4滲吸驅(qū)油機理

近些年，納米流體滲吸提高采收率的研究增多，滲吸驅(qū)油機理也更豐富，主要表現(xiàn)在潤濕反轉(zhuǎn)、降低油水界面張力、乳化原油和結(jié)構(gòu)分離壓力4個方面。

4.1潤濕反轉(zhuǎn)

當巖石表面為油濕時，根據(jù)毛管力公式，毛管力是滲吸阻力。而納米流體能通過吸附作用改變巖石表面的濕潤性質(zhì)，促使其從油濕轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂?，潤濕性的改變導致毛管力的方向發(fā)生變化，使毛管力轉(zhuǎn)為滲吸動力。巖石表面越親水，滲吸動力越強，越有利于滲吸驅(qū)油。同時，潤濕性的改變導致了油與固體表面的黏附作用降低，滲吸過程中更容易將油滴從巖石表面剝離。

SONG等研究了納米流體改變巖石潤濕性的能力與滲吸采收率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)巖石壁面親水有利于自發(fā)滲吸。BSSB-12溶液可將巖石表面潤濕角由40°(油濕)改變?yōu)?1°(油濕)，如圖1a所示;而活性納米流體可將巖石表面潤濕角由42°(油濕)改變?yōu)?45°(水濕),如圖1b所示。BSSB-12表面活性劑改變潤濕性的能力較小,因此自發(fā)滲吸采收率比活性納米流體低。DAI等發(fā)現(xiàn)表面活性劑中加入納米顆?？梢源蠓岣邼B吸驅(qū)

4.2降低界面張力

納米流體在油/水界面的吸附能顯著降低體系的界面能和界面張力，其降低界面張力的能力主要源于納米粒子獨特的尺寸特性和表面活性。在低界面張力作用下，油與固體表面之間的黏附功降低，流動性增強。但對滲吸驅(qū)油來說，界面張力越低，滲吸動力毛管力就越弱。因此，對于滲吸驅(qū)油來說，大幅降低界面張力不可取。

Saien J等探討了改性后的SiO2納米顆粒(NPs)與表面活性劑(SDS)協(xié)同作用時對界面張力的顯著影響，結(jié)果如圖2所示。與只有SDS相比,NPs/SDS復配體系使界面張力降低更多，界面張力的降低有助于降低黏附功，使原油更容易被采出。劉安邦等通過對不同滲吸驅(qū)油體系開展帶壓滲吸實驗，發(fā)現(xiàn)表面活性劑復配體系降低界面張力能力最強(如圖2c所示),但滲吸驅(qū)油效果卻弱于納米SiO滲吸驅(qū)油劑(如圖2d所示)，說明對于滲吸驅(qū)油來說，界面張力不是越低越好。而是存在1個中間值或范圍，使得界面張力既能滿足滲吸驅(qū)油動力，又能降低黏附功，從而提高滲吸驅(qū)油采收率。

4.3乳化原油

改性后納米顆?；蚴羌{米乳液中的表面活性劑具有兩親性，可以吸附在油水界面上，將原油乳化，吸附在巖石表面的原油被乳化為乳狀液滴，進一步增溶原油，從而使得納米流體更容易將巖石表面原油剝離。同時乳化的油在運移過程中不易聚集復合，大大減弱了Jamin效應(yīng)，降低了滲吸驅(qū)油過程中的流動阻力，顯著提高了原油流動能力。

QU等為了提高致密油儲層滲吸采油效率，研制了1種新型低相納米乳液(LWPNE)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，納米乳液的乳化增溶作用是提高滲吸采收率的主要機制，如圖3所示。原油在LWPNE作用下從固體表面剝離形成分散油滴。隨著分散油滴與LWPNE的進一步接觸,分散油滴逐漸被包裹和溶解，使得原油更容易被驅(qū)出。YIN等以自乳化法制備了水包油型納米乳液體系,通過研究明確了納米乳液滲吸增產(chǎn)作用機理。一方面納米乳液可以通過吸附作用改變巖石壁面潤濕性，另一方面乳化增溶作用將大尺寸油滴分散成小尺寸，降低原油的滲吸阻力，從而增強滲吸效果。

