锡青铜超疏水表面纳秒激光制备及润湿性转变机理研究

以锡青铜为基底,研究采用纳秒紫外激光代替飞秒激光制备金属超疏水表面的方法。通过改变激光加工参数制备了不同表面微观结构,并采用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和润湿性进行了表征,通过X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的样片表面化学元素含量及其随时间的演变,对润湿性转变的机理进行了解释。研究结果表明,采用纳秒紫外激光可以在锡青铜基底制备类似飞秒激光加工得到的金属超疏水表面;激光加工后的样片润湿性随时间变化,转变机理是激光加工过程中生成的CuO在磷元素的催化脱氧作用下生成了本征疏水的Cu2O;在紫外激光能量密度为5.61 J/cm2下,激光扫描速度100 mm/s时,所制备的表面具有微纳复合结构的表面接触角超过150°,滚动角小于10°。

烷基苯孪连表面活性剂对固体表面润湿性的影响

研究了孪连表面活性剂DSDBS-2（乙撑双十二烷基苯磺酸钠）的吸附、润湿及驱油性能。以芘为探针,用稳态荧光法测定能反映DSDBS-2在高岭土表面吸附层微极性的I3和I1值,求得DSDBS-2在溶液浓度为10 mg/L时开始在高岭土表面形成聚集体,溶液浓度为40-100 mg/L时聚集体逐渐完善,溶液浓度高于100 mg/L时形成新的聚集体。在亲水高岭土粉体表面的接触角,随溶液浓度增加先减小,在16.5 mg/L处达到最低值后由于新聚集体形成而趋于增大。由表面张力-溶液浓度曲线求得DSDBS-2的临界胶束浓度为10 mg/L。DSDBS-2可使亲水的玻片、石英片表面强亲水,接触角降至12°以下,使亲油的玻片表面变亲水,接触角降至80°以下。驱油实验温度40℃,使用长29 cm、水测渗透率0.35-0.54μm2的人造砂岩岩心,黏度15.8 mPa.s的克拉玛依七区井口脱气脱气原油,用注入水配制的DSDBS-2（40 mg/L）/HPAM（1500 mg/L）表聚二元驱油剂,该驱油剂黏度49.4 mPa.s,与原油间界面张力0.106 mN/m;水驱之后注入0.5 PV驱油剂,采收率增值分别为15.22%和16.78%（亲油岩心）,19.82%和20.13%（亲水岩心）。表聚二元驱中岩石表面润湿性的改变应予重视。

注入水对油藏岩石润湿性的影响

从影响岩石润湿性转变的一个重要原因———原油中沥青质在岩石孔隙表面的吸附出发,分别研究了注入水中含盐量的高低,以及注入水中阳离子的类型对原油中沥青质在岩石孔隙表面的吸附的影响,从而得出了影响岩石润湿性转变的重要因素。

井筒高含水型微乳液冲洗液研究

随着油气资源开采的不断发展,油基钻井液因其优异的性能而广泛使用,这使得钻井后井筒井壁的润湿性转变为油润湿,影响固井水泥浆的胶结质量。通过冲洗液对井筒井壁上黏附的油基钻井液进行清洗,并转变其润湿性为水润湿是提高水泥胶结质量的有效措施之一。以EAB-40、SDBS、正丁醇、煤油、水为原料,制备了高水量(≥80%)型微乳液冲洗液,研究了微乳液的气泡率、清洗能力以及对岩心的润湿性转变能力,将微乳液制备成隔离液,通过隔离液清洗实验探究了隔离液的清洗性能以及与水泥浆、油基钻井液的相容性。结果表明,微乳液冲洗液的起泡率为17.07%,清洗率为可达99%以上,且对岩心具有优异的润湿性转变能力;同时所配制的隔离液对油基钻井液的清洗效率仍可达99%以上,且与油基钻井液和水泥浆混合后仍具有良好的相容性。此研究获得了一种清洗效率高、气泡率低、相容性好的清洗井筒用高含水量型微乳液冲洗液。

激光刻蚀紫铜表面润湿性的快速转变

针对激光刻蚀的金属表面短期内的超亲水性及较长的润湿性转变周期问题,通过优化飞秒激光刻蚀参数在紫铜表面构造出微/纳米分层的乳突状结构,制备了超亲水样品。样品在水汽环境下高温热氧化3 h后,放置于150℃的管式炉中用乙醇辅助退火15 min,测得其表面水接触角由退火前的(4.0±0.7)°提高到(150.7±0.6)°,样品表面由超亲水快速转变为超疏水,极大提高了润湿性转变效率。

三次采油用Gemini季铵型表面活性剂LTS的性能及应用

使碳数大于2的α,ω-二溴代烷与烷基二甲胺在无水乙醇中反应,得到了gemini季铵盐表面活性剂LTS,在45℃考察了LTS作为降压增注驱油剂的性能,配液用水为矿化度4902mg/L的大庆采油五厂模拟注入水。用电渗法测定,LTS溶液浓度由600mg/L增至800mg/L时,石英砂在LTS溶液中的表面zata电位由负变正。在石英砂上的饱和吸附量,LTS为0.082mg/L,石油磺酸盐ORS-41为0.102mg/L。LTS溶液浓度为500～600mg/L时,与大庆采油五厂原油间的界面张力降至10-3mN/m超低值。动态和静态接触角测定表明,100～800mg/L的LTS溶液可使亲油玻片表面变亲水,600mg/L的LTS溶液使亲水人造石英砂岩心表面变强亲水。Kg0.005～0.008μm2的人造砂岩岩心水驱之后用LTS溶液驱油,当LTS浓度由200mg/L增至1000mg/L时,注LTS压力相对于注水压力的降低率由26.74%增至42.85%,采收率增幅由5.80%增至14.96%。在大庆采油五厂平均渗透率0.01μm2的低渗透油层的6口井注入600mg/L的LTS溶液,单井日注量30～45m3,共注90天,此后平均注水压力下降0.9MPa,单井日增注8.5m3,对应油井年增产油1429t。

