技术分析
技术分析
- 丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基二甲基丙磺酸铵共聚物的合成及其性能
- 管道流量计量技术挑战与展望(第一部分)
- 管道流量计量技术挑战与展望(第二部分)
- 管道流量计量技术挑战与展望(第三部分)
- 海洋软管应用技术与展望(第一部分)
- 海洋软管应用技术与展望(第一部分)
- 海洋软管应用技术与展望(第二部分)
- 海洋软管应用技术与展望(第四部分)
- 基于蒙脱石修饰的深层页岩封堵剂制备及性能研究(第一部分)
- 基于蒙脱石修饰的深层页岩封堵剂制备及性能研究(第二部分)
- 两性离子聚合物降滤失剂的合成及评价 (第一部分)
- 两性离子聚合物降滤失剂的合成及评价 (第二部分)
- 减阻剂在高风险管道上的应用
- 分子模拟技术在油田用丙烯酰胺聚合物中的应用进展(第一部分)
- 分子模拟技术在油田用丙烯酰胺聚合物中的应用进展(第二部分)
- 非均相体系在微通道中的封堵性能研究(第一部分)
- 非均相体系在微通道中的封堵性能研究 (第二部分)
- 高含水油田剩余油研究方法、分布特征与发展趋势(第一部分)
- 高含水油田剩余油研究方法、分布特征与发展趋势(第二部分)
- 高含水油田剩余油研究方法、分布特征与发展趋势(第三部分)
- 能源安全战略下中国管道输送技术发展与展望(第一部分)
- 能源安全战略下中国管道输送技术发展与展望(第二部分)
- 能源安全战略下中国管道输送技术发展与展望(第三部分)
- 超临界水对重油改质中多环芳烃生成与转化影响的研究进展(第一部分)
- 超临界水对重油改质中多环芳烃生成与转化影响的研究进展(第二部分)
- 耐高温两性离子型油井水泥缓凝剂的合成及其缓凝机理研究(第一部分)
- 耐高温两性离子型油井水泥缓凝剂的合成及其缓凝机理研究(第二部分)
- 稠油水环输送管道再启动压降特性分析 (第一部分)
- 稠油水环输送管道再启动压降特性分析 (第二部分)
- 稠油水环输送管道再启动压降特性分析 (第三部分)
- 石油钻井行业的技术新动态
- 防气窜固井水泥浆体系研究
- 油井水泥大温差缓凝剂的合成及性能研究(第一部分)
- 油井水泥大温差缓凝剂的合成及性能研究(第二部分)
- 智能油田关键技术研究现状与发展趋势 (第一部分)
- 智能油田关键技术研究现状与发展趋势 (第二部分)
- 智能油田关键技术研究现状与发展趋势 (第三部分)
- 石油钻井行业技术新动态
- 石油钻井行业技术新动态
- 钻井过程中井漏特征精细识别方法研究与应用(第一部分)
- 钻井过程中井漏特征精细识别方法研究与应用(第二部分)
- 非常规油气固井材料发展现状及趋势浅析(第一部分)
- 非常规油气固井材料发展现状及趋势浅析(第二部分)
- 石油钻井行业技术动态
- 国际石油2023年度十大科技进展回顾
- 页岩气小井眼水平井纳米增韧水泥浆固井技术(第一部分)
- 页岩气小井眼水平井纳米增韧水泥浆固井技术(第二部分)
- 新型固井冲洗液评价装置适用性分析 (第一部分)
- 新型固井冲洗液评价装置适用性分析(第二部分)
- 吉木萨尔页岩油井水泥环性能评价(第一部分)
- 吉木萨尔页岩油井水泥环性能评价(第二部分)
- 构建多维度管道巡防体系管控高后果区风险
- 管道工程建设质量问题探究
