能够探究石油行业“胆固醇”的微流控装置

MEMS 2017-11-14 10:05 次阅读

莱斯大学研究生Yu-Jiun Lin手持微流控装置,来展示分散剂分解妨碍井口和管道中原油流动的沥青质沉积物的方式和原理莱斯大学(Rice University)的研究人员表示,“虽然听起来像是老生常谈,但是石油和天然气管道内的污染物被真正清除之前,事情只会变得更糟。到目前为止,没有人知道确切的原因是什么。”沥青质是在原油中发现的烃分子复合物。它是沥青的来源,也可以制成屋面防水材料,防腐剂等产品,但是当它堆积在管道中时,就会造成麻烦。沥青质通常被称为石油行业的“胆固醇”,因为它们会凝结,减缓甚至中止储集岩中油和气的流动。

据麦姆斯咨询报道,莱斯大学的工程师Sibani Lisa Biswal和她的同事们使用独特的微流控装置,在微芯片上使用少量流体进行测试,以检测四种商用化学分散剂,它们可以抑制井和管道中沥青质的堆积。该装置能够帮助他们观察分散剂是如何与沥青质发生反应的。这项以莱斯大学为首的研究出现在了美国化学学会期刊《能源和燃料》杂志上。在石油和天然气生产过程中,确保管道流通是一件至关重要的事情,因此帮助保持管道干净对整个行业而言极为重要。

Biswal表示,迄今为止,化学厂商通常都会对反沥青质产品进行整体的静态测试。莱斯大学实验室制造的微流控装置具有微通道,研究人员可以通过该装置实时观察有分散剂和无分散剂情况下沥青质沉积的动态,以及各种动态下的流速。

Biswal表示,“微流控系统内的一切事物都是透明的,原油与其它微流控装置不够兼容,因为其它微流控装置的通道和支柱太宽,而我们所制造的微流控装置只有用最近出现的材料才能实现。我们是将想法付诸现实的早期团队之一,利用发明出来的系统将原油流动的过程变得形象且可视。”该装置允许石油在125微米宽的支柱周围流动,装置内的微通道尺寸与油层内的差不多。通过显微镜,Biswal和论文主要作者,以及莱斯大学的研究生Yu-Jiun Lin观察到,沥青质在支柱前后形成三角形团块,最终填满了通道。

当化学分散剂被添加到原油中时,研究人员看到了他们所没有想到的事情,沉积出现地更快,随后开始分解并流失。分散剂的目的是使沥青质颗粒变小,实验证明它们的确可行。Biswal指出,“如果你把原油纳米粒子变得更小,他们在管道内部沉积或堵塞多孔介质的可能性微乎其微。”“但是到目前为止的所有测试都是大批量进行,而且很少处于流动状态。公司只关注他们的化学物是否会使颗粒变小。这方面他们已经能做到,他们所不理解的是,颗粒越小,随着流体流动的可能性就越小。在分散剂的存在下,实际上的沉积物可能变得更多。”

 

莱斯大学研究人员利用微流控装置来展示分散剂分解妨碍井口和管道中原油流动的沥青质沉积物的方式和原理。在视频中可以看到,装置顶部由于原油中没有分散剂流经装置,沉积物堆积在微支柱的前后。在装置底部,当分散剂被加进来之后,软化的沥青质堆积在支柱上,然后被流动的油进一步分解。

该装置的可取之处在于,分散剂通过增加聚合物之间的排斥,用化学方法改变了沥青质。这使得颗粒难以粘合在一起。Biswal说道,“我们把它们成为较软的沥青质,研究人员去分解大量的聚合物就不会太费力。”Lin表示,分散剂制造商通常在每次测试中都使用以升为计量单位的原油,“我们只需要一毫升的原油,并且我们的解析度比他们的要好。当沥青质含量很低时,传统方法就很难在化学品,甚至是沉积物中看到区别。

”论文的合著者包括莱斯大学的博士后研究员Peng He,讲师Mohammad Tavakkoli,化学和生物分子工程师兼助理教授Francisco Varga;阿联酋阿布扎比石油学院(Petroleum Institute)的NevinThunduvila Mathew、Yap YitFatt和AfshinGoharzadeh;以及来自英国哈德斯菲尔德大学(University of Huddersfield)工程和技术系教授的John Chai。Biswal则是莱斯大学化学和生物分子工程,以及材料科学和纳米工程系的副教授。此项研究得到了阿布扎比石油研发小组委员会Abu Dhabi National Oil Co., Ltd.和石油学院的大力支持。

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原文标题:能够探究石油行业“胆固醇”的微流控装置

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