圖為：萊斯大學(xué)研究生Yu-Jiun Lin手持微流控裝置，來(lái)展示分散劑分解妨礙井口和管道中原油流動(dòng)的瀝青質(zhì)沉積物的方式和原理

萊斯大學(xué)（Rice University）的研究人員表示，“雖然聽起來(lái)像是老生常談，但是石油和天然氣管道內(nèi)的污染物被真正清除之前，事情只會(huì)變得更糟。到目前為止，沒有人知道確切的原因是什么。”

瀝青質(zhì)是在原油中發(fā)現(xiàn)的烴分子復(fù)合物。它是瀝青的來(lái)源，也可以制成屋面防水材料，防腐劑等產(chǎn)品，但是當(dāng)它堆積在管道中時(shí)，就會(huì)造成麻煩。瀝青質(zhì)通常被稱為石油行業(yè)的“膽固醇”，因?yàn)樗鼈儠?huì)凝結(jié)，減緩甚至中止儲(chǔ)集巖中油和氣的流動(dòng)。

萊斯大學(xué)的工程師Sibani Lisa Biswal和她的同事們使用獨(dú)特的微流控裝置，在微芯片上使用少量流體進(jìn)行測(cè)試，以檢測(cè)四種商用化學(xué)分散劑，它們可以抑制井和管道中瀝青質(zhì)的堆積。該裝置能夠幫助他們觀察分散劑是如何與瀝青質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的。這項(xiàng)以萊斯大學(xué)為首的研究出現(xiàn)在了美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《能源和燃料》雜志上。

在石油和天然氣生產(chǎn)過程中，確保管道流通是一件至關(guān)重要的事情，因此幫助保持管道干凈對(duì)整個(gè)行業(yè)而言極為重要。Biswal表示，迄今為止，化學(xué)廠商通常都會(huì)對(duì)反瀝青質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行整體的靜態(tài)測(cè)試。

萊斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室制造的微流控裝置具有微通道，研究人員可以通過該裝置實(shí)時(shí)觀察有分散劑和無(wú)分散劑情況下瀝青質(zhì)沉積的動(dòng)態(tài)，以及各種動(dòng)態(tài)下的流速。

Biswal表示，“微流控系統(tǒng)內(nèi)的一切事物都是透明的，原油與其它微流控裝置不夠兼容，因?yàn)槠渌⒘骺匮b置的通道和支柱太寬，而我們所制造的微流控裝置只有用最近出現(xiàn)的材料才能實(shí)現(xiàn)。我們是將想法付諸現(xiàn)實(shí)的早期團(tuán)隊(duì)之一，利用發(fā)明出來(lái)的系統(tǒng)將原油流動(dòng)的過程變得形象且可視。”

該裝置允許石油在125微米寬的支柱周圍流動(dòng)，裝置內(nèi)的微通道尺寸與油層內(nèi)的差不多。通過顯微鏡，Biswal和論文主要作者，以及萊斯大學(xué)的研究生Yu-Jiun Lin觀察到，瀝青質(zhì)在支柱前后形成三角形團(tuán)塊，最終填滿了通道。

當(dāng)化學(xué)分散劑被添加到原油中時(shí)，研究人員看到了他們所沒有想到的事情，沉積出現(xiàn)地更快，隨后開始分解并流失。

分散劑的目的是使瀝青質(zhì)顆粒變小，實(shí)驗(yàn)證明它們的確可行。Biswal指出，“如果你把原油納米粒子變得更小，他們?cè)诠艿纼?nèi)部沉積或堵塞多孔介質(zhì)的可能性微乎其微。”

“但是到目前為止的所有測(cè)試都是大批量進(jìn)行，而且很少處于流動(dòng)狀態(tài)。公司只關(guān)注他們的化學(xué)物是否會(huì)使顆粒變小。這方面他們已經(jīng)能做到，他們所不理解的是，顆粒越小，隨著流體流動(dòng)的可能性就越小。在分散劑的存在下，實(shí)際上的沉積物可能變得更多。”

萊斯大學(xué)研究人員利用微流控裝置來(lái)展示分散劑分解妨礙井口和管道中原油流動(dòng)的瀝青質(zhì)沉積物的方式和原理。裝置頂部由于原油中沒有分散劑流經(jīng)裝置，沉積物堆積在微支柱的前后。在裝置底部，當(dāng)分散劑被加進(jìn)來(lái)之后，軟化的瀝青質(zhì)堆積在支柱上，然后被流動(dòng)的油進(jìn)一步分解。

該裝置的可取之處在于，分散劑通過增加聚合物之間的排斥，用化學(xué)方法改變了瀝青質(zhì)。這使得顆粒難以粘合在一起。Biswal說(shuō)道，“我們把它們成為較軟的瀝青質(zhì)，研究人員去分解大量的聚合物就不會(huì)太費(fèi)力。”

Lin表示，分散劑制造商通常在每次測(cè)試中都使用以升為計(jì)量單位的原油，“我們只需要一毫升的原油，并且我們的解析度比他們的要好。當(dāng)瀝青質(zhì)含量很低時(shí)，傳統(tǒng)方法就很難在化學(xué)品，甚至是沉積物中看到區(qū)別。”

論文的合著者包括萊斯大學(xué)的博士后研究員Peng He，講師Mohammad Tavakkoli，化學(xué)和生物分子工程師兼助理教授Francisco Varga；阿聯(lián)酋阿布扎比石油學(xué)院（Petroleum Institute）的NevinThunduvila Mathew、Yap YitFatt和AfshinGoharzadeh；以及來(lái)自英國(guó)哈德斯菲爾德大學(xué)（University of Huddersfield）工程和技術(shù)系教授的John Chai。Biswal則是萊斯大學(xué)化學(xué)和生物分子工程，以及材料科學(xué)和納米工程系的副教授。

此項(xiàng)研究得到了阿布扎比石油研發(fā)小組委員會(huì)Abu Dhabi National Oil Co., Ltd.和石油學(xué)院的大力支持。

（文章來(lái)源：麥姆斯咨詢 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）