砂岩油藏智能水驱提高采收率作用机理实验

智能水驱是一项低成本、环保、潜力巨大的油田开发新技术。以国外众多学者的研究成果为依据,分析归纳智能水驱提高采收率的作用机理主要包括:类碱驱、微粒迁移、多组分离子交换和储层润湿性转变,并通过物理模拟实验验证智能水驱的提高采收率机理。研究结果表明:用智能水驱进行岩心流动实验时,产出水的pH值明显高于高矿化度水驱,最大pH值能够达到8.23,说明智能水驱能够发挥类似碱驱的作用从而提高采收率;用智能水分别驱替未煅烧和650℃下煅烧过的岩心,最终采收率分别为56.48%和53.45%,因煅烧过的岩心内粘土不再发生迁移,其采收率明显低于未煅烧的,说明智能水驱过程中微粒的迁移能够提高采收率;检测智能水驱产出液中各离子的质量浓度发现,Ca^(2+)的质量浓度先大幅度增加后逐渐降低,Mg^(2+)的质量浓度先小幅度增加再逐渐减小,最终逐渐趋于平稳,说明水驱过程中存在少量Mg^(2+)交换Ca^(2+)以及智能水中的H^+交换粘土表面大量的Ca^(2+)的过程,可见智能水驱过程中多组分离子发生了交换,从而提高了采收率;70 h后在油滴1周围改滴智能水,油滴与岩心的接触角由最初的124°逐渐减小,最终降至67°,润湿性由亲油性变为亲水性,可见智能水驱能够使岩心表面的润湿性发生转变,从而提高采收率。

纳米流体驱油机理研究进展

在油田化学中纳米技术也开始进入学者的视线,即包括了将纳米材料用于三次采油(EOR)当中。在该领域中纳米驱油已被多次研究,其中驱油机理也多种多样,但仍然没有系统地对驱油机理进行研究。目前涉及纳米流体驱油的机理主要可以概括为界面张力的降低、润湿性转变和结构分离压力。这三种机理分别从油水界面、固液界面和微观动态过程解释了纳米流体是如何起到提高采收率的作用。界面张力的降低促使黏附功降低和油滴颗粒的减小,但油水界面被饱和后作用减弱;纳米流体中的颗粒覆盖原始岩壁,使得岩壁发生润湿性转变,进一步降低黏附功;在油水固三相接触线的楔形区内产生的结构分离压力为解释原油剥离的微观动态过程提供了全新的概念。但这三种机理的协同作用还有待研究。此外,局部黏度的增加和Pickering乳液的原位形成等潜在机理也需深入探索。

贵金属涂层超亲水-超疏水转化研究

为了探究贵金属涂层在空气中润湿性能,采用化学镀法在黄铜网表面成功制备了Au、Ag、Pt和Pd涂层,研究了涂层在空气中由超亲水向超疏水转化的变化速率。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、接触角测量仪对涂层的组成、形貌和润湿性进行表征,探讨了不同涂层表面形貌结构及化学组成对润湿性变化的影响。结果表明:放置9 d后Pd涂层表面有机碳含量最低,而Pd涂层水接触角增加最慢。同时Pt涂层虽然在初期水接触角增加较快,但因为其不具有微纳米双微观结构,最终的水接触角最小。因此涂层润湿性变化快慢与表面吸附空气中有机碳含量有关,而最终水接触角大小取决于涂层的表面微观结构。

仿生超疏水表面的抗冷凝失效研究进展

在存在一定过冷度或蒸汽过饱和度的条件下,水蒸汽可在固体表面凝结成核。随着过冷度增大,液滴成核半径将随之减小,冷凝液滴的生长融合将无法避免地发生在超疏水表面不可或缺的微/纳米结构内。若液滴不能及时排出,则会滞留在表面结构内并挤出空气,形成局部浸润,导致材料表面的超疏水性能下降或失效,甚至引起泛洪。本文首先总结了表面因冷凝诱导超疏水性失效的机制,并分析了解决该问题存在的难点。随后对近年来通过微/纳结构优化、提高成核空间选择性和外部能量输入3类方法提升表面抗冷凝失效性能的研究进展进行了总结。尽管上述方法使表面的抗冷凝失效能力获得一定程度的提高,但在面对高过冷度、持续冷凝等较为苛刻的环境时,仍然无法保证表面浸润性的长效稳定。因此,超疏水表面因冷凝诱导润湿性转变的问题成为限制其广泛实际应用的关键难题。

煤层气开采过程中解除水锁效应的研究现状

为了深入研究煤层注水后的水锁效应,对水锁效应的解除有一个整体和系统性的认知,本文采用文献研究和理论分析方法,总结了水锁效应的概念及表现形式、产生机理。并基于上述理论,综述了解除水锁效应的技术手段,进而分析现有解除方法中所存在的问题。解除水锁效应的方法包括物理解除法以及化学解除法。本文讲述了一些科研者应用此方法在实验室和现场所做的研究,证明了方法的实用性。深入对水锁效应方面的研究有利于煤层水力化措施在瓦斯抽采和利用领域的应用。