能夠探究石油行業(yè)“膽固醇”的微流控裝置
圖為：萊斯大學(xué)研究生Yu-Jiun Lin手持微流控裝置，來展示分散劑分解妨礙井口和管道中原油流動的瀝青質(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。它是瀝青的來源，也可以制成屋面防水材料，防腐劑等產(chǎn)品，但是當它堆積在管道中時，就會造成麻煩。瀝青質(zhì)通常被稱為石油行業(yè)的“膽固醇”，因為它們會凝結(jié)，減緩甚至中止儲集巖中油和氣的流動。
萊斯大學(xué)的工程師Sibani Lisa Biswal和她的同事們使用獨特的微流控裝置，在微芯片上使用少量流體進行測試，以檢測四種商用化學(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。這項以萊斯大學(xué)為首的研究出現(xiàn)在了美國化學(xué)學(xué)會期刊《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整個行業(yè)而言極為重要。Biswal表示，迄今為止，化學(xué)廠商通常都會對反瀝青質(zhì)產(chǎn)品進行整體的靜態(tài)測試。
萊斯大學(xué)實驗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時觀察有分散劑和無分散劑情況下瀝青質(zhì)沉積的動態(tài)，以及各種動態(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，因為其它微流控裝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)的材料才能實現(xiàn)。我們是將想法付諸現(xiàn)實的早期團隊之一，利用發(fā)明出來的系統(tǒng)將原油流動的過程變得形象且可視?！?/span>
該裝置允許石油在125微米寬的支柱周圍流動，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塊，最終填滿了通道。
當化學(xué)分散劑被添加到原油中時，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，實驗證明它們的確可行。Biswal指出，“如果你把原油納米粒子變得更小，他們在管道內(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試都是大批量進行，而且很少處于流動狀態(tài)。公司只關(guān)注他們的化學(xué)物是否會使顆粒變小。這方面他們已經(jīng)能做到，他們所不理解的是，顆粒越小，隨著流體流動的可能性就越小。在分散劑的存在下，實際上的沉積物可能變得更多?！?/span>
萊斯大學(xué)研究人員利用微流控裝置來展示分散劑分解妨礙井口和管道中原油流動的瀝青質(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，當分散劑被加進來之后，軟化的瀝青質(zhì)堆積在支柱上，然后被流動的油進一步分解。
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太費力?！?/span>
Lin表示，分散劑制造商通常在每次測試中都使用以升為計量單位的原油，“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。當瀝青質(zhì)含量很低時，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?！?/span>
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；以及來自英國哈德斯菲爾德大學(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。
此項研究得到了阿布扎比石油研發(fā)小組委員會Abu Dhabi National Oil Co., Ltd.和石油學(xué)院的大力支持。
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標簽: 微流控裝置 石油