强化采油采出水乳液稳定性机理及脱稳技术研究

发布时间：2018-01-06 15:12

  本文关键词：强化采油采出水乳液稳定性机理及脱稳技术研究　出处：《山东大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 采出水 乳液稳定性 聚集行为 纳米材料 油水分离

【摘要】：目前,各大油田在采油中广泛采用强化采油技术,该技术通过向储层加入驱油剂等组分来进行驱油。在驱油过程中,由于驱油组分的协同作用使得强化采油采出水成为一种高稳定水包油型乳液。该类采出水不仅含有大量原油,在高温高压的油层中还溶解了多种无机盐类,携带了许多胶体和悬浮颗粒物,而且还含有聚合物、表面活性剂等驱油组分,因此成分复杂且难以处理。虽然已有一些研究在强化采油采出水处理技术上取得进展,然而,至今尚未形成有效处理这种采出水的系统工艺技术。迄今为止的研究大多倾向于技术上的探索,较少涉及在采出水乳液稳定性机理上的深层剖析和理论归纳。因而,对乳液稳定性机理开展科学系统性的研究,明确对采出水乳液稳定性起关键作用的组分,并在此基础上进行脱稳技术的研究,是强化采油采出水科学有效处置及资源化利用的关键。本论文研究了地层粘土矿物对强化采油采出水乳液稳定性的影响,明确了驱油组分部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)对此类采出水乳液稳定性的重要作用,并深入研究了原位生成金属氢氧化物对HPAM去除机理,系统探讨了原位生成金属氢氧化物与HPAM的聚集及沉积行为。在采出水稳定性机理研究的基础上,进一步研究了水包油乳液的脱稳技术。本论文的研究成果对研发实际强化采油采出水脱稳技术与方法、驱油组分的去除及资源化利用奠定坚实的理论基础。主要研究内容与结果如下:1.首先研究了天然粘土矿物—钠蒙脱土对聚合物驱采出水稳定性机理的影响。虽然目前已有一些关于带相反电荷表面活性剂以及聚合物在油水界面竞争吸附以及胶体颗粒与表面活性剂或者聚合物在油水界面竞争吸附的研究,但是对于这种颗粒表面活性剂以及聚合物带相同电荷的体系研究较少。测定了颗粒存在条件下驱油用表面活性剂多芳烃石油磺酸盐(WPS)以及部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)在原油—水界面的界面张力、zeta电位,计算了颗粒的扩散系数以及对WPS和HPAM的吸附量。并且制备了含有钠蒙脱土的模拟聚驱采油采出水,通过测定其宏观含油率,结合实验结果探讨了钠蒙脱土、WPS以及HPAM在油水界面的竞争吸附机理,明确了钠蒙脱土对强化采油采出水乳液稳定性的影响。2.通过天然粘土矿物颗粒对强化采油采出水乳液稳定性影响的研究,明确了部分水解聚丙烯酰胺在强化采油采出水乳液稳定性中的重要性。而且,油田采出水的处理过程中,聚合物的去除一直是困扰行业的难题。本论文在课题组前期关于原位形成氢氧化物处理强化采油驱油组分研究基础上,通过对镁、铝、铁等原位氢氧化物吸附技术的筛选,利用原位生成氢氧化镁对HPAM的吸附去除进行了研究。该部分研究采用简单的液相沉淀法在含有两种不同分子量的HPAM溶液中直接形成Mg(OH)2纳米颗粒,研究了 MgCl2浓度、pH和反应温度对Mg(OH)2形态和粒径的影响。采用高分辨透射电镜(HRTEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、动态激光光散射(DLS)和zeta电势等测试技术对Mg(OH)2与HPAM之间的相互作用以及HPAM在Mg(OH)2颗粒上的吸附进行了研究。另外,本章还采用一种四区域分布模型作为吸附等温线模型对平衡时HPAM在Mg(OH)2颗粒上的吸附进行了评价。