發(fā)布時間：2017-05-22 18:39

  本文關(guān)鍵詞：納米顆粒改性清潔壓裂液的分子動力學(xué)模擬及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：納米顆粒改性的清潔壓裂液可提高壓裂液的攜砂性能、耐溫性能,并降低壓裂液的濾失性,研究納米顆粒改性清潔壓裂液的微觀機理和宏觀工程特性有重要意義。本文研究親水性納米顆粒改性的粘彈性表面活性劑壓裂液,采用分子動力學(xué)模擬研究清潔壓裂液中鹽、納米顆粒的添加及溫度對其的影響；并測試納米顆粒改性的清潔壓裂液的工程特性。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：1.鹽對表面活性劑自組裝影響的分子動力學(xué)模擬研究了有機鹽NaSal和無機鹽KCl對單鏈表面活性劑CTAB和雙子表面活性劑16-6-16膠束化的影響,并對比了CTAB和16-6-16膠束化過程。在一定范圍內(nèi),NaSal的添加可以使球狀膠束向棒狀膠束轉(zhuǎn)變。適量的NaSal的添加可以促進膠束化,提升清潔壓裂液體系的流變性能。但當有機鹽添加過量時,膠束表面所能提供的供Sal-結(jié)合的表面有限,膠束只有分離成多個小的膠束才能提供足夠的結(jié)合表面,這樣反而影響膠束化過程。因此,對于清潔壓裂液體系,有機鹽的添加有一上限,且雙子表面活性劑為Sal-提供的結(jié)合幾何空間大。膠束的回旋半徑隨KCl的添加波動,沒有呈現(xiàn)明顯的規(guī)律。Cl-在膠束表面有一峰值分布,且Cl-和Br-的分布之和比無KCl時Br-的分布多；而K+無明顯峰值,且隨著KCl添加量的增加,陽離子K+在遠離膠束處的分布量減小。無機鹽KCl的引入抵消了陽離子基團之間的排斥力,并屏蔽膠束周圍水的作用,所以KCl的添加對膠束有柔順作用,使不同的膠束更容易纏結(jié)在一起形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使清潔壓裂液表現(xiàn)出好的流變特性。在質(zhì)量分數(shù)相同時,CTAB棒狀膠束的棒狀化程度比16-6-16的低。說明同質(zhì)量分數(shù)的雙子表面活性劑比單鏈表面活性劑更容易膠束化。表面活性劑膠束化過程的初始階段為單體及低聚物碰撞以形成小的膠束,之后膠束的長大來自于小膠束的碰撞。2.清潔壓裂液膠束形成的影響因素研究采用分子動力學(xué)方法研究溫度和納米顆粒添加對表面活性劑及鹽形成的清潔壓裂液的影響。質(zhì)量分數(shù)為6%CTAB、2%KCl和2%NaSal形成的體系,最終形成了棒狀膠束和蠕蟲狀膠束。5nm納米顆粒的添加使體系形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),且納米顆粒的添加可以加快膠束化過程。膠束通過一個半球面與納米顆粒連接,半球面中間主要分布CTAB的疏水尾鏈和Sal-的疏水部分,連接處外圍分布的是CTAB和Sal-的親水部分。且實驗中冷凍電鏡拍攝到Gemini型表面活性劑壓裂液膠束的幾何尺寸為5nm-40nm左右,且添加納米顆粒后可將蠕蟲狀膠束連接而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提升清潔壓裂液的流變特性。同質(zhì)量百分比的情況下,6nm納米顆粒體系較大,形成尺寸極大的膠束(長約40nm),納米顆粒需要連接兩個以上較大的膠束才能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。親水性為P1的納米顆粒在升溫至330K后與膠束脫離,不能維持清潔壓裂液在高溫時的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本文認為親水性強的納米顆粒在高溫時對清潔壓裂液網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的維持會起到一定的作用。對于沒有添加納米顆粒的體系,升溫至315K使由兩個蠕蟲狀膠束和一個球狀膠束形成的體系變?yōu)橐粋�蠕蟲狀膠束；繼續(xù)升溫至330K,體系變?yōu)橐粋�T形膠束。有機鹽和無機鹽的添加可以抑制因溫度引起的CMC升高。3.壓裂液濾失性和對巖心基質(zhì)滲透率損害率測試對比研究納米顆粒的添加對壓裂液濾失性和對巖心基質(zhì)滲透率損害率的影響。納米顆粒的添加能夠形成假想濾餅,降低壓裂液的濾失性；但由于濾液中仍有納米顆粒的作用,因此添加納米顆粒的濾液粘度也較大。頁巖孔隙直徑在5-300nm之間,且小孔徑占的比例大。15nm納米顆粒更易滲入孔隙中對巖心造成傷害。添加30nm納米顆粒的壓裂液濾液和基液濾液對巖心基質(zhì)滲透率損害率相差不大,且添加30nm納米顆粒的壓裂液濾失系數(shù)和濾失速度要低很多,因此對于本文研究的三種壓裂液,添加30nm納米顆粒的壓裂液體系對巖心的傷害最小。
【關(guān)鍵詞】：納米顆粒 清潔壓裂液 膠束 滲透率
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE357.12;TB383.1
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 課題研究背景及意義12
• 1.2 研究進展12-16
• 1.2.1 納米顆粒改性清潔壓裂液的研究進展12-15
• 1.2.2 表面活性劑自組裝行為的研究15-16
• 1.3 課題的研究內(nèi)容及意義16-18
• 2 模擬和實驗方法18-32
• 2.1 改性清潔壓裂液體系及配置方法18
• 2.2 分子動力學(xué)模擬方法18-31
• 2.2.1 分子力場19-21
• 2.2.2 分子動力學(xué)21-23
• 2.2.3 周期性邊界條件23
• 2.2.4 系綜與系綜的調(diào)節(jié)23-25
• 2.2.5 參數(shù)統(tǒng)計25
• 2.2.6 模擬軟件簡介25-26
• 2.2.7 高溫高壓巖心流動實驗臺26-29
• 2.2.8 巖心基質(zhì)滲透率損害率測試方法29-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 3 鹽對表面活性劑自組裝影響的分子動力學(xué)模擬32-53
• 3.1 引言32
• 3.2 模擬體系的設(shè)定32-34
• 3.3 力場及計算方法34
• 3.4 結(jié)果和討論34-51
• 3.4.1 體系的自組裝過程和平衡狀態(tài)34-36
• 3.4.2 鹽對單鏈表面活性劑膠束化的影響36-43
• 3.4.3 鹽對雙子表面活性劑膠束化的影響43-47
• 3.4.4 單鏈和雙子表面活性劑膠束化過程對比47-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 4 清潔壓裂液膠束形成的影響因素研究53-68
• 4.1 引言53
• 4.2 模擬體系的設(shè)定53-54
• 4.3 結(jié)果和討論54-66
• 4.3.1 納米顆粒添加對自組裝的影響54-61
• 4.3.2 納米顆粒粒徑對自組裝的影響61-62
• 4.3.3 溫度對自組裝的影響62-66
• 4.4 本章小結(jié)66-68
• 5 壓裂液濾失性和對巖心基質(zhì)滲透率損害率測試68-75
• 5.1 引言68
• 5.2 實驗測試工況和方法介紹68-69
• 5.3 壓裂液濾失性測試69-72
• 5.4 壓裂液濾液對巖心基質(zhì)滲透率損害率72-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 6 全文總結(jié)和展望75-79
• 6.1 全文總結(jié)75-77
• 6.2 本文創(chuàng)新點77
• 6.3 課題展望77-79
• 參考文獻79-81

