双偏振干涉技术研究残余聚合物在油水界面的吸附行为

发布时间：2020-04-12 13:03

【摘要】：随着聚合物驱油技术的广泛应用,油气开采带来的环境问题日益突出。尽管该项技术驱油效果好,但其采出污水的处理问题,由于残余聚合物的存在,一直困扰着油田生产且未根本的解决。研究表明,聚合物在油水界面的吸附是导致聚驱采出污水油水乳状液稳定的根本原因。然而,目前未见文献报道有直接的方法可定量地表征残余聚合物在油水界面的吸附行为,关于残余聚合物在油水界面的吸附研究较少,残余聚合物在油水界面的吸附机理尚不清楚。因此,发展一种高灵敏性、非破坏性、原位的油水界面分析方法,系统研究残余聚合物在油水界面的吸附,揭示聚合物在油水界面的吸附机理具有十分重要的意义。双偏振干涉技术(Dual polarization interferometry,DPI)是近年来发展起来的一项新型界面光学检测技术,它能够灵敏地检测物质分子与表/界面相互作用过程中,界面质量、厚度和密度的实时变化。本论文利用DPI技术,建立了一种可同时定性与定量地研究残余聚合物在油水界面吸附的实验方法,实时动态地监测了残余聚合物在油水界面的吸附过程。本文选择沥青质模型化合物(C5Pe),将其涂覆在DPI传感芯片表面,通过方法选择及条件优化,构建了油水界面体系;利用含疏水单体的聚丙烯酰胺(HAPAM)与油水界面层的相互作用过程中所引起DPI芯片表面渐逝场的灵敏变化,获得了传输光波的干涉强度及相位变化;依据Maxwell方程和DeFeijter方程对数据进行了解析,获得了HAPAM在油水界面层上吸附质量、厚度和密度的变化;通过HAPAM在油水界面层上吸附质量、厚度和密度的灵敏变化,研究了 HAPAM在油水界面的吸附动力学、吸附层形态及吸附热力学内容;探讨了 HAPAM分子量、体系盐含量、原油各组分以及聚合物分子链段结构对吸附行为的影响。同时结合油滴破裂速率及油水界面扩张模量实验,探究了在不同影响因素下,残余聚合物对油水界面稳定性的影响,并结合DPI界面吸附实验结果,推断了 DPI吸附与界面稳定性的关系,揭示了残余聚合物稳定油水界面的吸附作用机理。研究表明,HAPAM在油水界面层上经历了扩散、吸附、解吸三阶段作用。随HAPAM溶液浓度变化,吸附层呈现出两种不同形态。当HAPAM浓度为500 mg/L,HMPAM分子先以“平躺”方式吸附,随后以“部分接触”方式吸附于油水界面层;当HAPAM浓度增加至1000mg/L-3000mg/L,HAPAM分子先以“部分接触”方式吸附,随后发生重排并均匀地吸附于油水界面层。HAPAM在油水界面层上的吸附是一个自发放热过程,体系熵值减小。降低HAPAM分子量及体系钠盐含量,有利于界面吸附过程,促使油水界面层稳定性增强。以SZ-361原油各活性组为分析对象,研究发现,HAPAM分子在沥青质和胶质所构建的油水界面层上发生吸附作用,而在饱和分和芳香分所构建的油水界面层上发生洗脱作用。HAPAM对各活性组分的界面稳定性顺序为:沥青质胶质芳香分饱和分。残余聚合物分子链段结构对界面吸附行为的影响研究表明,HAPAM分子在油水界面层上的吸附性能最好,对油水界面的稳定性最强,其中疏水单体与沥青质间的疏水作用是产生吸附作用导致油水界面稳定性增加的主要原因。
【图文】：

图１－１邋ＤＰＩ技术检测原理逡逑１．３．２邋ＤＰＩ技术与其它界面分析技术的比较逡逑

双偏振干涉技术研究残余聚合物在油水界面的吸附行为

图１－２技术路线逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.3;TE357.46

【参考文献】