稠油具有粘度高,流動性低的特點,在開采運輸和工業(yè)生產(chǎn)中存在很大困難。近年來由于人類對石油的需求量越來越大,易于開采的優(yōu)質(zhì)油品儲量越來越少。稠油儲量大,具有極高的開采潛力。然而,由于稠油組成的復(fù)雜性,其中除了常見的烴類,還包含大量的瀝青質(zhì),膠質(zhì),以及一些無機鹽類。正是這些瀝青質(zhì)膠質(zhì)分子的存在,使得稠油具有了極高的粘度。單就瀝青質(zhì)而言,其組成就極其復(fù)雜,包含大量不同結(jié)構(gòu)的瀝青質(zhì)分子,不同產(chǎn)地的油品所含有的瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)也大不相同。實驗上,從分子層面研究瀝青質(zhì)的性質(zhì)是很費時費力的。隨著理論化學(xué)方法和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,分子模擬是一種在分子層面研究瀝青質(zhì)膠質(zhì)聚集結(jié)構(gòu)的特點和性質(zhì)方法,從分子層面解釋稠油具有極高粘性的原因,給實驗提供了很好的輔助作用。本文以含有四種烷烴,兩種環(huán)烷烴,兩種芳香烴的輕質(zhì)油模型為基礎(chǔ),選取了多種瀝青質(zhì)和膠質(zhì),運用分子動力學(xué)方法在分子層面對稠油體系進(jìn)行理論研究。從分子層面給出了稠油的結(jié)構(gòu),油滴中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子的分布。隨后,加入不同的表面活性劑,嘗試研究加入表面活性劑,油滴的性質(zhì)產(chǎn)生了什么改變,從而揭示表面活性劑在乳化過程中所扮演的角色。主要研究內(nèi)容包括:(1)純油與油滴結(jié)構(gòu)的理論研究與瀝青質(zhì)膠質(zhì)含量較少的輕質(zhì)油品不同,稠油含有大量的瀝青質(zhì)與膠質(zhì)分子。這些瀝青質(zhì)與膠質(zhì)分子帶有大分子量的芳香環(huán)結(jié)構(gòu),可以通過派派共軛堆積相互作用聚集形成大的聚集體,這樣的聚集體使得稠油具有極高的粘性。實驗上很難從分子水平研究瀝青質(zhì)膠質(zhì)聚集體。本文利用分子動力學(xué)方法,研究了加入單一瀝青質(zhì)C5Pe的稠油,油滴的結(jié)構(gòu)。然后針對稠油中瀝青質(zhì)膠質(zhì)含量大,組成復(fù)雜的特點,研究了使用復(fù)合瀝青質(zhì)膠質(zhì)的稠油,油滴的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。我們希望我們的研究對實驗研究稠油的高粘性提供了理論輔助和指導(dǎo),對稠油的研究起到推動作用(2)稠油油滴與二氧化碳響應(yīng)型超兩親分子D230H-OA之間相互作用的理論研究D230H-OA是一種基于脂肪酸油酸和聚醚胺的二氧化碳響應(yīng)型超兩親分子。在加入到稠油體系后,會溶解出具有表面活性的油酸負(fù)離子和質(zhì)子化聚醚胺,是一種良好的表面活性劑。在通入二氧化碳的情況下,油酸負(fù)離子和質(zhì)子化聚醚胺會轉(zhuǎn)化為油酸分子和聚醚胺分子,失去表面活性。本文利用分子動力學(xué)方法,構(gòu)建了模擬體系,分別加入離子狀態(tài)的D230H-OA與分子狀態(tài)的D230-HOA到含有稠油油滴的模擬體系中。通過對比兩種狀態(tài),兩種稠油,共四個體系之間的性質(zhì)上的區(qū)別,嘗試去從分子層面解釋表面活性劑在稠油的乳化過程中所起到的作用。(3)稠油與不同濃度SDS相互作用的理論研究瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子的聚集體在穩(wěn)定稠油中起重要作用。雖然許多實驗嘗試去研究稠油中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子的復(fù)雜聚集結(jié)構(gòu),但這些微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)在分子水平上仍不明確。作為一種有效的輔助工具,分子動力學(xué)模擬可用于模擬稠油油滴和乳化油滴中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的行為。本文利用分子動力學(xué)方法研究稠油油滴和乳化油滴中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的聚集結(jié)構(gòu)。模擬結(jié)果表明:i)瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子通過面對面或邊對面堆積相互作用可在稠油中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),聚集結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是重質(zhì)原油的主要原因。油具有高粘度。ii)當(dāng)表面活性劑分子加入重油相時,瀝青質(zhì)分子從油/水界面移動到乳化油滴的中心。表面活性劑分子在界面處的吸附導(dǎo)致油滴親水表面積增加。我們認(rèn)為乳化油滴的親水性變化是重油粘度降低的關(guān)鍵。iii)拉伸分子動力學(xué)模擬可以證明瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子之間的相互作用在乳化重油液滴中變得脆弱,這表明添加的表面活性劑分子有利于原油的粘度降低。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE621
【部分圖文】：

