Page 71 - 《精细化工》2022年第8期
P. 71
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 ·1571·
在岩石表面的油膜。当然，使用时需优化纳米材料 米材料的加入能够有效提高采收率。
的浓度、注入量等因素以达到最优效果 [41] 。 2.2 产生分离压力
ROUSTAEI 等 [42] 研究了不同的多晶硅纳米颗 提高采收率研究的目的之一是寻找降低油相在
粒，包括疏水亲油性多晶硅（HLP）和中性润湿多 岩石表面吸附力的方法，以增加油相的流动性，分
晶硅（NWP）对降低界面张力和提高采收率的影响， 离压力的产生是纳米材料驱油过程中的另一机理。
他们指出，应用 HLP 和 NWP 纳米流体使石油采收 WASAN 等 [45-46] 最早提出了纳米流体驱油产生分离
率分别提高了 32.2%和 28.6%。但从实验结果可以看 压力的模型。他们认为，水性分散体中的纳米颗粒
出，HLP 纳米流体对降低界面张力的影响较大，而 在受到静电排斥作用及布朗运动的作用下，在不连
NWP 纳米流体对润湿性改变的影响更大。JOONAKI 续流体的三相界面处易形成楔形膜结构，当楔形膜
等 [43] 利用氧化铁（Fe 2 O 3 ）、氧化铝（Al 2 O 3 ）和经 结构沿流体方向向前推进时产生分离压力。这种分
过硅烷处理的二氧化硅（SiO 2 ）3 种纳米流体进行了 离压力使得石油和岩石表面的吸附力减弱，石油更
岩心驱替实验，并测试了不同浓度的纳米流体与石 易从岩石表面脱落。图 6 为纳米流体驱替过程中楔
油之间的界面张力和接触角。实验结果表明，纳米 形膜及分离压力产生示意图 [47] 。
流体可以有效降低油/水界面张力，并使固体表面变 吴伟鹏等 [48] 制备了一种片状纳米材料——2D
得更加中性湿润，从而提高采收率。ZHOU 等 [44] 通过 智能纳米黑卡，通过微观模型驱油实验等研究纳米
静电力将带正电荷的氨基封端二氧化硅纳米粒子 黑卡对采收率的影响。在驱替实验过程中发现，由
（SiNP-NH 2 NPs）与带负电荷的阴离子表面活性剂 于纳米片和石油的相互作用在两相界面上产生了楔
（Soloterra 964）结合，制备了一种新型纳米流体。 形膜和分离压力，当纳米流体沿着表面扩散时可使
通过界面张力、岩心驱油实验等结果证明，质量浓 微观模型孔喉部的油滴脱落。纳米材料驱替过程中
度为 500 mg/L 的 SiNP-NH 2 NPs 纳米流体与石油的 产生的分离压力与纳米材料的形状、浓度、油滴大
界面张力从 13.78 mN/m 降低至 0.02 mN/m，改性纳 小等因素密切相关。
图 6 纳米流体驱替过程中楔形膜及分离压力产生示意图 [47]
Fig. 6 Schematic diagram of wedge-shaped membrane and separation pressure generation during nanofluid displacement [47]
2.3 改变油藏岩石润湿性 效果与其尺寸大小、表面电荷性质、分散性等因素
在石油开采过程中，油藏岩石润湿性会影响储 有关。
层中油/水的相对渗透率、毛管压力和水驱油效率 LI 等 [54] 利用共聚焦荧光、反射干涉对比显微镜
等，润湿性的改变将会对驱油效率产生重要影响 [49] 。 （RICM）以及液滴探针原子力显微镜（AFM）等
已有研究人员利用不同化学试剂，如表面活性剂、 几种互补技术，直观和定量地分析气相 SiO 2 NPs 对
低矿化度盐水等来改变储层岩石的润湿性进而提高 岩石表面润湿性改变。他们发现，SiO 2 NPs 吸附在
采收率 [50-51] 。研究发现，纳米材料也可以有效改变 玻璃表面上，形成具有分级微米和纳米结构的多孔
油藏岩石的润湿性 [52] 。当注入的纳米颗粒的浓度到 层。多孔层可以捕获一层薄薄的水膜，从而减少油
达一定值时，亲水性的纳米材料会吸附在储层岩石 滴与固体基质之间的接触，具体机理如图 7 所示。
表面，降低水相和岩石之间的接触角，使其趋向于 AFM 测量显示，添加纳米颗粒的质量分数为 0.1%
水湿或中性润湿，有利于调动吸附在岩石表面的石 时，会将 20 μm 大小的油滴的黏附力降低 400 倍以
油，从而提高采收率 [53] 。因此，纳米材料改变润湿 上。微流控实验证明，SiO 2 NPs 的润湿性改变可使
性机制主要包括纳米流体的润湿铺展和纳米材料在 石油采收率提高约 8%。RAJ 等 [55] 制备了一种改性
岩石表面吸附，而不同类型的纳米材料改变润湿性的 二硫化钼纳米片，在注入过程中，纳米片沿壁面流
