沥青质在亲水/亲油表面吸附的分子动力学模拟
发布时间：2021-07-21 11:18
石油是一种不可再生的重要化石能源,主要被用作燃油和汽油。此外,石油也是许多化学工业产品,如塑料、润滑油、化肥和杀虫剂等的原料,可见我们的生产和生活离不开石油资源。然而随着社会的高速发展,对石油能源的需求不断增加,常规原油被逐渐开采后,其储量和产量逐年减少。与此同时,伴随着勘探技术的发展,越来越多的稠油资源被发现,其储量占石油资源的比例越来越大,稠油的开采能够极大的缓解人类对石油资源的需求,因此具有极高的开采潜力。随着石油资源开采的重心逐渐转向稠油资源,对稠油的研究越来越多,稠油的性质慢慢被人们熟知。稠油具有黏度大,流动性差和组成复杂等特点。研究发现证实沥青质和胶质稠环组分含量高,是导致稠油黏度大的主要原因。沥青质是原油中结构最大、密度最大、极性最强,且具有高表面活性的分子,而胶质的表面活性仅次于沥青质,所以胶质和沥青质极易在复杂的固体表面发生聚集吸附,进而导致稠油堵塞油井和输送管道。因此充分了解稠环分子（沥青质和胶质）之间的相互作用以及在吸附界面上的结构和作用对稠油的开发具有重要意义。通过理论计算化学能够从分子层面研究分子的运动状态,并具有可视化功能,能够帮助我们分析稠油分子在界面上的...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１沥青质日元模型及纳米聚集模型??
?山东大学硕士学位论文???更高的溶解性。??１．３界面性质??在促进石油开采增产的过程中，为使原油从油藏固体或基质岩石中释放出来，??无论采用什么材料或者方法，驱油的程度和速度都取决于油－固－水体系的界面性??质，这取决于油的物理化学性质及接触固体的特征和可湿性。如图１．３所示，是??原油开发利用中常见的界面现象［２８］。己知原油的吸附性主要取决于稠环分子，??因此研宄稠环分子与固体表面的界面物理化学性质以及各种相互作用至关重要。??这不仅有利于提高原油开采率，而且对环境保护具有深远的影响。??（》“．．?Ｏｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｌｏｎｊｓｉ／ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ?ａｄｓｏｒｉ＞ｔｉｏ？??ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｈｃｔｅｒｏｇｃａｉｅｔ＞?ａｔ?ｏｉｌ－ｗａｔｅｒ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?／Ｓｕｒｆａｃｅａｃｔｉｖｅ??＼?丨?／?？？??Ｏｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ?■■■■■■■■Ｉ?Ｏｉｌ?ｄｒｏｐｌｅｔ??ｊ／????—＾?？?ｋ?Ｏｆｌｐｈ脱?／?—??—?細—叫驗?〇?ｍ?ｏａ—??Ｚ?Ｗ?ｙ－ｖ?ｆ?／?？？ｆｆ？Ｃ？ｒ??－?＊?ｖ，＇－?？?〇?ｍ＾ｂｓｒｊａｋ??編丨?ｙｐ？?ＳｕＬｃｅ?ＳＵｂｒＭ＾〇ｎ?〇〇??士ｙｒ?ｈｆｔｃｒ—＿＿悅?ｉｆｊｕ，?＼?厂〇????，嘴?ＩｗＵ?ｌ—ｅｏｕｓｐｈａｓｃ??图１．３原油开发中的界面行为??１．３．１浪液界面??石油工业中存在的液液界面主要是指油水界面，即稠环分子中的沥青质发生??界面吸附，而通常描述这种界面吸附作用的表征方法是界面张力ＵＦＴ）?［２９，％。??界面张力的定义是将分子
?山东大学硕士学位论文???０??图２．１该模拟中用到的Ｃ５Ｐｅ分子的结构??为充分模拟石油开采和运输环境，使用Ｍａｔｅｒｉａｌ?Ｓｔｕｄｉｏ?（ＭＳ）创建五个??１６ｘ１６ｘ１?Ｓｉ０２平板。氧原子暴露于原始的二氧化硅表面。研宄中的亲疏水环境??是通过进一步水解二氧化硅表面的氧而形成的。在二氧化硅表面上形成的硅烷醇??基团（Ｓｉ－ＯＨ）被认为是活性亲水性吸附位点（如图２．２ａ所示）。通过用表面上??的碳原子代替氧原子来构建疏水表面。通过控制二氧化硅表面上的碳原子量来控??制二氧化硅表面的疏水性（如图２．２ｂ，２ｃ，２ｄ和２ｅ所示）。在这里，我们采用??简化的二氧化硅平板模型，该模型可能无法完全反映出确切的储层岩石表面化学??性质和结构。但是，一系列实验和模拟研宄发现，细微的差别影响非常有限。二??氧化桂平板的力场参数参考Ｚｈａｎｇ［３５］的工作，大量成功的研究证实这些力场参??数的合理性［３６＝３７］。硅板的力场参数显示在图表２．１中。??ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ??＼／＼／＼／＼／?＼／＼／＼／＼／??Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ??／＼／＼／＼／＼?／＼／＼／＼／＼??ｏ?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ??＼／＼／＼／＼／?＼／＼／＼／＼／??Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ??／＼／＼／＼／＼?／＼／＼／＼／＼??０?０?０?０?Ｏ?０??＼／＼／＼／＼／?＼／＼／＼／＼／??Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓ；?、：?Ｓｉ?ｓ；??／＼／＼／＼／＼?／＼／＼／＼／＼??Ｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]非常规油气开发的技术现状与发展[J]. 张威,陈弘. 石化技术. 2019(12)
[2]研究油田三次采油驱油技术的应用[J]. 赵志东,吴晓艳,高俊龙. 当代化工研究. 2017(09)
[3]蒸汽吞吐开采方法[J]. 张怀文,周江. 新疆石油科技. 2011(03)
[4]国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议[J]. 雷群,王红岩,赵群,刘德勋. 天然气工业. 2008(12)
[5]分子模拟技术在石油相关领域的应用[J]. 曹斌,高金森,徐春明. 化学进展. 2004(02)
[6]世界稠油资源的分布及其开采技术的现状与展望[J]. 于连东. 特种油气藏. 2001(02)
本文编号：3294924
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１沥青质日元模型及纳米聚集模型??