- 纳米流体提高原油采收率研究和应用进展(第三部分)
- 纳米流体提高原油采收率研究和应用进展(第一部分)
- 纳米流体提高原油采收率研究和应用进展(第二部分)
- 纳米流体提高原油采收率研究和应用进展(第四部分)
- 基于页岩油水两相渗流特性的油井产能模拟研究
- 页岩油水平井压裂后变形套管液压整形技术
- 中深层稠油化学降黏技术研究进展(第一部分)
- 中深层稠油化学降黏技术研究进展(第二部分)
- 中深层稠油化学降黏技术研究进展(第三部分)
- 中深层稠油化学降黏技术研究进展(第四部分)
- 陆相页岩油气水平井穿层体积压裂技术
- 超支化聚乙烯新材料的研究进展(第一部分)
- 超支化聚乙烯新材料的研究进展(第二部分)
- 纤维素纳米材料在油气行业的研究现状与前景展望-孙金声院士团队
- 国内外深井超深井钻井液技术现状及发展趋势(第一部分)
- 国内外深井超深井钻井液技术现状及发展趋势(第二部分)
- 动态压力固井用疏水缔合聚合物防窜剂的合成与性能(第一部分)
- 动态压力固井用疏水缔合聚合物防窜剂的合成与性能(第二部分)
- 聚合物降滤失剂PAAAA的合成及其性能评价(第一部分)
- 聚合物降滤失剂PAAAA的合成及其性能评价(第二部分)
- 神奇的湍流减阻效应-加点高聚物就能让流体减阻
- 油井用复合低温早强剂的制备与性能研究(第一部分)
- 油井用复合低温早强剂的制备与性能研究(第二部分)
- 阴离子型丁苯胶乳粉的合成及其在油井水泥中的应用(第一部分)
- 阴离子型丁苯胶乳粉的合成及其在油井水泥中的应用(第二部分)
- 水溶性疏水缔合聚合物-膨润土纳米复合材料的研究(第一部分)
- 水溶性疏水缔合聚合物-膨润土纳米复合材料的研究(第二部分)
- 南海深水油气开采风险识别及安全控制技术
- 中国陆上油气田生产智能化现状及展望(第一部分)
- 中国陆上油气田生产智能化现状及展望(第二部分)
- 中国陆上油气田生产智能化现状及展望(第三部分)
- 石油钻井堵漏-施工原理-施工方法
- 钻井工程血液-钻完井液技术的发展现状与趋势(第一部分)
- 钻井工程血液-钻完井液技术的发展现状与趋势(第二部分)
- 钻井工程血液-钻完井液技术的发展现状与趋势(第三部分)
- 详述固井前置液
- 国内新型油井水泥分散剂的研究进展
- 缓凝剂的作用机理及缓凝效果
- 油田工业当中消泡剂的应用
- 微交联聚合物降滤失剂的合成与性能 (第一部分)
- 微交联聚合物降滤失剂的合成与性能(第二部分)
- 抗温抗盐水基钻井液降滤失剂研究进展(第一部分)
- 抗温抗盐水基钻井液降滤失剂研究进展(第二部分)
- 抗温抗盐水基钻井液降滤失剂研究进展(第三部分)
- 超高温高密度钻井液
- 浅析减阻剂在输油管道运行中的节能降耗和增输效益
- 井控技术研究进展与展望(第三部分)
- 井控技术研究进展与展望(第二部分)
- 井控技术研究进展与展望(第一部分)
- 耐温型聚丙烯酰胺减阻剂研究与应用现状(第一部分)
- 耐温型聚丙烯酰胺减阻剂研究与应用现状(第二部分)
- 抗高温钻井液降滤失剂的合成及机理研究(第一部分)
- 抗高温钻井液降滤失剂的合成及机理研究(第二部分)
- 抗高温钻井液降滤失剂的合成及机理研究(第三部分)
- 油气管道技术发展现状与展望
- 可降解微交联减阻剂的开发及应用(第一部分)