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1 陳馥,王安培,李鳳霞,李興應(yīng);國外清潔壓裂液的研究進展[J];西南石油學(xué)院學(xué)報;2002年05期

2 張舒;一種高性能壓裂液[J];斷塊油氣田;2003年04期

3 楊衍東;胡永全;趙金洲;;壓裂液的環(huán)保問題初探[J];西部探礦工程;2006年04期

4 張榮明;林士英;李柏林;;粘彈性表面活性劑壓裂液的研究應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J];河南石油;2006年03期

5 劉富;;低滲透油藏壓裂液研究與應(yīng)用[J];石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報);2006年04期

6 孫彥波;趙賢俊;于克利;王滿學(xué);;清潔壓裂液及其在大慶油田的應(yīng)用[J];化學(xué)工程師;2007年07期

7 舒玉華;陳作;盧擁軍;楊艷麗;;低分子有機醇對泡沫壓裂液性能的影響[J];天然氣技術(shù);2007年04期

8 徐非凡;李景群;馬玉峰;張和開;高紅萍;;低分子環(huán)保型壓裂液技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用[J];油氣田環(huán)境保護;2008年01期

9 譚明文;何興貴;張紹彬;李暉;龍學(xué);郭淑芬;黃霞;;泡沫壓裂液研究進展[J];鉆采工藝;2008年05期

10 梁文利;趙林;辛素云;;壓裂液技術(shù)研究新進展[J];斷塊油氣田;2009年01期

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1 方波;李進升;盧擁軍;江體乾;;黏彈性膠束壓裂液形成動力學(xué)研究[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（上）[C];2005年

