岩石壁面親油性形成及潤濕性反轉的分子機制

《岩石壁面親油性形成及潤濕性反轉的分子機制》是依託西安交通大學，由孫成珍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：岩石壁面親油性形成及潤濕性反轉的分子機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫成珍
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

岩石壁面潤濕性支配著流體在多孔儲層內的分布與流動，極性分子等吸附後形成親油性壁面不利於原油驅排，發生潤濕性反轉是納米顆粒驅、表面活性劑驅等多種提高原油採收率技術的重要機理。在分子層面上查清岩石-油-水複雜多相體系相間作用和相間輸運是揭示壁面親油性形成和潤濕性反轉微觀機制的關鍵和難點。本項目從第一性原理出發得到複雜分子的結構和勢能參數，實現對複雜分子間范德華力、靜電力、氫鍵力等微觀作用力的準確描述，從分子動力學角度研究並揭示物理化學性質複雜的壁面與分子結構複雜的流體間相互作用和界面傳質機制；結合光譜分析、原子力顯微鏡等實驗測試技術，在納米尺度水平研究岩石壁面複雜分子的吸附特性與機制、吸附改性對潤濕性的影響機理和潤濕性反轉中添加物在接觸線附近的傳質與接觸線的微觀運動。研究成果是多相流熱物理學的重要拓展，將豐富複雜系統的潤濕性、原油驅排等的理論認識，有利於促進新型高效提高原油採收率技術的發展。

結題摘要

岩石表面潤濕性支配著流體在多孔儲層內的分布與流動，極性分子等吸附後形成親油性表面不利於原油驅排，發生潤濕性反轉是低礦化度水驅、表面活性劑驅等多種提高原油採收率技術的重要機理。在分子層面上查清岩石-油-水複雜多相體系相間作用和相間輸運是揭示表面親油性形成和潤濕性反轉微觀機制的關鍵和難點。本項目基於精確的原子勢能模型實現對複雜分子間微觀作用力的準確描述，從分子動力學角度研究並揭示岩石表面的三相潤濕性和界面傳質特性；結合實驗測試技術，研究岩石表面複雜分子的吸附特性、吸附改性對潤濕性的影響以及接觸線的微觀運動。實驗研究了極性分子在岩石表面的吸附特性，分析了在偶聯劑和離子的橋接作用下極性分子（硬脂酸等）在二氧化矽表面的吸附行為，並通過顯微鏡、紅外光譜等表征了吸附改性後的表面物理化學特徵。實驗測量了硬脂酸吸附改性表面的油水潤濕性，發現硬脂酸使親水性的二氧化矽表面呈現出明顯的親油狀態，油包水接觸角大大增加；分子模擬發現表面羥基化對三相潤濕性的影響很大，表面更加親水；水相中加入離子會大大改變吸附極性分子親油性表面的潤濕性，油包水接觸角大大減小，表面趨於親水性。分子模擬揭示了油-水-固體系下液液固三相接觸線的微觀運動機制，不同潤濕性下接觸線的運動呈現出三種截然不同的行為，研究了表面活性劑對三相接觸線運動的影響；研究了離子在油水界面上的傳質過程，發現離子在界面上的吸附擴散對其傳質過程非常關鍵。另外，研究了氣體分子在石墨表面的吸附擴散特性，為揭示氣驅體系下的潤濕性反轉機理提供了基礎。總之，本項目揭示了岩石表面極性分子吸附後親油性形成及水相添加物引誘潤濕性反轉的微觀機制，獲得了複雜多相體系下三相潤濕性的理論認識，為發展新型高效的提高原油採收率技術提供理論指導。研究結果發表SCI論文10篇（2篇ESI高引論文），EI論文3篇，撰寫英文書籍章節1篇，參加國際學術會議5次（其中邀請報告1次）、國內學術會議4次。