工作者嘗試用Ｇｒｏｍａｃｓ，Ｌａｍｍｐｓ等軟件去研宄瀝青質(zhì)膠質(zhì)分子的性質(zhì)。例如在??２００８年的文章中，Ｋｕｚｎｉｃｋｉ［２］等人選取三種大型的瀝青質(zhì)分子，使用水，甲苯，??庚烷作為溶劑研究了瀝青質(zhì)分子之間的堆積聚集行為，如圖１．１所示。Ｊｉａｎ［１Ｑ］??等人則研究了具有同樣芳香烴結(jié)構(gòu)，不同側(cè)鏈的幾種瀝青質(zhì)分子，如圖１．?２所示，??在甲苯中的堆積聚集行為，如圖１．３所示。??２??

?■?ｂ）??圖１．３模擬后，體系中最大的聚集體。（ａ）?ＶＯ－８Ｃ，?（ｂ）?ＶＯ－１２Ｃ。??１．２分子模擬??隨著理論化學(xué)和計算機技術(shù)的發(fā)展，分子模擬越來越受到人們重視。分子模??擬是基于牛頓力學(xué)方程或者統(tǒng)計熱力學(xué)的計算化學(xué)方法。計算機或者大型服務(wù)器??的發(fā)展為分子模擬提供了硬件基礎(chǔ)。當(dāng)使用分子模擬時，我們首先會在分子水平??上建立分子模型，然后在各種不同的條件下模擬分子的結(jié)構(gòu)與行為。然后對得到??的結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種各樣的分析，得到想要的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)上的實驗方法相比，分子??模擬成本較低而且能觀察到實驗上觀測不到或不易觀測的分子尺度上諸多微觀??性質(zhì)，如分子位置分布規(guī)律、氫鍵、親疏水性、部分能量特征等。分子模擬一般??４??Ｉ??

?／?＾Ｒｊ?？Ｊ?Ａｌｉｐｈａｔｉｃ?ｓｉｄｅ??ｉＰｐ＾ｐ??ｃｈａｉｎ?ｇｒｏｕｐ??圖１．?２文章中使用的４種瀝青質(zhì)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)。??＾?．?Ｉ??Ｉ?ＪＴ??ａ）?■?ｂ）??圖１．３模擬后，體系中最大的聚集體。（ａ）?ＶＯ－８Ｃ，?（ｂ）?ＶＯ－１２Ｃ。??１．２分子模擬??隨著理論化學(xué)和計算機技術(shù)的發(fā)展，分子模擬越來越受到人們重視。分子模??擬是基于牛頓力學(xué)方程或者統(tǒng)計熱力學(xué)的計算化學(xué)方法。計算機或者大型服務(wù)器??的發(fā)展為分子模擬提供了硬件基礎(chǔ)。當(dāng)使用分子模擬時，我們首先會在分子水平??上建立分子模型，然后在各種不同的條件下模擬分子的結(jié)構(gòu)與行為。然后對得到??的結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種各樣的分析，得到想要的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)上的實驗方法相比，分子??模擬成本較低而且能觀察到實驗上觀測不到或不易觀測的分子尺度上諸多微觀??性質(zhì)，如分子位置分布規(guī)律、氫鍵、親疏水性、部分能量特征等。分子模擬一般??４??Ｉ??
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本文編號：2840325