纳米颗粒对原油-CO2体系界面张力的影响

注CO₂开发含沥青质油藏会导致沥青质沉淀,造成储层堵塞,而注入纳米颗粒能够有效抑制沥青质沉淀。在明确原油注CO₂产生沥青质沉淀特征的基础上,选取不同地区4种沥青质质量分数的原油,分别测定了无机纳米颗粒SiO₂、金属氧化物纳米颗粒Co₃O₄和Fe₃O₄作用下的CO₂与原油的界面张力,并评价了原油性质对纳米颗粒性能的影响。结果表明：原油中沥青质沉淀量随压力的增加而增大,CO₂与原油间界面张力随压力的增加呈现出先快速下降后逐渐变缓的趋势,对应的一次接触最小混相压力也随沥青质沉淀量的增加而增大;纳米颗粒具有较高的表面活性和比表面积,能够吸附沥青质颗粒,抑制沥青质聚集,有效降低油气体系界面张力,其中纳米颗粒性能高低依次为无机纳米颗粒SiO₂、金属氧化物纳米颗粒Co₃O₄和Fe₃O₄;纳米颗粒性...     

非均质多层储层中CO2驱替方式对驱油效果及储层伤害的影响

低渗透油藏注CO₂开发过程中沥青质沉淀和CO₂-地层水-岩石相互作用引起的储层堵塞加剧了非均质多层砂岩储层中驱替特征的复杂性，影响CO₂和CO₂-水交替驱（CO₂-WAG）驱油过程中流体在储层中的渗流和最终的原油采收率。研究中的CO₂和CO₂-WAG驱油实验是在混相条件下（70℃、18 MPa）模拟的具有相似物性的多层储层系统中进行的，从油气产量、剩余油分布和渗透率损害3方面评价了两种驱替方式。实验结果表明，CO₂驱后整个系统的采收率较低，产油主要来自高渗透层，剩余油分布在中、低渗透层。CO₂-WAG驱过程中CO₂突破时间较晚，整个系统的原油采收率显著改善。此外，CO₂驱后高渗透层的渗透率下降了16.1%，95.1%的下降幅度是由沥青质沉淀引起。在CO₂-WAG驱后，各层的渗透率下降幅度分别为29.4%、16.8%和6.9%，沥青质沉淀仍是主要因素，且引起的储层堵塞更严重，但高渗透层中CO₂-地层水-岩石相互作用引起的渗透率下降不容忽视，占20.7%的因素。因此，对于具有强非均质性的多层储层，CO₂-WAG具有更好的驱油效果，但是对沥青质沉淀的预防和控制措施是必要的。     

致密砂岩油藏CO2吞吐沥青质沉积对储层的伤害特征

针对注CO₂提高原油采收率过程中易产生沥青质沉积的现象,以致密砂岩天然岩心和储层原油为研究对象,利用CO₂吞吐以及核磁共振等实验手段,开展了致密砂岩油藏CO₂吞吐过程中沥青质沉积对储层的伤害特征研究。实验结果表明：原油的沥青质含量越高,CO₂吞吐过程中沥青质的沉积率越大;随着实验压力的升高,沥青质沉积率先增大后减小,当压力为25 MPa时,沥青质沉积率最大;CO₂吞吐过程中沥青质沉积对储层渗透率的伤害程度较大,而对孔隙度的伤害程度则相对较小;沥青质主要沉积在大孔隙中,且油样中沥青质的含量越高,对岩心大孔隙的堵塞程度就越大;沥青质沉积可以使岩心进口端面的润湿性由亲水性向亲油性转变;沥青质沉积会影响CO₂吞吐实验的采收率,沥青质含量越高,采收率越小。在致密砂岩油藏注CO₂吞吐过程中,应采取相应的抑制沥青质沉积措施,以提高CO₂吞吐措施的效果。     

