非常规石油在共生矿物表面剥离过程的界面特性及规律

The effect of interfacial heterogeneities of unconventional oils (e.g., heavy oil, oil sands bitumen, shale oil, etc.) and host rocks (e.g., carbonate rocks, silicate minerals, quartz sands, etc.) surfaces on the liberation of unconventional oils from their host rocks will be intensively investigated in this project. Theories, such as dynamic wetting, DLVO theory and extended DLVO theory will be applied together with the advanced surface characterization techniques and the novel image processing method to reveal the mechanisms of unconventional oil liberation from different types of host rocks surfaces. Details of this fundamental research are referring to: characterization and pretreatment of the host rocks surfaces; development of feasible image processing methods for the calculation of unconventional oil liberation from different rocks surface; liberation of unconventional oils from heterogeneous host rocks surface by experimental and modeling studies; effect of oil properties, including thickness of oil layer and chemical heterogeneities due to the complex oil composition, on the unconventional oil liberation from host rocks, and the measurements of interaction forces between oil (fractions) and different types of rocks. Finally, the mechanisms of unconventional petroleum liberation from host rocks will be obtained. This project will be of great importance for the development of novel and environmentally friendly exploitation technologies for different types of unconventional oil reserves. It will also provide theoretical and fundamental support for future industrial applications.

以非常规石油（如重质原油、油砂沥青、页岩油等）在不同共生矿物质（如二氧化硅、碳酸盐矿物、硅酸盐矿物等）表面剥离过程为研究对象，依据界面润湿动力学及DLVO胶体界面理论，采用光学图像分析、固体界面表征及微观作用力测试方法，对非常规石油在不同共生矿物表面剥离的影响因素及其界面规律等基础科学问题展开研究。具体研究内容包括：非常规石油中不同类型共生矿物质的化学组成及界面性质表征与不均匀表面处理；矿物质表面油膜剥离的图像处理方法的建立；矿物表面粗糙度及化学不均匀性对油膜剥离的影响；油膜厚度及化学组成不均匀性对油膜剥离过程的影响；不同矿物质表面油膜剥离的动力学特性及规律，以及不同矿物质与油滴微观作用力测试、分析等。最终获得矿物质表面非常规石油油膜剥离的界面规律及剥离控制机制。本研究的成功完成可为不同种类非常规石油开采的过程强化及低能耗、低污染、高效率的非常规石油开采工艺的研发提供理论和技术基础。

以非常规石油（重油、油砂沥青、页岩油等）在不同共生矿物表面剥离过程为研究对象，依据界面润湿动力学及DLVO胶体界面理论，采用光学图像分析、固体界面表征、微观作用力测试、分子动力学模拟、界面改性合成等方法，对非常规石油在不同共生矿物表面剥离的影响因素及其界面规律等基础科学问题展开研究，同时对不同重质油矿物的分离过程进行界面强化。.具体完成的研究内容包括：非常规石油中不同类型共生矿物（碳酸盐矿物、硅酸盐矿物等）的化学组成及界面性质表征与处理；矿物表面油膜剥离的图像处理表征方法的建立；油膜在不同共生矿物质表面剥离动力学规律；矿物表面化学不均匀性对油膜剥离过程的影响及动力学特性；油膜物理-化学不均匀性对油膜在矿物表面剥离过程的影响以及不同矿物质与油滴微观作用力测试、分析等。不同油组分（饱和份、芳香份、胶质、沥青质）在不同矿物表面吸附与脱附规律；不同杂原子及基团（N,O,S）对沥青质在不同矿物表面的吸脱附规律研究；水分子及盐组成对重质油与矿物质相互作用的影响规律。揭示了离子液体、纳米表面活性材料、生物可降解表面活性剂、可逆表面活性材料在油固分离过程中的作用机制。在上述基础研究的基础上，开发了硅酸盐重质油矿的界面强化分离技术（油品萃取率提高10%以上）、碳酸盐重质油矿物的复合萃取技术及反应萃取技术（重质油与矿物质实现全元素分别回收）。.通过本项目的实施，在国内外重要学术期刊发表论文15篇，授权发明专利4件，申请发明专利1件，参加国际学术交流会议并做报告或展报12场次，国内学术会议3次，培养公派学生3名，培养硕士研究生3人，在读博士研究生3人，出站博士后1人，超额完成预期任务。.本研究的成功完成可为不同种类非常规石油开采的过程强化及低能耗、低污染、高效率的非常规石油开采工艺的研发提供理论和技术基础。