Образование наноструктурированной пленки на границе «углеводород — графеновый нанофлюид»

Об авторах:

Пахаруков Юрий Вавилович, доктор физико-математических наук, профессор, Тюменский государственный университет; pacharukovyu@yandex.ru
Шабиев Фарид Канафеович, кандидат физико-математических наук, доцент, Тюменский государственный университет; faridshab@mail.ru

Сафаргалиев Руслан Фаридович, аспирант, Тюменский государственный университет; ruslan.safargaliev@mail.ru

Аннотация:

Механизмы взаимодействия между графеновыми наночастицами и молекулами нефти имеют решающее значение для успешного извлечения нефти. В печати ежегодно появляются более сотни исследований, показывающих эффективность использования наножидкостей на основе графеноподобных наночастиц для повышения нефтеотдачи в различных резервуарах. Повышение нефтеотдачи при закачке нанофлюидов объясняется изменением смачиваемости, снижением межфазного натяжения и изменением вязкости. Поэтому знание механизмов взаимодействия графеновых наночастиц с углеводородами является актуальной задачей современной науки, как фундаментальной, так и прикладной. В работе было проведено комплексное исследование взаимодействия графеновых наночастиц и углеводородов с целью понять механизмы, влияющие на образование микрогетерофазного состояния на границе углеводородов и графеновых нанофлюидов. С помощью методов рентгеноструктурного анализа установлено, что структура микрогетерофазного состояния — это нанокристаллическая пленка. В статье представлены результаты исследования образования пленки на границе «углеводород — графеновый нанофлюид». Установлено, что при различных режимах теплоотвода от границы раздела можно наблюдать как медленный, так и быстрый рост наноструктурированных пленок. При быстром теплоотводе наблюдается медленный рост пленки с образованием фрактальных структур типа множества Мандельброта, при медленном — быстрый рост пленки с формированием сплошной однородной структуры, не являющейся фракталом.

Список литературы:

Дымченко Н. П., Шишлянникова Л. M., Ярославцева H. H. 1974. Применение ЭВМ при расчете тонкой кристаллической структуры поликристаллов методом вторых и четвертых моментов // Аппаратура и методы рентгеновского анализа. № 15. С. 37–45.

Карпов С. В. 2006. Фононы в нанокристаллах. М.: Физматлит. 320 с.

Кузнецов С. И. 2021. Курс физики с примерами решения задач. Часть I. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. СПб.: Лань. 464 с.

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Сафаргалиев Р. Ф. 2018. Вытеснение нефти из пористой среды с использованием графитовой суспензии // Письма в Журнал технической физики. Том 44. № 4. С. 3–8. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.04.45632.16943

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Григорьев Б. В., Сафаргалиев Р. Ф., Поточняк И. Р. 2019а. Фильтрация нефти в пористой среде при наличии наночастиц графена // Прикладная механика и техническая физика. Том 60. № 1 (353). С. 37–40. https://doi.org/10.15372/PMTF20190105

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Мавринский В. В., Сафаргалиев Р. Ф., Воронин В. В. 2019б. Формирования волновой структуры на поверхности графеновой пленки // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. Том 109. № 9–10. С. 634–638. https://doi.org/10.1134/S0370274X19090133

Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Сафаргалиев Р. Ф., Ездин Б. С., Каляда В. В. 2020. Использование нанофлюидов на основе углеродных наночастиц для вытеснения нефти из модели пористой среды // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 6. № 4 (24). С. 141–157. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2020-6-4-141-157

Селезенев А. А., Алейников А. Ю., Ганчук Н. С., Ганчук С. Н. 2013. Расчет коэффициента теплопроводности однослойных и многослойных пластин графена методом молекулярной динамики // Физика твердого тела. Том 55. № 4. С. 816–821.

Шкловский В. А. 1982. Тепловая неустойчивость фронта фазового превращения при распаде «замороженных» метастабильных состояний // Журнал экспериментальной и теоретической физики. Том 82. № 2. С. 536–547.

Hajiabadi S. H., Aghaei H., Kalateh-Aghamohammadi M., Shorgasthi M. 2020. An overview on the significance of carbon-based nanomaterials in upstream oil and gas industry // Journal of Petroleum Science and Engineering. Vol. 186. Article 106783. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106783

Mandelbrot B. B. 1982. The Fractal Geometry of Nature. San Francisco: W. H. Freeman and Company. 460 p. https://doi.org/10.1002/esp.3290080415

Pakharukov Yu., Shabiev F., Safargaliev R., Mavrinskii V., Vasiljev S., Ezdin B., Grigoriev B., Salihov R. 2022. The mechanism of oil viscosity reduction with the addition of graphene nanoparticles // Journal of Molecular Liquids. Vol. 361. Article 119551. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119551

Pavía M., Alajami Kh., Estellé P., Desforges A., Vigolo B. 2021. A critical review on thermal conductivity enhancement of graphene-based nanofluids // Advances in Colloid and Interface Science. Vol. 294. Article 102452. https://doi.org/10.1016/j.cis.2021.102452

Radnia H., Rashidi A., Nazar A., Eskandari M., Jalilian M. 2018. A novel nanofluid based on sulfona­ted graphene for enhanced oil recovery // Journal of Molecular Liquids. Vol. 271. Pp. 795–806. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.09.070