两种常用表面活性剂在砂岩表面吸附特性的分子模拟.pdf

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1、2012年9月西安石油大学学报(自然科学版)Sep．2012第27卷第5期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)VoI．27No．5文章编号：1673-064X(2012)05-0050-04两种常用表面活性剂在砂岩表面吸附特性的分子模拟徐加放，付元强，田太行。，刘洪军，孙泽宁，孙中富(1．中国石油大学石油工程学院，山东青岛266555；2．中国石化国际石油工程公司叙利亚分公司，北京100010；3．中国石油渤海钻探公司，天津300450)摘要：探索和研究表面活性剂在砂岩表面的吸附特性，对于正确选择表面活性剂及其

2、使用浓度，开发新型、高效、功能型表面活性剂具有重要意义．采用MaterialsStudio(MS)软件，以二氧化硅作为理想岩层，以十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸钠两种油田常用表面活性剂为研究对象，建立了一个含水的多晶胞模型．通过动态模拟表明：十二烷基苯磺酸钠比硬脂酸钠更易发生聚集，使临界胶束浓度降低；温度稳定快，最终温度高；能量稳定慢，最终能量低．为今后油田用表面活性剂的选择和新型高效表面活性剂的开发提供了一种可借鉴的方法．关键词：表面活性剂；吸附；砂岩；分子模拟；油田化学中图分类号：TEl22文献标识码：A分子模拟又称“计算机模拟”或“计算机实验”，开发新型驱油剂、缓蚀剂、纳米调剖

3、颗粒、黏土防膨是一种根据实际体系在计算机上进行的实验．通过剂，重油加氢以及稠油降黏剂等，．比较模拟结果与实际体系的实验数据来检验模型的准确性，并可检验由模型导出的解析理论所作的简1表面活性剂在油田的应用化近似是否成功¨．用分子模拟不但可以模拟现实中能进行的实验过程，而且可以用来模拟、研究如表面活性剂在油田中被广泛应用于钻井液与完分子在各种表面上的动态行为、分子的结构、分子运井液技术、压裂酸化技术、强化采油技术、泡沫排液动的特征、蛋白质的折叠等现代物理实验方法难以技术、冲砂洗井采气技术、油气集输技术等J．根据计量的物理现象与物理过程．一般说来，分子模拟方表面活性剂的分子结构和官能

4、团的不同，既可以用法主要有4种：量子力学方法、分子力学方法、分子作泡沫剂、防水锁剂、乳化剂、润湿反转剂、润滑剂、动力学和分子蒙特卡洛方法．分子模拟已成为减阻剂、防膨剂等，又可以用作消泡剂、破乳剂等．表化学、物理、生物、材料研究中的有力工具，是人们继面活性剂在地层表面的吸附量和吸附特性(吸附方实验与理论研究之外，了解、认识微观世界的“第三式、吸附量、吸附和扩散速度以及自组装行为等)对种手段”．在石油化工领域，分子模拟技术可以用来表面活性剂的选择起到至关重要的作用。．收稿日期：2012-．06—20基金项目：国家高技术研究发展计划“863”项目“深水钻完井关键技术”(编号：2006

5、AA09A106)；中央高校基本科研业务费专项资金项目“一种表面活性剂的分子结构设计、合成及作用机理研究”(编号：10CX05008A)作者简介：徐加放(1973．)，男，博士，副教授，主要从事井壁稳定、钻井液、油气层保护及水合物方面的研究．E—mail：xjiafang@upc．edu．cn徐加放等：两种常用表面活性剂在砂岩表面吸附特性的分子模拟一51—(3)表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸钠2模型的建立分子模型的建立及其位能模型的选取．用MS软件对离子晶体或含离子键的混合晶体进行优化时，离2．1MS软件子键在建模过程中是相连的，但进入能量优化阶段，MaterialsStu

6、dio5．0是由美国Accelry公司开发需要将这些金属离子和氧离子之间的键剪掉(这是完成的目前全球范围内惟一能够提供分子模拟、材MS软件的特殊要求，不会影响优化后的结果)；料设计以及化学信息学和生物信息学全面解决方案(4)建立二氧化硅3D超晶胞模型并进行能量和相关服务的一个模块化模拟与数据管理软件．可优化；以帮助研究者构建、显示和分析分子、固体及表面的(5)向二氧化硅晶胞模型中导人表面活性剂分结构模型，并研究、预测材料的相关性质．子，同时导入水分子，建立模拟系统，并进行能量2．2表面活性剂在二氧化硅表面吸附模型的建立优化．(1)建立水分子模型，并进行初步的能量优化；优化后模拟

7、系统如图1所示．(2)建立二氧化硅晶胞并进行能量优化；(a)十二烷基苯磺酸钠(b)硬脂酸钠图1多晶胞模型Fig．1Multi-crystalcellmodelsofSDBSandsodiumstearate表1两种表面活性剂模拟体系能量优化前后数据对比Tab．1Comparisonofenergyoftwosurfactantsystemsbeforeandafteroptimization由表1可以看出：当系统结构趋于稳定时，体系能量降低，符合自然界能量趋于最低定律；体系能量一52一西安石