CO2驱油过程中孔喉结构对储层岩石物性变化的影响

注CO₂提高储层原油采收率过程中,储层中流体的渗流和分布受岩石孔喉结构控制,且注入的CO₂会引发原油中的沥青质沉淀,导致储层渗透率下降并改变储层的润湿性。通过在4块渗透率相似但孔喉结构不同的岩心上进行的混相和非混相的CO₂驱油实验研究了CO₂驱油过程中岩石孔喉结构对储层岩石物性变化的影响。基于岩石孔径分布和压汞曲线,根据分形理论对岩心孔喉结构特征进行定量评估。实验结果表明,在提高原油采收率方面,混相驱替比非混相驱替高12.2%~16.8%,孔喉结构相对均质的岩心比非均质岩心高18.1%~26.9%,在非混驱替时原油采收率受岩心孔隙结构的影响更明显。由于沥青质沉淀堵塞孔喉,混相和非混相驱替后岩心渗透率分别下降了7.5%~14.2%、4.0%~7.9%,且渗透率下降幅度与岩心孔喉结构分形维数呈正比。混相和非混相驱替后岩心的润湿指数分别下降了26.8%~59.8 ％、10.5%~21.6%。由于更大的CO₂波及体积,孔喉结构相对均质的岩心水湿性减弱更显著。混相驱替和均质的孔喉结构使岩心物性变化分布更均匀,且均质的孔喉结构可以在提高CO₂驱油效率的同时,减弱沥青质沉淀造成的岩心渗透率下降及润湿性变化,减弱程度分别为3.5%~6.7%、11.2%~33.0%。     

纳米颗粒F-SiO2对地层原油中沥青质沉淀抑制效果

为明确纳米颗粒对原油中沥青质沉淀的抑制效果及吸附沥青质机理，采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、场发射扫描电子显微镜和低温氮气吸附实验方法，开展了沥青质起始沉淀点测定实验和沥青质溶解线及沉淀线测定实验，研究了改性F-SiO₂纳米颗粒作用下的沥青质起始沉淀点、吸附量及亚稳定区宽度的变化。结果表明：纳米颗粒对轻质油中沥青质的吸附以单层为主，最大吸附量为0.8 g/g，而对重质油中沥青质的吸附以多层和大颗粒沥青质聚集体(10～50μm)为主，最大吸附量可达8.6 g/g;F-SiO₂纳米颗粒增大了沥青质的亚稳定区，推迟了沥青质自发成核的形成时间，延迟了沥青质起始沉淀点，抑制了沥青质沉淀；F-SiO₂纳米颗粒作用下的重质油沥青质的燃烧残余物质量分数为11.6%，优于轻质油沥青质(52.8%)，证明F-SiO₂纳米颗粒对重质油中沥青质的吸附及抑制效果好于轻质油。研究成果为预防沥青质沉淀、缓解沉积伤害提供了理论依据。     

致密轻质油藏不同CO2注入方式沥青质沉积及储层伤害特征

致密轻质油藏注CO₂会引发沥青质沉积现象。为厘清不同CO₂注入方式下沥青质沉积特征及其对储层的伤害机理,以鄂尔多斯盆地延长组7段储层轻质原油为例,在明确CO₂注入量和压力对沥青质沉淀量影响的基础上,通过开展不同注入压力下CO₂吞吐和驱替实验,辅以核磁共振在线扫描技术,研究了不同注气方式下沥青质在岩心中的沉积特征,定量评价了不同注气方式下沥青质沉积对储层物性、润湿性和孔隙结构的伤害程度,从微观孔隙尺度剖析了沥青质沉积对储层的伤害机理。研究结果表明,沥青质主要在岩心入口端大量沉积,且越接近岩心出口端沉积量越小,驱替方式下的沥青质沉淀量和沉积区域大于吞吐方式;两种注入方式下孔隙度变化率相差较小,但驱替方式下的渗透率伤害率远高于吞吐方式;沥青质沉积引发岩石润湿性向亲油反转,润湿反转指数随注入压力的升高而增大,且驱替方式下的润湿反转指数大于吞吐方式;微观尺度下沥青质主要在大孔隙中沉积,但吞吐方式下大孔隙（0.092 μm≤T₂<4.500 μm）堵塞率随注入压力的升高而增大,小孔隙（0.009 μm≤T₂<0.092 μm）堵塞率则先下降、后上升;驱替方式下小孔隙和大孔隙堵塞率均随注入压力的增加而增大。     

