基于微波-磁性纳米粒子耦合作用的油滴聚并机理研究

基本信息
批准号:51904246
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:孙娜娜
学科分类:
依托单位:西安石油大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
热效应微波非热效应磁性纳米粒子破乳
结项摘要

At present, the oil fields suffer from extremely serious emulsification problem for heavy crude oil by chemical flooding. In view of this problem, microwave-magnetic nanoparticle method on the demulsification of heavy O/W emulsion is proposed. However, the coupling mechanisms between them are vital for a breakthrough in this technology. Thus, Initially, in order to reflect the coupling action of them, the influences of microwave parameters and magnetic nanoparticle types on the distribution and size of oil droplets are studied. Secondly, according to build the relationships between the electromagnetic field of microwave, the physicochemical parameters of magnetic nanoparticle and the characteristics of oil-water interface, these mechanisms of thermal and non-thermal effects for oil droplet coalescence based on the coupling action between microwave and magnetic nanoparticle are proposed from the point of view of qualitative. Thirdly, the coarse-grained model include electric and magnetic forces is established, and then DPD is used to simulate the interfacial behavior of emulsion under the action of microwave and magnetic nanoparticle, which can quantitatively verify the non-thermal mechanism. Finally, for oil/water/interfacial film system, The electromagnetic distribution and the temperature field models of emulsion are established and solved simultaneously. The effects of microwave parameters and magnetic nanoparticle types on the temperature distribution of emulsion are analyzed comparatively, and the results are applied to reveal the thermal mechanism from a quantitative point of view. This research can lay the theoretical foundation for technical creation of efficient demulsification.

目前,油田面临的稠油化学驱采出液乳化情况极为严重,针对该难题,本项目提出“微波-磁性纳米粒子破乳法”,而两者的耦合作用机理对该技术的突破至关重要。因此,首先探究微波辐射参数和磁性纳米粒子类型对油滴分布状态和油滴粒径的影响规律,通过对比分析提出两者之间存在耦合作用;其次,构建微波电磁场及磁性纳米粒子的物化性质与油水界面特性的关联,从定性角度提出微波—磁性纳米粒子耦合作用对油滴聚并的“热效应”和“非热效应”机理;再次,建立包含电场力和磁场力的粗粒化模型,采用DPD法模拟微波电磁场和磁性纳米粒子作用下乳状液的界面行为,验证磁性纳米粒子促进微波破乳的“非热效应”机理;最后,针对油/水/界面膜三相体系,建立电磁场模型和温度场模型并对其进行耦合求解,通过对比不同条件下乳状液各相的温度分布,从定量角度剖析微波与磁性纳米粒子对油滴聚并的“热效应”机理。该研究为高效破乳技术的创新奠定理论基础。

项目摘要

目前,油田面临的稠油化学驱采出液乳化情况极为严重,针对该难题,本项目提出“微波-磁性纳米粒子破乳法”,而两者的耦合作用机理对该技术的突破至关重要。因此,首先探究微波辐射参数和磁性纳米粒子类型对油滴分布状态和油滴粒径的影响规律,通过对比分析提出两者之间存在耦合作用;其次,构建微波电磁场及磁性纳米粒子的物化性质与油水特性的关联,从定性角度提出微波—磁性纳米粒子耦合作用对油滴聚并的影响机理;再次,结合磁性纳米粒子的接触角和Zeta电位,以及油滴分布,揭示了微波-磁性纳米粒子对稠油破乳效果的pH响应行为机理;最后,针对稠油O/W型乳状液,建立了电磁场模型和温度场模型并对其进行耦合求解,通过对比有/无磁性纳米粒子时不同微波辐射参数下乳状液的温度分布,从定量角度剖析微波与磁性纳米粒子对油滴聚并的“热效应”机理。该研究为高效破乳技术的创新奠定理论基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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