論文題目：Applying a 532-nm Laser to Reduce the Viscosity of Crude Oil

錄用期刊：Energy&Fuels (2020, JCR Q2)

原文DOI：10.1021/acs.energyfuels.0c01643

作者列表：

1） 張善哲 中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院 電子信息工程系 博18級(jí)

2） 苗昕揚(yáng) 中國(guó)石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)院 材料系

3） 梁華慶 中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院 電子信息工程系

4） 趙   昆 中國(guó)石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)院 材料系

文章簡(jiǎn)介：

原油粘度是石油生產(chǎn)和運(yùn)輸中的重要指標(biāo)之一。 在本文中，我們研究了在532 nm激光照射下原油電流，溫度和粘度的變化。由于多光子的吸收和級(jí)聯(lián)電離，電流和溫度都隨著激光的開(kāi)啟而增加。同時(shí)，激光的輻射導(dǎo)致原油中化學(xué)鍵的斷裂，從而造成原油粘度的降低。

研究背景：

在石油工業(yè)中，重油的粘度是石油生產(chǎn)和運(yùn)輸中的重要指標(biāo)。與輕質(zhì)原油不同，低分子量的碳?xì)浠衔镌谥刭|(zhì)油中所占比例不到總含量的20％~60％。在原油中，互鎖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定了油的密度和粘度，同時(shí)也影響著原油的流動(dòng)性。在石油特別是重質(zhì)原油的運(yùn)輸過(guò)程中，高粘度對(duì)石油的開(kāi)發(fā)和開(kāi)采提出了挑戰(zhàn)。在過(guò)去的幾十年中，激光技術(shù)以其快速、準(zhǔn)直、無(wú)接觸等優(yōu)點(diǎn)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。激光加熱技術(shù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中起著重要的作用，激光技術(shù)可以通過(guò)對(duì)磁盤(pán)上的信息進(jìn)行讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄。此外，大功率激光在石油和天然氣鉆井中的應(yīng)用也引起了人們的極大興趣。激光鉆井或激光輔助鉆井具有高穿透速度和高效射孔、側(cè)向跟蹤能力等優(yōu)點(diǎn)。由于快速、準(zhǔn)直、非接觸的優(yōu)點(diǎn)，激光技術(shù)也有顯示了其在石油工業(yè)中的應(yīng)用潛力。在這項(xiàng)工作中，我們使用波長(zhǎng)為532nm的穩(wěn)態(tài)激光來(lái)降低原油的粘度。當(dāng)激光輻射原油表面時(shí)，粒子吸收激光的能量導(dǎo)致電導(dǎo)率和溫度的升高。

研究方法：

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

原油樣品來(lái)自委內(nèi)瑞拉。為了降低原油中的水分含量，我們術(shù)對(duì)所研究的原油進(jìn)行脫水。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，樣品放置在長(zhǎng)20mm、寬10mm、高45mm的石英比色皿中。我們利用波長(zhǎng)為532 nm的激光輻射樣品，采集信號(hào)并加以分析。激光功率的調(diào)節(jié)范圍是0.748 ~ 1.952 W。我們使用Keithley 2400源電表提供偏壓(范圍從-50到170 V)并同時(shí)記錄電流。我們用兩種不同電導(dǎo)率的材料制作的熱偶溫度計(jì)對(duì)原油的溫度進(jìn)行測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2（a）在不同激光功率下，原油樣品的電流隨時(shí)間的變化；（b）不同偏置電壓下，原油樣品的電流隨時(shí)間的變化；（c）在不同激光功率下測(cè)量電流時(shí)，原油溫度隨時(shí)間的變化；（d）在不同的偏置電壓下測(cè)量電流時(shí)，原油溫度隨時(shí)間的變化。

圖3（a）在不同激光功率下， 電流與溫度之間的關(guān)系；（b）在不同激光功率下，原油的電阻R隨著溫度的變化；（c）在不同激光功率下，原油的電阻R隨原油粘度v的變化。

圖4 原油粘度的變化量（?v）隨激光功率的變化。

由于多光子的吸收和級(jí)聯(lián)電離，激光輻射液體導(dǎo)致液體的溫度的升高。溫度升高將導(dǎo)致離子數(shù)量的增加，從而造成原油電導(dǎo)率的上升。此外，重油的粘度和溫度密切相關(guān)。隨著溫度從高到低變化，重油將從牛頓型變?yōu)榉桥ｎD型，而油的粘度也會(huì)降低。這是因?yàn)橹赜椭械?/span>膠體和瀝青質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)特征和相互作用使重油體系形成穩(wěn)定的氫鍵。當(dāng)系統(tǒng)獲得足夠的能量時(shí)，氫鍵將被破壞。因此，重油的粘度將大大降低

作者簡(jiǎn)介

張善哲，博士，中國(guó)石油大學(xué)（北京），信息科學(xué)與工程學(xué)院控制理論與控制工程專(zhuān)業(yè)。研究方向：油氣光學(xué)探測(cè)技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)與處理。聯(lián)系方式：Email：[email protected]

梁華慶，教授，中國(guó)石油大學(xué)（北京），信息科學(xué)與工程學(xué)院電子信息工程系，博士生導(dǎo)師，校級(jí)品牌課教師，中國(guó)電子教育學(xué)會(huì)信息與電子學(xué)科研究生教育委員會(huì)理事。主要研究方向：微弱信號(hào)檢測(cè)與處理、測(cè)控技術(shù)與石油儀器、油田自動(dòng)化。主持國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)子課題、北京市自然基金以及油田企業(yè)的橫向項(xiàng)目30多項(xiàng)，獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)6件，計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)10余項(xiàng)，獲省部級(jí)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，部級(jí)優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。發(fā)表論文50余篇，其中被SCI、EI檢索30余篇。聯(lián)系方式：Email：[email protected]