Hpam水解度對(duì)hpam-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)影響的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水溶性聚合物氣液界面和自組裝特性研究領(lǐng)域，具體涉及一種聚丙烯酰胺(HPAM)水解度對(duì)HPAM-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)影響的模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三次采油技術(shù)主要包括化學(xué)驅(qū)油、混相驅(qū)油、微生物驅(qū)油和熱力驅(qū)油四大技術(shù)系列。其中化學(xué)驅(qū)油方法在我國(guó)應(yīng)用的較為普遍，它又包括表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)及二元、三元復(fù)合驅(qū)等。泡沫驅(qū)油是在多元驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一種比較有前景的三次采油技術(shù)，因其可以增大波及面積和洗油效率，明顯提高原油的采收率，并且操作簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)成本較低，受到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注。泡沫驅(qū)油的應(yīng)用有一定的限制，如穩(wěn)定性差、有效期短等，而研究發(fā)現(xiàn)，在泡沫流體中加入聚合物，可以明顯提高泡沫的穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)油田常用聚丙烯酰胺作為穩(wěn)泡劑。部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)是水溶性聚合物，因其性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好，所以擁有非常廣闊的發(fā)展前景。水溶性是水溶性高分子最重要的性質(zhì)，由于水分子和它的極性基團(tuán)之間能形成氫鍵，使得高分子溶于水。水溶性聚合物的主要功能是用作增粘劑，增粘性是指把它添加到另外的水溶液等體系中，能使體系的粘度增大的性質(zhì)。因此，部分水解的聚丙烯酰胺被廣泛應(yīng)用于石油勘探開(kāi)發(fā)、水處理等領(lǐng)域，隨著我國(guó)科技發(fā)展，對(duì)聚丙烯酰胺的市場(chǎng)需求不斷增加。
[0003]聚合物與表面活性劑復(fù)配體系中存在相互作用，使得它們相互影響、相互改性，主要表現(xiàn)為體系的表面活性增強(qiáng)、粘度發(fā)生變化、溶液濁點(diǎn)升高等；同時(shí)，也使得聚合物分子鏈發(fā)生折疊、彎曲等變化。影響聚合物-表面活性劑聚集體界面性質(zhì)的因素有多種，主要是它們的濃度、電性、極性基團(tuán)以及表面活性劑的烷基鏈長(zhǎng)度等;關(guān)于聚合物對(duì)泡沫體系穩(wěn)定性的研究，主要集中在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，然而實(shí)驗(yàn)方法很難從微觀角度解釋作用機(jī)理，模擬的方法能夠補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)手段的不足，因此聚合物影響表面活性劑-聚合物復(fù)配體系分子模擬研究應(yīng)運(yùn)而生。然而目前現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于聚合物對(duì)泡沫體系穩(wěn)定性的研究，很少有考察HPAM水解度的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種HPAM水解度對(duì)HPAM-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)影響的模擬方法，該方法可以從微觀角度解釋聚合物和表面活性劑相互作用的機(jī)理，為聚合物-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)的研究提供一定的理論指導(dǎo)。
[0005]其技術(shù)解決方案包括:
[0006]HPAM水解度對(duì)HPAM-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)影響的模擬方法，依次包括以下步驟:
[0007]a構(gòu)建初始模型，
[0008]利用Materials Stud1軟件中的Sketch工具構(gòu)建HPAM分子、表面活性劑分子、水分子和抗衡離子，改變HPAM分子鏈中-COO-與-CO-NH2的比例用以模擬不同的水解度，并對(duì)各個(gè)分子進(jìn)行電荷分配和初步優(yōu)化；
[0009]利用Amorphous Cell Construct1n工具和BuiId Layers工具構(gòu)建氣液界面模型，并隨機(jī)向水盒子中加入與-C00-和表面活性劑頭基總數(shù)相同的抗衡離子，以保持體系的電中性;將優(yōu)化后的聚合物鏈對(duì)稱的放于水層界面處，并使兩條聚合物之間的距離大于兩倍截?cái)喟霃剑?br>[0010]b計(jì)算平衡構(gòu)型，
[0011]利用Discover模塊對(duì)步驟a的模型進(jìn)行分子力學(xué)優(yōu)化，再對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲得平衡構(gòu)型；
[0012]c綜合分析，
[0013]根據(jù)步驟b中得到的平衡構(gòu)型的軌跡文件，利用Forcite模塊中的Analysis工具分析表面活性劑頭基周圍水分子和鈉離子的徑向分布函數(shù)、表面活性劑頭基的密度分布參數(shù)，具體展開(kāi)分析聚丙烯酰胺水解度對(duì)聚合物-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)的影響。
[0014]上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，帶來(lái)的直接有益技術(shù)效果是:
[0015]用模擬的方法考察聚丙烯酰胺水解度聚合物-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)的影響，不需要耗費(fèi)大量的實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，降低成本，節(jié)省時(shí)間，具有高效的優(yōu)勢(shì)。
[0016]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選，所述表面活性劑為陰離子表面活性劑。
[0017]作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選，所述陰離子表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。
[0018]本發(fā)明帶來(lái)了以下有益技術(shù)效果:
[0019]本發(fā)明提供了一種考察聚丙烯酰胺水解度對(duì)聚合物-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)影響的模擬方法，它是利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法改變HPAM的水解度，用以考察不同水解度的聚丙烯酰胺對(duì)表面活性劑氣液界面性質(zhì)的影響。首先通過(guò)復(fù)配體系平衡構(gòu)型研究不同水解度的HPAM在氣液界面的分布情況，其次利用徑向分布函數(shù)、密度分布曲線等參數(shù)考察HPAM水解度對(duì)表面活性劑氣液界面性質(zhì)的影響。
[0020]本發(fā)明模擬方法計(jì)算快速、容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合;可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)手段的不足，從微觀角度解釋聚合物和表面活性劑相互作用的機(jī)理，為HPAM-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)的研究提供一定的理論指導(dǎo)。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0022]圖1-圖3為不同水解度的聚丙烯酰胺分子的初始構(gòu)型；
[0023]圖4為HPAM-表面活性劑(SDS)復(fù)配體系氣液界面初始構(gòu)型圖；
[0024]圖5-圖7為不同水解度的HPAM-表面活性劑(SDS)復(fù)配體系氣液界面平衡構(gòu)型圖；
[0025]圖8為不同水解度的HPAM-表面活性劑(SDS)復(fù)配體系中表面活性劑頭基在界面處的密度分布曲線圖；
[0026]圖9為不同水解度的HPAM-表面活性劑(SDS)復(fù)配體系中表面活性劑頭基周圍水分子的徑向分布曲線圖；
[0027]圖10為不同水解度的HPAM-表面活性劑(SDS)復(fù)配體系中表面活性劑頭基周圍鈉離子的徑向分布曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]本發(fā)明所選用的主要化學(xué)藥品聚丙烯酰胺(HPAM)和表面活性劑(SDS)均可通過(guò)商業(yè)渠道購(gòu)買得到。
[0030]下面以表面活性劑為陰離子表面活性劑SDS為例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]HPAM水解度對(duì)HPAM-表面活性劑復(fù)配體系氣液界面性質(zhì)影響的模擬