碱溶液在地层多孔介质中的输运规律研究

论文摘要

本文对碱溶液在地层多孔介质中的吸附、扩散和溶蚀反应等主要物理化学作用进行了系统的研究。完成了高岭石、蒙脱石粘土矿物和石英、长石骨架矿物与不同浓度Na2CO3、NaOH碱溶液相互作用的静态实验,通过结果分析以及计算,建立了一套地层矿物中碱溶液传输规律的数学模型。系统研究了高岭石、蒙脱石为代表的粘土矿物和石英、长石为代表的骨架矿物与碱溶液的反应,分析了溶液中硅铝离子含量,绝对碱耗量和绝对碱耗速率,提出将传输过程的碱耗分为快速反应和慢速反应阶段,分别为快速吸附、离子交换阶段和慢速溶蚀反应阶段来进行研究。用多级反应动力学方程来确定溶蚀反应的溶蚀速率常数和多级溶蚀反应级数。四种矿物反应中强碱情况下,溶蚀反应能力依次为蒙脱石＞高岭石＞石英＞长石,弱碱情况下蒙脱石＞高岭石＞长石＞石英。建立了碱溶液在地层矿物多孔介质中含多级反应动力学的传输方程,将溶蚀反应的溶蚀速率常数和多级反应级数引入到碱溶液传输方程中,并计算了碱溶液在地层矿物中一维、二维浓度分布,用实验结果验证了该碱液传输方程的正确性,进一步分析了碱溶液在地层多孔介质中的传输规律,为化学驱数值模拟软件的完善提供了理论基础和技术参数。本文所建立的碱溶液传输模型可以用于预测碱耗、优化碱溶液的浓度和合适段塞尺寸等参数,使碱水驱或复合驱中碱溶液能得到更好的驱油效果,提高地层原油采收率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的矿物种类与性质
• 1.4 本文研究内容与创新点
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 主要成果与创新点
• 第2章 碱与地层矿物溶蚀机理研究
• 2.1 碱耗机理
• 2.1.1 可逆反应
• 2.1.2 不可逆反应
• 2.2 碱溶液浸泡矿物的变化
• 2.3 溶液中铝、硅的定量分析方法
• 2.3.1 溶液中铝的定量分析
• 2.3.2 溶液中硅的定量分析
• 2.3.3 碱溶液浓度测定
• 2.3.4 碱溶液碱耗量确定
• 2.4 矿物与碱溶液静态溶蚀
• 2.4.1 高岭石与碱溶液静态溶蚀反应
• 2.4.2 蒙脱石与碱溶液静态溶蚀反应
• 2.4.3 石英与碱溶液静态溶蚀反应
• 2.4.4 长石与碱溶液静态溶蚀反应
• 2.5 碱在不同矿物表面吸附规律
• 2.5.1 实验材料
• 2.5.2 实验步骤
• 2.5.3 静态吸附量的计算
• 2.5.4 实验结果与讨论
• 2.6 溶蚀反应速率和溶蚀反应级数
• 2.6.1 一级反应确定溶蚀反应参数
• 2.6.2 多级反应确定溶蚀反应参数
• 2.7 本章结论
• 第3章 碱在地层多孔介质中输运规律的数学描述
• 3.1 多组分反应性溶质运移研究的理论基础
• 3.1.1 水动力运移方程
• 3.1.2 化学平衡方程
• 3.1.3 化学剂传输描述的方法
• 3.2 考虑溶蚀碱溶液地层矿物中传输方程的建立
• 3.2.1 碱溶液一维传输方程
• 3.2.2 碱溶液二维传输方程
• 3.3 碱溶液在地层多孔介质中传输机理
• 3.3.1 理想条件下一维驱替过程
• 3.3.2 碱在石英介质中一维流动浓度分布
• 3.3.3 碱在高岭石介质中一维流动浓度分布
• 3.3.4 碱在混合矿物介质中一维流动浓度分布
• 3.3.5 碱在石英介质中二维流动浓度分布
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 附录
• 参考文献
• 博士期间发表论文
• 致谢