?山东大学硕士学位论文???更高的溶解性。??１．３界面性质??在促进石油开采增产的过程中，为使原油从油藏固体或基质岩石中释放出来，??无论采用什么材料或者方法，驱油的程度和速度都取决于油－固－水体系的界面性??质，这取决于油的物理化学性质及接触固体的特征和可湿性。如图１．３所示，是??原油开发利用中常见的界面现象［２８］。己知原油的吸附性主要取决于稠环分子，??因此研宄稠环分子与固体表面的界面物理化学性质以及各种相互作用至关重要。??这不仅有利于提高原油开采率，而且对环境保护具有深远的影响。??（》“．．?Ｏｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｌｏｎｊｓｉ／ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ?ａｄｓｏｒｉ＞ｔｉｏ？??ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｈｃｔｅｒｏｇｃａｉｅｔ＞?ａｔ?ｏｉｌ－ｗａｔｅｒ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?／Ｓｕｒｆａｃｅａｃｔｉｖｅ??＼?丨?／?？？??Ｏｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ?■■■■■■■■Ｉ?Ｏｉｌ?ｄｒｏｐｌｅｔ??ｊ／????—＾?？?ｋ?Ｏｆｌｐｈ脱?／?—??—?細—叫驗?〇?ｍ?ｏａ—??Ｚ?Ｗ?ｙ－ｖ?ｆ?／?？？ｆｆ？Ｃ？ｒ??－?＊?ｖ，＇－?？?〇?ｍ＾ｂｓｒｊａｋ??編丨?ｙｐ？?ＳｕＬｃｅ?ＳＵｂｒＭ＾〇ｎ?〇〇??士ｙｒ?ｈｆｔｃｒ—＿＿悅?ｉｆｊｕ，?＼?厂〇????，嘴?ＩｗＵ?ｌ—ｅｏｕｓｐｈａｓｃ??图１．３原油开发中的界面行为??１．３．１浪液界面??石油工业中存在的液液界面主要是指油水界面，即稠环分子中的沥青质发生??界面吸附，而通常描述这种界面吸附作用的表征方法是界面张力ＵＦＴ）?［２９，％。??界面张力的定义是将分子
?山东大学硕士学位论文???０??图２．１该模拟中用到的Ｃ５Ｐｅ分子的结构??为充分模拟石油开采和运输环境，使用Ｍａｔｅｒｉａｌ?Ｓｔｕｄｉｏ?（ＭＳ）创建五个??１６ｘ１６ｘ１?Ｓｉ０２平板。氧原子暴露于原始的二氧化硅表面。研宄中的亲疏水环境??是通过进一步水解二氧化硅表面的氧而形成的。在二氧化硅表面上形成的硅烷醇??基团（Ｓｉ－ＯＨ）被认为是活性亲水性吸附位点（如图２．２ａ所示）。通过用表面上??的碳原子代替氧原子来构建疏水表面。通过控制二氧化硅表面上的碳原子量来控??制二氧化硅表面的疏水性（如图２．２ｂ，２ｃ，２ｄ和２ｅ所示）。在这里，我们采用??简化的二氧化硅平板模型，该模型可能无法完全反映出确切的储层岩石表面化学??性质和结构。但是，一系列实验和模拟研宄发现，细微的差别影响非常有限。二??氧化桂平板的力场参数参考Ｚｈａｎｇ［３５］的工作，大量成功的研究证实这些力场参??数的合理性［３６＝３７］。硅板的力场参数显示在图表２．１中。??ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ??＼／＼／＼／＼／?＼／＼／＼／＼／??Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ??／＼／＼／＼／＼?／＼／＼／＼／＼??ｏ?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ??＼／＼／＼／＼／?＼／＼／＼／＼／??Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ??／＼／＼／＼／＼?／＼／＼／＼／＼??０?０?０?０?Ｏ?０??＼／＼／＼／＼／?＼／＼／＼／＼／??Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓｉ?Ｓ；?、：?Ｓｉ?ｓ；??／＼／＼／＼／＼?／＼／＼／＼／＼??Ｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]非常规油气开发的技术现状与发展[J]. 张威,陈弘. 石化技术. 2019(12)
[2]研究油田三次采油驱油技术的应用[J]. 赵志东,吴晓艳,高俊龙. 当代化工研究. 2017(09)
[3]蒸汽吞吐开采方法[J]. 张怀文,周江. 新疆石油科技. 2011(03)
[4]国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议[J]. 雷群,王红岩,赵群,刘德勋. 天然气工业. 2008(12)
[5]分子模拟技术在石油相关领域的应用[J]. 曹斌,高金森,徐春明. 化学进展. 2004(02)
[6]世界稠油资源的分布及其开采技术的现状与展望[J]. 于连东. 特种油气藏. 2001(02)
本文编号：3294924
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