《油田化學(xué)分子模擬》從介紹油田化學(xué)概論和分子模擬原理開始，通過精選油田現(xiàn)場問題，以闡述科研思路的方式，運(yùn)用分子模擬在微觀層面上給予解釋，并進(jìn)行性質(zhì)預(yù)測。在相應(yīng)章節(jié)，首先綜述相關(guān)油田化學(xué)主題的發(fā)展概括，隨后選擇多個(gè)具體問題通過模擬計(jì)算進(jìn)行詳解，最后以具體程序操作為例，敘述整個(gè)模擬過程及相應(yīng)的分析方法，以幫助讀者在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)“以問題為導(dǎo)向的分子模擬”，教會(huì)讀者在實(shí)際問題中抽提科研思想，并利用分子模擬在分子層面上進(jìn)行解釋和性質(zhì)預(yù)測。本書以二維碼形式提供了模擬操作案例的運(yùn)行腳本，讀者可在相應(yīng)章節(jié)掃碼下載學(xué)習(xí)。
本書以油田現(xiàn)場問題為切入點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)分子模擬在解決油田化學(xué)問題過程中的分子層面上的優(yōu)勢，可為油田化學(xué)、膠體化學(xué)等專家學(xué)者提供第一手資料，闡述的科研思想會(huì)在不同研究領(lǐng)域起到潛移默化的作用。本書可供油田開采、材料設(shè)計(jì)、藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域從事理論計(jì)算的科研人員參考，也可作為高等學(xué)校油田化學(xué)、膠體化學(xué)、材料化學(xué)等方向的分子模擬課程教材。
第1章 油田化學(xué)概論 001
1.1 油藏流體及巖石的化學(xué)組成與性質(zhì) 002
1.1.1 原油的化學(xué)組成 002
1.1.2 儲(chǔ)層巖石及黏土 002
1.1.3 地層水的化學(xué)組成 003
1.2 鉆井化學(xué) 003
1.2.1 鉆井液化學(xué) 003
1.2.2 水泥漿化學(xué) 006
1.3 采油化學(xué) 008
1.3.1 壓裂液化學(xué) 008
1.3.2 酸化體系 009
1.3.3 注入井化學(xué)調(diào)剖 011
1.3.4 生產(chǎn)井化學(xué)堵水 012
1.3.5 防蠟與清蠟 013
1.3.6 化學(xué)防砂 014
1.4 提高采收率技術(shù) 016
1.4.1 提高石油采收率原理 016
1.4.2 化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù) 017
1.4.3 稠油化學(xué)降黏開采 020
1.5 油水處理及集輸化學(xué)品 021
1.5.1 原油的乳化與破乳 021
1.5.2 原油輸送的降凝與減阻 022
1.5.3 油田污水處理 023
參考文獻(xiàn) 024
第2章 分子模擬概論 026
2.1 模擬方法分類 027
2.2 力場 028
2.2.1 力場形式 029
2.2.2 選擇力場 031
2.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬 032
2.3.1 非鍵相互作用的處理 032
2.3.2 積分形式 034
2.3.3 控溫方法 035
2.3.4 相關(guān)函數(shù) 037
2.3.5 性質(zhì)分析方法 040
2.4 模擬過程 044
2.4.1 選擇初始構(gòu)型 044
2.4.2 判斷平衡 045
2.4.3 模擬結(jié)果與偏差分析 047
參考文獻(xiàn) 048
第3章 表面活性劑的耐鹽實(shí)質(zhì) 050
3.1 表面活性劑油水界面性質(zhì) 051
3.1.1 陰離子表面活性劑 051
3.1.2 陽離子表面活性劑 055
3.1.3 兩性離子表面活性劑 057
3.1.4 非離子表面活性劑 058