- 石油管道输送用高效减阻剂超高分子量聚1-辛烯的合成及其结构性能(第三部分)
- 石油管道输送用高效减阻剂超高分子量聚1-辛烯的合成及其结构性能(第二部分)
- 石油管道输送用高效减阻剂超高分子量聚1-辛烯的合成及其结构性能(第一部分)
- 可降解微交联减阻剂的开发及应用(第二部分)
- 泡沫水泥浆固井技术
- 泡沫水泥浆固井技术
- 深井、超深井固井关键工具(三)
- 深井、超深井固井关键技术进展及实践 (一)
- 深井、超深井固井特色水泥浆体系(二)
- 石油支撑剂是什么
- 油田污水处理技术现状及发展趋势
- 液化石油气(LPG)压裂技术及其应用前景
- 液化石油气(LPG)压裂技术及其应用前景
- 乳化原油破乳机理的研究
- 乳化原油破乳机理的研究
- 油田开发过程中厚油层剩余油分布与挖潜技术研究
- 一种低伤害压裂液的性能评价与现场应用
- 油基泥浆含油钻屑处理技术研究
- 钻井完井过程油气储层伤害机理与控制措施
- 浅谈PX 项目与我国石油加工业的可持续发展
- 油气并举在石油开采中的作业分析
- 斯伦贝谢如何强化技术创新
- 页岩油深斜井技术新发展
- 油田注水用杀菌剂在我国的应用及发展
- 油田开发设计方法和老油田开发现状
- 引入新井身结构提高SAGD性能
- 关于油气勘探新技术与应用分析
- 海洋油气钻探及其相关应用技术的发展与展望
- 储层压裂新技术: 液化石油气无水压裂
- “大数据” 助力石油行业更高效
- 一种速溶无残渣纤维素压裂液
- 油田污水回用技术促进企业清洁生产
- 历史悠久且最有效的堵漏剂产品:Diaseal M
- 贝克休斯ClearStar压裂液体系
- EOR三大技术现状与展望
- 页岩油气开发环保新技术 移动式膜分离技术提供高容量水循环利用
- 油田化学剂在油田污水处理中的应用研究
- 三次采油技术进展
- 中东钻井技术新进展
- 页岩气开采新工艺:无水压裂
- 以聚合物为载体的三次采油技术研究
- 深水钻井液关键外加剂优选评价方法
- 合成基钻井液技术应用
丙烯酰胺聚合物在石油生产中有着广泛的应用,从微观层次对丙烯酰胺聚合物溶液性质及应用过程中的作用机理进行研究具有重要意义。近年来计算机分子模拟技术不断发展,该技术具有较高的灵活性,弥补了宏观实验和理论之间的空白,被越来越多地应用于聚合物体系分子行为的研究。本文综述了计算机分子模拟技术在油田用丙烯酰胺聚合物中的应用研究进展,对主要的分子模拟技术和应用类型进行了阐述,揭示了该技术在石油化工领域的助益作用。
丙烯酰胺聚合物(PAM)是一种线型水溶性高聚物,由丙烯酰胺均聚或与其他单体共聚而成。PAM目前普遍应用于石油开采、污水处理、食品加工和医药等领域,享有“百业助剂”之称。近年来,我国PAM产量可达百万吨,其中,石油增产方面的需求占44.9%,是最大的下游市场。尤其在调剖堵水、三次采油和钻井领域中,PAM有着较为广泛的应用。PAM分子侧链上存在酰胺基团,使其具有优异的水溶性和很高的反应活性,易通过接枝或交联得到支链或网状结构;PAM溶液良好的黏弹性主要来自分子间的相互作用、分子缠结和氢键作用。由于聚合物分子的水解程度、改性方式等因素会对它的溶液性质及应用效果产生很大的影响,因此研究聚合物链状大分子的空间构型和分子间作用力对溶液性质的影响、探究构效关系具有重要意义。