离子液体中间体的合成及表征

用直接合成法通过季铵化反应合成了N-甲基-N′-乙基眯唑溴盐([emim]Br)、N-甲基-N′-丙基咪唑溴盐([pmim]Br)、N-甲基-N′-丁基咪唑溴盐([bmim]Br)、N-(2-羟乙基)-N′-甲基咪唑氯盐([C_2OHmim]Cl)、N-戊基吡啶溴盐([C_5py]Br)等5种阴离子为卤离子的咪唑类和吡啶类离子液体中间体。用~1H NMR和~(13)C NMR对产物进行了表征,证明了该合成方法的可靠性。     

硅烷修饰SBA-15与固载聚醚离子液体化催化剂的制备与性能

将3种聚醚离子液体,即Cl[PECH-MIM]-OH、Cl [PECH-MIM]-COOH和Cl [PECH-MIM]-NH₂,分别与助催化剂ZnBr₂反应制得复合型聚醚离子液体,再用硅烷(CPTES)修饰分子筛SBA-15,并将其固载复合聚醚离子液体,制得固载化催化剂SCP-OH/[ZnBr₂]、SCP-COOH/[ZnBr₂] 和 SCP-NH2/[ZnBr₂]。利用红外光谱仪、热重分析仪、电镜扫描仪对SBA-15及3种固载化催化剂进行化学结构、热性能和表观形貌的表征,并研究其催化环氧丙烷(PO)与CO₂合成碳酸丙烯酯(PC)反应的性能。结果表明,复合型聚醚离子液体成功固载于硅烷分子筛上,实现了离子液体的相态转变及其高效的非均相转化CO₂。对于3种固载化离子液体催化环氧丙烷与CO₂的羰基化反应SCP-COOH/[ZnBr₂ 的催化性能最佳,在CO₂压力3.0 MPa、反应温度130  ℃、液时空速为0.5 h^-1的反应条件下,PO转化率为83.8%、产物PC选择性为94.1%,并且连续使用80 h后仍保持良好的催化性能。     

新型马尿酸盐类离子液体的腐蚀性与摩擦学性能

设计开发了3种马尿酸盐类离子液体：1-丁基-3-甲基咪唑马尿酸盐离子液体[BMIM][Hip]、胆碱马尿酸盐离子液体[CHO][Hip]和三丁基十四烷基鏻马尿酸盐离子液体[P₄₄₄₁₄][Hip],通过电化学和摩擦学方法分别考察了这3种离子液体对低碳钢的腐蚀性,及其作为润滑剂对钢/钢摩擦副的摩擦学性能,并与传统1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([BMIM][BF₄])进行比较。结果表明：传统离子液体[BMIM][BF₄]对低碳钢的腐蚀性较强;合成的3种离子液体对低碳钢的腐蚀性均非常弱,其中[CHO][Hip]对低碳钢的腐蚀性最弱;此外,合成的3种离子液体在钢/钢摩擦副上均表现出优异的摩擦学性能,使用[BMIM][Hip],[CHO][Hip],[P₄₄₄₁₄][Hip]润滑时摩擦副的磨损量分别为使用[BMIM][BF₄]润滑时磨损量的9.3%,5.3%,18.1%。     

醋酸铅在离子液体中溶解机理的研究

通过[bmim]Cl和Pb(OAc)2混合反应后析出PbCl2沉淀,制备得到溶解有醋酸铅的离子液体[bmim]OAc。实验发现,即使使用过量的醋酸铅,PbCl2仍然不能沉淀完全,这表明离子液体中的Pb2+离子并不是以游离形式存在的,而是以配位的形式存在,并且由离子液体包裹着。因此,醋酸铅在离子液体[bmim]OAc中的溶解度得到增加,平均溶解度达到1 1mmol/ml,最大溶解度达到3 0mmol/ml。