3.2 陽離子對(duì)表面活性劑水化層的影響 059
3.2.1 水合離子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué) 059
3.2.2 陽離子與表面活性劑極性頭之間的結(jié)合模型 061
3.2.3 陽離子下的表面活性劑電荷分布 063
3.2.4 陽離子下的表面活性劑水化層 065
3.3 水溶液中硫酸鹽和磺酸鹽表面活性劑的耐鹽比較 069
3.3.1 表面活性劑極性頭與水分子的相互作用 070
3.3.2 表面活性劑極性頭與陽離子的相互作用 073
3.4 模擬操作案例 076
3.4.1 陰離子表面活性劑與陽離子之間的相互作用 076
3.4.2 水溶液中陰離子表面活性劑膠束的形成 082
參考文獻(xiàn) 089
第4章 表面活性劑驅(qū)油體系 091
4.1 表面活性劑復(fù)配體系 092
4.1.1 陰離子/ 非離子表面活性劑體系 092
4.1.2 陰離子/ 陽離子表面活性劑體系 093
4.1.3 陰離子/ 兩性離子表面活性劑體系 095
4.1.4 聚合物/ 表面活性劑體系 096
4.2 泡沫驅(qū)油中表面活性劑的穩(wěn)定作用 098
4.2.1 泡沫體系的結(jié)構(gòu)性質(zhì) 100
4.2.2 從假乳液膜到油橋結(jié)構(gòu) 101
4.2.3 從油橋結(jié)構(gòu)到泡沫破裂 103
4.2.4 混合表面活性劑對(duì)液膜的影響 104
4.3 稠油乳化油滴中表面活性劑的穩(wěn)定作用 106
4.3.1 稠油油滴結(jié)構(gòu) 106
4.3.2 稠油乳化油滴結(jié)構(gòu) 109
4.3.3 乳化油滴表面水化層 112
4.3.4 表面活性劑對(duì)乳化油滴的穩(wěn)定性影響 115
4.4 模擬操作案例 117
4.4.1 稠油乳化油滴的構(gòu)建 117
4.4.2 納米顆粒對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響 123
參考文獻(xiàn) 131
第5章 固體表面的潤濕反轉(zhuǎn) 134
5.1 巖石表面上表面活性劑與油相組分的相互作用 135
5.1.1 巖石類型與表面活性劑的影響 135
5.1.2 流動(dòng)相影響 139
5.1.3 巖石表面粗糙度影響 140
5.1.4 表面活性劑對(duì)水通道大小的影響 141
5.2 潤濕反轉(zhuǎn)中的水通道 142
5.2.1 油滴從固體表面剝離過程中的水通道 142
5.2.2 油滴從固體表面剝離機(jī)理 146
5.2.3 親/ 疏水混合界面膜中的水通道 147
5.3 表面活性劑單層膜的潤濕反轉(zhuǎn) 151
5.3.1 云母表面上表面活性劑的聚集結(jié)構(gòu) 151
5.3.2 潤濕反轉(zhuǎn)機(jī)理 156
5.4 納米孔道中表面活性劑對(duì)油塞的疏解作用 159
5.4.1 輕質(zhì)原油在二氧化硅孔道內(nèi)的結(jié)構(gòu) 159
5.4.2 殘余油在二氧化硅孔道內(nèi)的結(jié)構(gòu) 160
5.4.3 流動(dòng)外力對(duì)油滴剝離的影響 162
5.4.4 油塞移動(dòng)過程中的熱力學(xué)特性 164
5.5 模擬操作案例 165
5.5.1 二氧化硅表面的潤濕反轉(zhuǎn) 165
5.5.2 納米孔道內(nèi)表面活性劑對(duì)油塞的疏解 170
參考文獻(xiàn) 175
第6章 聚合物增黏體系 177
6.1 聚合物驅(qū)油體系 178
6.1.1 疏水改性締合聚合物體系 179
6.1.2 熱增黏聚合物體系 180
6.1.3 納米粒子聚合物體系 181
6.2 丙烯酰胺類聚合物及納米顆粒復(fù)合增黏機(jī)理 182
6.2.1 聚丙烯酰胺體系的增黏機(jī)理 182
6.2.2 納米顆粒和HPAM 復(fù)合致黏機(jī)理 186
6.3 改性丙烯酰氨基共聚物的主客體相互作用 188
6.3.1 主客體之間的交聯(lián)方式 189