传统方法通过探究聚合物溶液的流变性、黏弹性来研究聚合物体系的相关性能,UV-Vis、SEM、光散射以及色谱等方法已被应用于聚合物体系构型信息的研究。但通过以上方法只可以得到聚合物溶液的基本性能和构型,无法在微观尺度上精确描述聚合物溶液中分子的行为和构效关系,而计算机模拟技术通过建立数学模型计算可以对过程进行定性描述,且能够模拟出体系的一些结构与性能的定量关系,在微观尺度研究聚合物体系的分子行为,对于分析聚合物性能和预测效果具有重要意义。本文综述了计算机分子模拟技术在油田用PAM中的应用研究进展,对主要的分子模拟技术和应用类型进行了阐述。
1.分子模拟概述
根据空间尺度和时间范围的不同,分子模拟方法主要可分为电子尺度、分子(原子)尺度和介观尺度。电子尺度上的模拟主要是量子力学方法,量子力学模拟是以研究分子中电子的非定域化为基础,主要包括从头算计算法、半经验分子轨道计算法和密度泛函理论,可以计算得到分子的大多数性质,如构象、电离能、电子密度、过渡态和反应途径等。分子(原子)尺度计算方法主要包括分子力学法(MM)、分子动力学法(MD)和蒙地卡罗计算法,它们不考虑电子的运动和变化,将原子或分子团簇作为最小单元描述分子内和分子间的相互作用力,基于系综平均等统计理论来分析问题,可以模拟体系的静态结构和动态行为,求得分子的平衡结构和热力学性质等,但不能得到与电子结构相关的其他性质。以上模拟方法均集中于微观尺度的模拟,在处理多尺度问题时会有局限性。介观尺度方法的模型是空间尺度和时间尺度都大于传统方法的模型,基本单元为几个基团组成的珠子,因此应用介观模拟能够模拟更复杂的体系,可以在纳米至微米尺度上研究复杂流体、聚合物复合体系及复杂材料体系等。介观尺度的计算方法包括粗粒化分子动力学(CGMD)、耗散粒子动力学(DPD)、布朗动力学模拟以及格子玻尔兹曼模拟等。
针对PAM体系的研究多数以探究分子结构或体系性质为目的,以经典力学为基础的相关模拟方法是最佳的计算方法。通过典型的结构参数和作用力来讨论分子的结构变化,以数学函数的形式表征键长、键角、二面角变化及非键作用。涉及的主要分子模拟方法为:1)MD。MD基于牛顿运动定律来求解系统的时间演化状态。设定每个分子的初始位置、初始速率以及分子势能,通过分子间作用力,初始位置向较低能量状态移动,从而产生新的分子坐标和动量等。得到的结果将作为新数据输入,重复执行上述步骤直到达到平衡为止。通过对牛顿运动方程积分得到整个系统的动力学信息,获得基本的热力学性质、力学性质和液体径向分布函数等信息。MD计算速度快且精度高,但也存在局限性,如应用条件比较苛刻、时间尺度限于纳秒级等。2)CGMD。CGMD忽略了体系中分子内信息,将几个原子或者原子团作为一个大的粗粒子,并定义为粗粒化粒子,然后施加力场进行计算。CGMD的基本原理和模拟技术与传统全原子/分子动力学相同,但目前没有统一标准的势场,通常是根据所研究体系的特定情况来开发。3)DPD。DPD以多原子或分子集合为基本颗粒,并定义为“珠子”。DPD模型中包括保守力、耗散力以及随机力三对相互作用力,通过耗散力对珠子运动的阻尼作用以及随机力产生的随机碰撞作用,使整个体系在反应过程中保持动量平衡,对分析复杂流体中粒子间相互作用力具有一定的优势。
2.分子模拟在PAM中的应用
2.1 聚合物体系性能分析模拟
