Page 67 - 《精细化工》2022年第8期
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第 8 期                      陈密发，等:  纳米材料在提高石油采收率中的研究进展                                   ·1567·


                                            [3]
            在矿场应用并取得良好的开发效果 。但由于油藏                             主要对在提高采收率领域研究较多的纳米材料进行
            地质条件、技术水平和开采成本等因素影响，仍有                             了综述，其中包括发展潜力巨大的纳米纤维素及两
            许多剩余油饱和度较高的油田，需通过新的技术继                             性 Janus 纳米材料等，并对其在提高采收率领域的
            续开发。近年来，纳米材料因其独特的物化性质引                             作用机理进行了详细总结，以期为用于提高石油采
            起了人们的关注，许多科研人员已研究了纳米材料                             收率领域的新型纳米材料设计开发和推广应用提供
            单独或与表面活性剂、聚合物组合用于提高石油采                             参考。
            收率的应用，以延缓老油田的废弃。
                                                               1   纳米材料在提高采收率中的应用
                 纳米材料是指至少在一个维度上尺寸为 1~100 nm
                             [4]
            的天然或合成材料 。近年来，由于纳米材料具有
                                                                   纳米材料得益于尺寸小、表界面活性高、易化
            尺寸小、比表面积大、迁移能力强、界面可组装性
                                                               学改性等优势在降低剩余油饱和度，提高石油采收
            等诸多优异性能，已成功应用到生物医药、电子储
                                                               率领域中逐渐发挥作用。另外，由于常规油气资源
            能以及能源化工等领域，并逐步实现由实验研究阶
                                                               需求量高，能源紧缺矛盾日益加剧，纳米材料在提
            段向工业化方向发展。
                                                               高稠油油藏、低渗致密油藏等非常规资源采收率中
                 考虑到纳米技术特别是纳米材料的广泛适用
                                                               的应用也被研究。其中，研究较为广泛的纳米材料
            性，将其引入提高采收率技术中成为石油开发领域
                               [5]
            的热门研究课题之一 。纳米材料易穿过岩石孔喉，                            主要包括纳米二氧化硅（SiO 2  NPs）、氧化石墨烯
                                                               （GO）、纳米纤维素（NCs）和 Janus 纳米材料等。
            且可以通过表面化学改性方法设计具有明确结构和
                                                               这些材料通过室内实验证明在提高采收率方面具有
            所需特性的功能材料进而提高注入效果。功能化的
                                                               较高的应用潜力，表 1 总结了这几种纳米材料在提
            纳米材料可以改善注入流体的特性以及注入流体与
                                                               高采收率技术中应用的优缺点。另外，根据文献报
            岩石的相互作用，大幅度提高石油采收率。另外，
                                                               道及总结，纳米材料对采油的油品选择性也存在区
            纳米材料用于提高采收率中另一优势是在苛刻油藏
                                                               别。如 NCs 因为其高长径比会堵塞地层孔隙一般不
            条件（高温、高压及高矿化度等）下的可持续性，
                                                               适合应用在低渗透油田，主要应用在高温高盐油藏
            而传统的表面活性剂或聚合物在这些条件下易发生
                                                                             [7]
                                          [6]
            降解、分离等现象导致药剂失效 。因此，利用纳                             及碳酸盐油藏等 ；Janus 纳米材料具有类表面活性
            米材料或技术从劣质储层中增加采油量可为传统的                             剂的两亲性能及纳米颗粒的尺寸形貌，可应用到低
                                                                         [8]
            提高采收率技术提供新的思路。                                     渗透油藏中 ；SiO 2  NPs 因合成成本低、粒径小及
                                                                                              [9]
                 现阶段，纳米材料已在提高石油采收率领域有                          毒性低等特性应用于油藏相对较多 ，GO 因具有改
            突破性进展，虽然被研究的纳米材料类型逐渐增多，                            变岩石表面润湿性及乳化石油等特性，可应用到碳
            但大范围应用到矿场增产的还较少，大多处于室内                             酸盐油藏及稠油降黏等方面             [10] 。由于纳米材料应用
            模拟实验评价阶段。原因主要是一些纳米材料存在                             于油田现场增产的案例还并不多。纳米材料应用于
            合成成本偏高，合成步骤繁琐，储层岩石中易沉积                             提高采收率时对石油的油品选择性今后需进一步深
            等问题，因而还并不适用于提高采收率领域。本文                             入研究。

                                       表 1   不同纳米材料应用于提高采收率技术的优缺点
                   Table 1    Advantages and disadvantages of different nanomaterials used in enhanced oil recovery technology
               纳米材料类型            形貌                       使用优势                             使用缺点
             SiO 2 NPs     球状              合成简单、成本低、无毒及高亲水性等                    粒径小，易团聚，改性方法相对复杂
             GO            片状              化学稳定性优异，比表面积大，油水接触面积较高               合成繁琐，尺寸及厚度难控制，成本较高
             NCs           棒状、纤维状          绿色易降解、来源丰富、抗剪切性能优异等                  高长径比，注入困难，易堵塞地层孔隙
             Janus 纳米材料    球状、棒状、片状等  优异的界面活性及两亲性，结构或性能的不对称性                    合成相对较复杂，两面改性成本较高

            1.1  SiO 2  NPs 在提高采收率中的应用                             由于表面基团相互作用以及尺寸效应，单纯
                 二氧化硅纳米颗粒（SiO 2  NPs）具有合成简单、                   SiO 2  NPs 在使用过程中极易团聚，因此研究人员通
            成本低、无毒及高亲水性等性能，已在较多领域得                             过不同的方法及改性剂对 SiO 2  NPs 进行表面改性或
            到研究    [11] 。SiO 2  NPs 表面具有丰富的羟基官能团，              与聚合物复配使用        [13] 。CORREDOR 等   [14] 认为分散
            从而易于进行二次改性或化学修饰，其在石油工程特                            纳米颗粒的存在可以提高聚合物驱油效率，利用化
            别是提高石油采收率领域引起了较高的研究热度                     [12] 。   学接枝法用正辛基三乙氧基硅烷（OTES）、油酸和
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