6.3.2 主客體之間的相互作用 192
6.4 堵水調(diào)剖中的預(yù)制顆粒凝膠 194
6.4.1 PPG 在水溶液中的溶脹過程 194
6.4.2 PPG 在納米孔道內(nèi)的運(yùn)移 196
6.4.3 PPG 在孔喉處的運(yùn)移 198
6.4.4 PPG 聚集體運(yùn)移過程中的變形和脫水 199
6.5 納米顆粒與聚丙烯酰胺復(fù)合增黏體系模擬操作案例 201
參考文獻(xiàn) 208
第7章 二氧化碳?jí)毫雅c驅(qū)油技術(shù) 209
7.1 CO2 壓裂技術(shù)和提高采收率技術(shù) 210
7.1.1 CO2 壓裂機(jī)理 210
7.1.2 CO2 壓裂技術(shù) 211
7.1.3 CO2 驅(qū)油機(jī)理 212
7.2 預(yù)測最小混相壓力 214
7.2.1 兩相初始混溶時(shí)刻的定義 215
7.2.2 最小混相壓力的獲取 218
7.2.3 與其他實(shí)驗(yàn)方法的比較 219
7.3 CO2 驅(qū)油體系中的聚合物增稠 220
7.3.1 聚合物濃度對(duì)CO2 相黏度的影響 221
7.3.2 增黏機(jī)理研究 221
7.4 不同pH 環(huán)境下原油吸附行為及CO2 驅(qū)替機(jī)制 224
7.4.1 原油在二氧化硅狹縫中的分布 224
7.4.2 CO2 驅(qū)油機(jī)制 228
7.5 PDMS-CO2 增黏體系模擬操作案例 230
參考文獻(xiàn) 233
第8章 含油乳狀液的穩(wěn)定性與破乳 236
8.1 油田采出水和原油乳狀液 237
8.1.1 原油乳狀液的穩(wěn)定性 237
8.1.2 原油乳狀液破乳 241
8.2 聚醚類破乳劑破乳機(jī)理 245
8.2.1 破乳劑在油滴表面的吸附 245
8.2.2 破乳劑的橋連作用 248
8.3 直流電場下O/W 乳狀液破乳 251
8.3.1 電場強(qiáng)度下油滴各組分的行為分析 251
8.3.2 電場下乳化油滴的聚結(jié)過程 254
8.3.3 無電場下油滴的聚結(jié)過程 256
8.4 氣浮處理含油污水 258
8.4.1 氣浮過程中油滴行為變化 258
8.4.2 油滴的碰撞與聚結(jié) 259
8.4.3 泡沫膜附近的水分子與表面活性劑 261
8.5 電場作用下乳化油滴的運(yùn)移模擬操作案例 263
參考文獻(xiàn) 270
第9章 稠油中的瀝青質(zhì) 272
9.1 瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì) 273
9.1.1 瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu) 273
9.1.2 瀝青質(zhì)聚集結(jié)構(gòu) 283
9.1.3 瀝青質(zhì)研究中的模擬計(jì)算 286
9.2 瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的確定方法 289
9.2.1 定量分子表示法 290
9.2.2 平均分子結(jié)構(gòu)確定法 294
9.3 油水界面處的瀝青質(zhì) 301
9.3.1 瀝青質(zhì)在原油中的聚集行為 302
9.3.2 油水界面處的聚集結(jié)構(gòu) 304
9.3.3 油水界面處的瀝青質(zhì)分子 307
9.3.4 油水界面處瀝青質(zhì)聚集結(jié)構(gòu)的剝離 308
9.4 固液界面處的瀝青質(zhì) 310
9.4.1 固體表面的瀝青質(zhì)吸附結(jié)構(gòu) 310
9.4.2 固體表面的單分子吸附行為 313
9.5 瀝青質(zhì)在油水界面的吸附模擬操作案例 316
參考文獻(xiàn) 324
附錄 328
附錄Ⅰ Materials Studio 軟件 329
附錄Ⅱ Gromacs 軟件 340
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