HPAM在固-液或液-液界面的吸附行为会改变固-液或液-液界面的性质,充分了解水溶性聚合物在固-液或液-液界面的吸附也许会帮助我们处理该类含水溶性聚合物的废水。在吸附过程中,静电作用、桥联、氢键和范德华力的协同效应使HPAM有效地吸附在Mg(OH)2颗粒上。3.原位形成胶体颗粒在HPAM存在下的聚集行为与普通无机颗粒在聚电解质存在状态下的聚集行为有较大差别。为了对这种异同以及对原位形成胶体颗粒与驱油组分相互作用机理乃至对采出水脱稳机理有更深入的认识,本论文系统研究了原位形成氢氧化镁(IFM)在HPAM存在下的聚集和沉积行为。通过改变反应物间的相对浓度等实验条件以便从微观到宏观上研究两种物质的具体作用机理。利用光散射手段从微观上研究了聚集体的聚集动力学、分形维数以及碰撞率。电泳淌度与TEM被用于测定聚集体的电性质以及形貌。吸附实验与流变学实验被用来从宏观上研究反应物在高浓度时的沉淀机理。结果表明IFM在HPAM存在下的初始快速聚集是由静电补缀作用引发的。分形维数为2.2,并且有着相当刚硬的结构,这种结构是由反应控制的颗粒聚集过程造成的。不同机理的絮凝作用加速了沉淀的过程。当IFM浓度更大时,架桥絮凝起主导作用;当HPAM浓度更大时,空缺絮凝起主导作用。本文的研究成果有利于更深入理解原位生成天然/人工颗粒在带相反电荷聚电解质存在下的聚集与沉淀,还可以为采出水处理等提供新思路。4.论文明确了强化采油采出水的乳液稳定性机理以及HPAM这种驱油组分对乳液稳定性的贡献。在此基础上,利用新型纳米材料对膜表面进行改性,并制备了制备磁性纳米颗粒吸附材料,从简单的水包油乳液入手,进行乳液脱稳技术的探索。使用棒状材料海泡石(S)作为一维材料,氧化石墨烯(GO)和层状双氢氧化物(LDH)作为二维材料,通过层层组装的方式,以醋酸纤维膜(CA)为基底,构建了具有层状结构的改性微滤膜。设计实验探究了这种层状结构中二维材料对油水分离效能的影响。使用原子力显微镜(AFM)、衰减全反射—傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)来表征这种改性膜表面的特性,实验结果表明膜表层的层状结构成功合成。润湿性实验结果表明,层状结构对海泡石/GO(SG)与海泡石/LDH(LDH)膜的水中超疏油性质贡献最大。与纯GO和LDH改性膜相比,SG与SL的水下油接触角显著增加。模拟拖拽实验以及循环油水分离测试结果表明,SG膜具有更好的抗油污染性能,在循环利用6次后仍有较高的膜通量。本实验的研究结果表明,在三维层状结构中,二维材料对膜通量及抗污染性能影响很大。5.最后制备了磁性氧化石墨烯(MG),并通过静电相互作用合成了含有不同比例LDH和GO的磁性LDH/GO(MGL)复合材料。SEM、TEM、FTIR用于表征所制备的MGL材料。油水分离实验表明,当LDH/MG=1:1时,MGL有最高的油水分离效率。而在油水界面张力实验中,LDH/MG=1:3时油水界面张力降低最快且平衡值最小。通过有效扩散系数的计算发现,LDH的加入可以屏蔽部分MG的负电荷从而增加MGL的扩散系数。两种实验结果与预期不同,因而我们又进行了吸附动力学的实验与模拟。综合考虑所有实验结果,我们认为MGL对水包油乳液的油水分离机理包括MGL向油水界面的迁移与覆盖以及MGL对油珠的吸附。经过乙醇清洗后,MGL复合材料在循环使用3次后仍有较高的油水分离效率。
[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 .

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE39;X741
，

本文编号：1388397