2 王麗偉;盧擁軍;單文文;張汝生;;低分子瓜爾膠壓裂液的流變特性研究[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（上）[C];2005年

3 張春水;;清潔壓裂液的研究[A];創(chuàng)新驅(qū)動，加快戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展——吉林省第七屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上）[C];2012年

4 匡順亮;程百祥;黃麗敏;;壓裂液快速返排工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[A];“振興吉林老工業(yè)基地——科技工作者的歷史責(zé)任”吉林省第三屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2004年

5 陳德飛;康毅力;李相臣;;壓裂液對煤巖氣體解吸能力的影響[A];2013年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2013年

6 金雷平;盧擁軍;方波;邱曉慧;明華;翟文;田萌;;陽離子表面活性劑粘彈性清潔壓裂液性能研究[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第14分會：流變學(xué)[C];2014年

7 ;超出你的想象 下一代新型壓裂液技術(shù)[A];油氣藏改造壓裂酸化技術(shù)研討會會刊[C];2014年

8 劉萍;管保山;梁利;姜偉;;利用煤層氣采出水配制表面活性劑壓裂液的研究與應(yīng)用[A];2013年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2013年

9 庚勐;孫粉錦;李貴中;劉萍;梁麗;李林地;;壓裂液對煤層氣解吸附傷害機理研究[A];2011年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2011年

10 李曙光;李曉明;孫晗森;吳雪飛;呂愛霞;;新型煤層氣藏壓裂液研究[A];2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉明輝 張再華;新型香豆膠壓裂液在杭錦旗工區(qū)應(yīng)用成功[N];中國石化報;2012年

2 李銘 汪義發(fā);低分子環(huán)保型壓裂液的應(yīng)用及推廣[N];中國石油報;2006年

3 記者 師嘯;低聚物壓裂液將成為吐哈低產(chǎn)區(qū)塊的“解藥”[N];中國石油報;2008年

4 記者 王志田邋通訊員 王濤;大慶油田實現(xiàn)壓裂液現(xiàn)場快速檢測[N];中國石油報;2008年

5 特約記者 李銘　通訊員 廖樂軍;新型壓裂液亮相長慶油田[N];中國石油報;2011年

6 通訊員 石華強　馬占國;超低濃度壓裂液長慶首試告捷[N];中國石油報;2011年

7 記者 孫書博;新型表活劑壓裂液首試成功[N];中國化工報;2012年

8 記者 谷學(xué)濤　通訊員 馬托 黃超;川慶鉆探新型表活劑壓裂液首試成功[N];中國石油報;2012年

9 馬軍;衛(wèi)285井應(yīng)用清潔壓裂液技術(shù)獲成功[N];中國石化報;2007年

10 任厚毅;應(yīng)用二氧化碳助排技術(shù)有效提高壓裂液返排率[N];中國石化報;2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 熊湘華;低壓低滲透油氣田的低傷害壓裂液研究[D];西南石油學(xué)院;2003年

2 肖丹鳳;低損害新型多側(cè)基植物膠壓裂液開發(fā)及應(yīng)用[D];東北石油大學(xué);2010年

3 張興福;表面活性劑酸性壓裂液的研究與應(yīng)用[D];成都理工大學(xué);2011年

4 李曙光;表面活性劑壓裂液機理、壓裂設(shè)計及評估技術(shù)研究[D];西南石油學(xué)院;2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高璽瑩;油田剩余壓裂液處理工藝研究[D];大慶石油學(xué)院;2010年

2 陳星晨;車載式壓裂液快速實時配置系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用技術(shù)研究[D];西安石油大學(xué);2015年

3 周逸凝;研發(fā)聚合物與表面活性劑可逆物理交聯(lián)清潔壓裂液[D];西安石油大學(xué);2015年

4 馮文勇;陰離子清潔壓裂液室內(nèi)研究及現(xiàn)場應(yīng)用[D];西安石油大學(xué);2015年

5 曲建麟;致密碎屑巖中壓裂液濾失模型研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

6 賀娜;羧甲基瓜爾膠酸性壓裂液在延長油田長10儲層的應(yīng)用研究[D];西安石油大學(xué);2015年

7 何靜;延長子北油田長2油藏清潔壓裂液研究[D];西安石油大學(xué);2015年

8 寧雅倩;納米顆粒改性清潔壓裂液的分子動力學(xué)模擬及實驗研究[D];浙江大學(xué);2016年

9 祝成;清潔壓裂液的配制及性能研究[D];西南石油大學(xué);2010年

10 王曉康;水基清潔壓裂液的制備及性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：納米顆粒改性清潔壓裂液的分子動力學(xué)模擬及實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：386552