碱-表面活性剂-聚合物三元复合驱采出水中油滴聚并特性及油膜排液分子机制研究

本文系统研究了碱(Alkali)-表面活性剂(Surfactant)-聚合物(Polymer)三元复合驱(ASP)采出水中油滴聚并动力学特征，通过相场法数值模拟揭示了初始速度、液滴直径、驱油剂浓度及碰撞角度对聚并效率的影响规律，并创新性地采用分子动力学(MD)模拟从分子层面阐释了驱油剂(SDS/NaOH/HPAM)调控油膜排液的微观机制，为破解ASP驱工业化应用中的采出水处理难题提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究采用多相流相场模型对重力场作用下油滴聚并运动动力学进行数值模拟，以油相为分散相、水相为连续相，假设油滴初始形态为球形。通过精确捕捉液-液界面演化过程，建立了包含界面张力、黏性力和惯性力耦合作用的控制方程体系。

Quantitative analysis of the droplet coalescence dynamics

在油滴聚并过程中，拖曳力(F_d)、油水界面张力(F_s,OW)和范德华力(F_v,dW)构成关键作用力网络。范德华力作为分子间吸引力，其强度与液滴间距的六次方成反比，在初始接触阶段主导聚并启动；而界面张力形成的"弹性界面膜"则显著影响液膜排液速率。当表面活性剂(SDS)分子在油膜界面形成致密单层时，可使界面张力降低达40%，但过量SDS会因分子缠结效应导致排液速率非线性衰减。

Conclusions

研究证实：1) SDS分子吸附会通过降低油水界面张力抑制聚并，当界面吸附量超过临界胶束浓度(CAC)时，分子间缠结使排液速率下降28%；2) NaOH通过增加OH^-离子浓度，延长液滴间传质时间，使水分子扩散系数降低1-2个数量级；3) HPAM在低浓度时发挥"分子桥"作用促进排液，但高浓度会形成刚性网络结构，使体系黏度激增3-5个数量级。这些发现为优化ASP驱采出水处理工艺提供了分子级设计依据。