Page 69 - 《精细化工》2022年第8期

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 ·1569·

或分散性等方面。更重要的是，改性后的二维片层 纳米流体的分散性、界面相行为及驱油机理等进行
GO 纳米材料在油水界面上增大了油水接触面积， 了研究。通过驱油实验等结果提出，NC 纳米流体驱
能更有效地降低油水界面张力，提高洗油能力，从 油机理主要为增大波及体积和乳化夹带。WANI 等 [7]
而提高采收率。 研究了 CNC 在流体分流中的应用。岩心驱替实验证
1.3 NCs 在提高采收率中的应用 明，当注入 3000 mg/L 的 CNC 分散液时，碳酸盐岩
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纤维素是自然界中最丰富的可再生天然生物高 岩心的渗透率从 2.8 μm 降低到 0.1 μm 。这是由于
分子，当受到机械剪切或酸解时会产生细长的纤维 CNC 颗粒的聚集导致裂缝高渗透区阻塞使流体转
或棒状晶体颗粒，有一个维度在纳米范围内，即 向，提高了波及效率（图 2 为 CNC 纳米分散液封堵
NCs [24-25] 。 NCs 主要分为 三类： 纤维 素纳米 晶 裂缝分流示意图）。这项工作证明 CNC 可作为流体
（CNC）、纤维素纳米纤维（CNF）以及细菌纳米 导流剂在高温、高矿化度的碳酸盐岩储层中提高采
纤维素（BNC）。NCs 表面存在大量的羟基基团， 收率。KUSANAGI 等 [28] 评估了 CNF 作为一种可持
可通过物理或化学改性修饰。由于 NCs 完全无毒， 续纳米材料在提高采收率过程中的适用性，他们首
可生物降解且具有优良的耐温、耐盐及抗剪切等特 先研究了 CNF 悬浮液在本体状态和多孔介质中的
性，研究人员尝试将 NCs 作为一类生物基驱油材料 黏性特征，并进行了聚合物驱油和 Berea 岩心调剖
应用到提高采收率领域中。 两种驱油实验。结果表明，CNF 悬浮液能够提高采
WEI 等 [26-27] 利用电荷密度不同的纳米纤维素 收率，但考虑到 CNF 的高长径比，其注入性相对困
（NC）制备了一种具有表面活性的绿色驱油剂，对 难，可在调剖中发挥作用。

[7]
图 2 CNC 分散液封堵裂缝分流示意图
Fig. 2 Schematic diagram of CNC dispersion plugging cracks and shunting [7]

1.4 Janus 纳米材料在提高采收率中的应用 性后的 Janus 纳米片表现出两亲性，利用微流控驱
Janus 纳米材料是以罗马双面神命名的一类独 替实验验证其驱油性能。结果表明，由于 Janus 纳
特材料，一般指材料两侧或两个表面具有不同结构、 米片的乳化和润湿性改变作用，使采收率提高约
化学性质或极性 [29-30] ，如图 3 所示（a 为球状；b、 21%。JIA 等 [33] 通过 Pickering 乳液法成功合成两亲
c 为圆柱状；d、e 为圆盘状；f~j 为哑铃状或雪人状）。 性纳米粒子 Janus-C12，通过改变化学改性剂（十二
由于这种结构的不对称性，Janus 通常表现出多功能 烷基三氯硅烷，DTS）的用量，精确调控亲水亲油
性，在界面化学、纳米催化、化工制药等领域具有 平衡，可以控制 Janus-C12 稳定的乳液类型从 O/W
应用潜力而得到广泛研究 [31] 。鉴于 Janus 表现出的 向 O/W/O 及 W/O 转化，并系统研究了多重 O/W/O
与表面活性剂的两亲性类似的两面性特殊优势，研 乳液在苛刻油藏条件下的稳定性及其影响因素。岩
究人员不断尝试将 Janus 纳米颗粒作为一类新型纳 心驱油实验证明，Janus-C12 稳定的多重 O/W/O 乳
米材料引入提高采收率领域，进一步探索其作为特 液使采收率提高了 27.2%。LUO 等 [34] 制备了一种两
殊的表面活性剂用于提高石油采收率的能力。 亲性 Janus 纳米片用于提高采收率，其在低浓度下
ZHANG 等 [32] 基于天然埃洛石制备了一种 Janus 表现出良好驱油性能。在盐水环境中，纳米片自发
纳米片用于 Pickering 乳液的形成及提高采收率。改 地接近油-水界面，降低界面张力，并且油水界面会
出现攀爬膜，将油相包裹向前推动。此外，他们还
发现，在 Janus 纳米流体和油相之间的固体薄膜能
迅速分离油水，实现段塞式驱油（图 4 为 Janus 纳
米流体驱油机理示意图，t=t 0 和 t=t 0 +Δt 代表不同驱

油时间）。当 Janus 两亲纳米片使用的质量浓度为
图 3 不同形状的 Janus 纳米颗粒示意图 [29] 100 mg/L 时，该 Janus 纳米流体使采收率提高约
Fig. 3 Schematic diagram of Janus nanoparticles with different
shapes [29] 15.2%。