PAM具有较好的增黏效果,但在油藏高矿化度环境下黏度损失较为严重。针对无机盐对聚合物溶液黏度的影响,目前已有大量的研究。近年来,利用分子模拟技术从微观角度得到无机盐对聚合物溶液黏度影响的详细解释备受研究者的关注。通过计算机模拟研究聚合物分子在不同矿化度下的结构变化,可以直观了解聚合物的宏观性质,对于聚合物分子改性与合成具有重要的指导意义。
靳彦欣等采用实验与MD相结合的方法研究了无机盐对水解丙烯酰胺(HPAM)溶液黏度的影响,模拟体系中的粒子均采用COMPASS力场。实验结果表明,聚合物溶液的黏度对无机盐非常敏感,MgCl2和 CaCl2对溶液黏度的影响大于NaCl。模拟结果表明,Na+,Ca2+,Mg2+与带负电的羧酸基团之间存在静电吸引作用,阳离子在分子链周围形成的离子层可以屏蔽分子链中羧酸基团之间的排斥作用,因此分子链发生收缩,从而使聚合物溶液黏度降低。聚合物溶液在微观尺度下为非均相,其中,交联键连接在一起的聚合物分子链膨胀并形成致密相,分散的聚合物分子形成稀释相。Yang等进一步将HPAM溶液分为微观致密相、介质相及稀释相进行研究,采用MD方法探究了高矿化度下HPAM的分子构型及从微观致密相到稀释相聚合物溶液黏度的变化情况。实验结果表明,微观致密相中HPAM分子通过静电引力相互连接形成网状结构,且静电引力高于稀释相三个数量级。在高浓度钙离子条件下,HPAM分子间静电能大幅降低,盐离子与HPAM分子形成网状连接,破坏了致密相中HPAM分子间的网状结构,HPAM分子更倾向于卷曲,逐渐由弯曲状向长球状转变(图1)。计算得到的表观黏度降低了37%,与实验结果相近,进一步说明致密相中通过静电引力连接形成的网络结构是溶液黏度的关键。
Yao等将三种不同的单体引入到聚合物链上,得到改性的阴离子型PAM(HM-HPAM),这三种单体的侧链上都有一个苯环,它们结构上的差异在于侧链的长度和侧链中氧原子的数量。采用MD研究了HPAM与三种HM-HPAM在不同离子强度的盐溶液中的回旋半径(Rg),流体力学半径(RH)和特性黏数([η])等动力学参数。模拟结果表明,与HPAM相比,HM-HPAM的Rg,RH,[η]变化不明显,具有更强的抗盐性,且HM-HPAM-1到HM-HPAM-3的耐盐性逐渐增强。这是由于单体的空间位阻可以降低大分子链的卷曲度,从而提高了改性后聚合物的抗盐性。因此,在聚合物中引入位阻单体进行改性分子设计可提高聚合物的耐盐性。
Deng等探究了疏水缔合丙烯酰胺共聚物(HA-PAM)在盐溶液中的流变性能,系统考察了聚合物浓度、盐溶液浓度、温度和剪切速率对溶液流变性能的影响,并利用DPD介观模拟方法对聚合物的分子行为进行了详细描述。图2a为聚合物分子在溶液中DPD模拟的结果。从图2a可看出,疏水基团聚集形成了疏水域;随剪切速率的升高,侧链之间的疏水作用增强,聚合物的聚集程度增强,这表明合适的剪切速率能够促进疏水侧链的缔合作用。在微观水平上探究了盐对HA-PAM分子行为的影响,如图2b所示。一方面,电解质的屏蔽作用导致大分子卷曲,RH减小,分子间缠结减弱导致溶液黏度下降。另一方面,盐浓度的增加有助于分子间疏水缔合作用增强,当氯化钠含量为0.4%~3.0%(w)时,HA-PAM会形成非常紧密的分子内疏水微区,溶液的黏度再次降低。因此,溶液两次黏度降低都是无机盐屏蔽效应引起的。