了PAM在黑钙土和盐碱土中的吸附特征,其等温吸附曲线和等温吸附方程表明PAM在两种土壤中均呈Langmuir吸附,PAM在黑钙土中的吸附量大于在盐碱土中的吸附量,造成这种现象的主要原因是黑钙土中蒙脱石含量较高而有机质的含量较低。实验结果表明,PAM在40℃的环境中吸附量达到最大。通过动态迁移实验探讨孔隙速率对于PAM在土壤中迁移的影响,实验结果表明,随着流量Q的增大,PAM达到平衡浓度所需要的体积减小。动态迁移实验采用KBr作为示踪剂,根据Br~-在黑钙土和盐碱土中的BTCs(浓度突破曲线),估算CDE模型中的动力学参数,黑钙土的纵向弥散度为0.0044m,盐碱土的纵向弥散度为0.0072m,该数据为预测污染物在大庆市重要类型土壤的迁移转化过程提供了重要的实验依据。文献记载表明,由于PAM为高度缠结型大分子化合物,因此使用T-S模型能够较为准确的描述PAM的迁移过程,将PAM的等温吸附方程与T-S方程耦合,得到PAM的迁移模型,实验结果表明该模型能够较为准确地预测PAM在土壤中的迁移过程;根据PAM在两种土壤中的BTCs估算T-S模型中的动力学参数,估算结果表明PAM在大庆市重要类型土壤呈非平衡吸附,而孔隙速率v是影响PAM在土壤中迁移的重要因素,随着孔隙速率v的增大,质量传递系数?增大,因此随着孔隙速率v的增大,PAM达到平衡所需的体积减小,该结论与实验结果相吻合。进一步探讨孔隙传递速率v与质量传递系数?之间的关系,结果表明,PAM在黑钙土和盐碱土中的迁移的孔隙速率v和质量传递系数?之间呈较好的线性关系,其线性关系分别为:?(28)131.9v(10)14.38,R~2=0.954;?(28)70.87v(10)8.43,R~2=0.945。在流量相同的情况下,PAM在黑钙土中达到平衡浓度的所需体积明显小于在盐碱土中所需的体积,这是由于盐碱土中有机质含量较多,大尺寸团聚体含量较多,因此盐碱土的吸附能力较差。将PAM的迁移模型用于预测不同时间内PAM的迁移深度。实验结果表明,在自然状态下迁移速度达到稳定时,PAM在黑钙土中的迁移速度为:14.58×10~(-3)cm/h,质量传递系数为16.37 mg/(L·min),其中吸附作用是影响PAM在黑钙土中迁移的重要因素。当PAM泄露到土壤中时,大部分PAM将会残留在上方土壤中,只有小部分会继续向下迁移,因此应及时采取措施处理被污染区域,可有效防止污染范围的扩大。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X131.3;TE357.46;O647.3
【图文】：

迁移转化过程,污染物,可溶性

阴离子型染料，利用光谱分析脱色处理前后的阴离子染料，对比结果表明染料中的磺酸基与合成的阳离子型 PAM 中的季铵基相互作用。原金海等[35]利用水溶液共聚法合成阳离子型 PAM。在 50℃使用 200mg/L 的阳离子型 PAM 处理 pH 为 3 的染料废水，此时絮凝效果最佳，处理后的废水化学需氧量由 1648mg/L 降至 490mg/L, 脱色率可达到54.45%。1.3 水溶性污染物在非饱和土壤中的迁移转化模型及其应用当污染物到达非饱和土壤时，一部分会残留在土壤孔隙中直至饱和，另一部分污染物由于重力作用会继续向下迁移，在低渗透率的土壤中，这部分污染物在迁移的过程中可能发生横向迁移，造成更大范围的污染；在高渗透率的土壤中，这部分污染物会继续向下迁移至毛细水带顶端，甚至进一步对地下水产生污染。其具体过程如下图 1.1 所示。根据研究表明，水溶性污染物在非饱和土壤中迁移主要受到对流、弥散、扩散等作用的影响。污染物在某种特定区域的土壤中还会受到吸附、生物降解、挥发等作用的影响。了解污染物在土壤中的迁移转化的过程，对于建立污染物在特定区域的迁移转化方程具有重要意义。

机理,水区,迁移转化过程,防止污染

东北石油大学硕士研究生学位论文影响不大，但吸附速率 K 在实验中起决定性作用，表明吸附的迁移过程重要因素，土壤具有防止污染物浸出的能力。基础上，许多学者对传统的 CDE 模型进行改进，建立出新的确的预测水溶性污染物在土壤中的迁移转化过程，使可溶性污范围。）模型ten 等[53]提出了 T-R 模型假设，该模型分为动水区和不动水区溶液发生对流作用和弥散作用；在不动水区，溶液在介质中主图如下图 1.2 所示。其表达式如式（1-10）、式（1-11）所示)Cm X( mDm Cm X qCm) (Cm Cim) ( m lm f sm)Cm mimimsimimimCCfCtfKC()[(1)](1)lim

拟合曲线,机理,土柱,土柱实验

图 1.3 T-S 模型的机理图gga 等[56]设计了一系列的土柱实验并利用 T-S 模型来模拟草甘膦，甲拌磷和中的迁移转化规律。根据三种农药的 BTCs(浓度突破曲线)与模拟数据对比模型能够较为准确的描述三种农药在土壤中的迁移转化过程。 T-R 模型除了可以用来预测污染物在土壤中的迁移转化情况，还可以确定物特性，通过进行相应的土柱实验并计算其动力学参数，可以确定该物质是否层或土壤改良剂来阻止污染物的进一步移动。Qin 等[57]将不同体积比例的细砂混合，制成性质相对稳定的土柱，在恒定水压下，放入等量的 NaBr，测定不同体积含量 Pisha 的土柱中，Na+、Br-的渗出液的相对浓度，绘制s。首先运用 CDE 模型和 T-R 模型对 Na+进行模拟，并与测量得到的 BTCs通过计算两种拟合曲线的 SSQ（残差平方和）可以发现 T-R 模型能够更好土柱中的迁移转化情况。实验结果表明，Pisha 中蒙脱石含量较多，遇水后，随着 Pisha 体积增大，污染物流体的孔隙速度减小，土柱的水力传导系数计算发现 T-S 模型能够较好的模拟 Na+迁移状况，Pisha 不但会造成孔隙流会造成 Na+的吸附作用增大。因此可以得出结论，Pisha 可以较好的阻止 Na+

【参考文献】