【摘 要】
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目前,含蜡原油已经成为我国采出原油的主要类型之一。在原油的开采、运输和储存过程中,由于热量损失,原油温度会降至蜡相变点以下,导致蜡晶体从油溶剂中析出,严重影响油田的生产集输过程。此外,随着地层注水驱油技术广泛运用,导致油-水多相混输成为原油输送的主要方式,原油含水量的增加也造成复杂乳状液的形成,对原油采收率和集输效率产生巨大影响。本文主要围绕乳状液的形成过程中遇到的:多相石蜡结晶、油水界面、乳化水
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目前,含蜡原油已经成为我国采出原油的主要类型之一。在原油的开采、运输和储存过程中,由于热量损失,原油温度会降至蜡相变点以下,导致蜡晶体从油溶剂中析出,严重影响油田的生产集输过程。此外,随着地层注水驱油技术广泛运用,导致油-水多相混输成为原油输送的主要方式,原油含水量的增加也造成复杂乳状液的形成,对原油采收率和集输效率产生巨大影响。本文主要围绕乳状液的形成过程中遇到的:多相石蜡结晶、油水界面、乳化水滴与蜡晶成核等关键问题,从分子微观作用出发,采用分子动力学方法(MD)和耗散粒子动力学(DPD)方法进行研究,得到以下结论。首先,搭建含不同石蜡分子结构的多相多组分含蜡原油模型和降凝剂(聚乙烯醋酸乙烯酯,EVA)模型。采用MD方法,探究不同石蜡组分条件下体系的热物性和流变性参数。发现随着蜡组分的碳链长度增加,其扩散能力逐步减弱,体系的相变温度也逐步降低。此外,相较于短链烷烃,长链烷烃能够在更低的温度条件下相互聚集,共晶形成石蜡晶体。添加降凝剂后,发现由于石蜡分子与降凝剂分子会发生共晶作用,降凝剂会阻碍石蜡分子间之间相互聚集形成难溶的石蜡固体,石蜡分子仅能以液态微晶蜡的形式存在。在降凝剂的作用下整个体系的黏度和相变温度均下降,含蜡原油体系的低温流变特性得到了改善。其次,采用DPD方法,分析了石蜡结晶对油水界面稳定性的影响。结果表明,水分子和油分子均会被石蜡的晶体结构吸附,加速其在油-水界面形成有序的空间网状晶体结构,导致蜡-水和蜡-油界面张力降低,表面张力呈现出:油-水>蜡-水>蜡-油。且随着蜡含量的增加,油-水界面张力增加,表明石蜡吸附在油-水界面有助于油-水界面的稳定性,同时会直接影响乳状液能否形成。最后,基于DPD方法,分析了含蜡油水乳状液形成后,分散相水分子对石蜡结晶成核过程的影响,并讨论了临界含水量和临界成核速率对蜡的结晶成核方式和乳状液转性作用。发现体系中石蜡分子的成核方式与含水率相关,即在低含水率下以均相成核为主,在高含水率下以非均相成核为主。此外,随着含水量的增加,蜡结晶成核速率随着体系温度的升高先减小后增大。当乳状液类型由油包水W/O型向水包油O/W型转变时,水分子为石蜡分子提供更多的成核位点,加速了石蜡分子的结晶成核过程,导致乳状液的流变特性恶化。
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