4.4結(jié)構(gòu)分離壓力

結(jié)構(gòu)分離壓力是納米流體滲吸驅(qū)油的主要作用機理。納米顆粒在布朗運動、靜電力以及范德華力等綜合作用下，可以在油/納米流體/巖石三相接觸區(qū)域自組裝形成1個楔形結(jié)構(gòu)，這種楔形結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生1種推動力，稱為結(jié)構(gòu)分離壓力。楔形納米流體薄膜前進的同時推動油滴向前，可將油滴從巖石表面剝離下來，大幅度提升納米流體滲吸排油的效果。

WasanD等提出的“結(jié)構(gòu)分離壓”理論，解釋了納米流體在油-固界面時這種壓力作用將油膜或油滴從巖石表面分離的過程。通過進一步的研究發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)分離壓力的大小和速度受到納米顆粒濃度和液滴體積的影響。ZHAO等以非離子表面活性劑(TX-100)作為分散劑和增效劑，將SiO2納米顆粒分散在水中形成SiO2納米流體(如圖4a所示),并對SiO2納米流體剝離固體表面油滴的能力進行了探究。SiO2納米流體和表面活性劑(TX-100)均具有將油滴從巖石表面脫離的能力。與表面活性劑(TX-100)相比,當添加SiO2納米顆粒時，納米流體可以在油/固體/納米流體三相接觸區(qū)形成薄膜從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)分離壓，將油滴從巖石表面剝離。由于表面活性劑天然剝離油滴的能力和SiO2納米顆粒的結(jié)構(gòu)分離壓力機理(如圖4b所示),SiO2納米流體具有優(yōu)秀的滲吸提高采收率能力。

圖4納米流體結(jié)構(gòu)分離壓機理

5納米滲吸驅(qū)油劑發(fā)展前景

目前，納米滲吸驅(qū)油劑在低滲透油藏提高原油采收率上展現(xiàn)出巨大的潛力。研究認為，納米滲吸驅(qū)油劑的發(fā)展可圍繞以下幾點展開。

1)降低成本。雖然對納米顆粒增強滲吸驅(qū)油性能的研究已取得若干進展，但成本問題仍是1個巨大的挑戰(zhàn)。這主要是因為一方面材料成本高，另一方面為了提高納米材料性能，會對其進行改性和復配，進而導致極成本增加。因此，迫切需要加速研發(fā)高效低成本納米材料，簡化生產(chǎn)流程，減少生產(chǎn)過程中的能源和材料消耗，以期實現(xiàn)其在實際應(yīng)用中的大規(guī)模試用與推廣。

2)綠色環(huán)保。由于納米材料的合成過程中涉及到各種危險且有害的化學物質(zhì)，對人類和環(huán)境不友好。因此，開發(fā)對環(huán)境友好的納米材料，如利用生物降解材料或者從天然資源中提取的納米材料，將成為未來1個重要的研究方向。

3)多功能性。目前，現(xiàn)有的納米滲吸驅(qū)油劑大多只能解決單一問題，限制了納米滲吸驅(qū)油劑的應(yīng)用范圍,以及其在提高滲吸驅(qū)油效率上的應(yīng)用潛力。因此，需要開展更深入的研究，開發(fā)出適用范圍廣和滲吸驅(qū)油效率高的納米滲吸劑。

4)深化機理。原油儲存在儲層巖石的孔隙和裂縫中，低滲透儲層結(jié)構(gòu)極復雜，非均質(zhì)性強，納米滲吸劑在改善低滲透極油藏采收率方面的機理還需要進一步的研究和理解。因此，未來的研究將致力于揭示納米材料在復雜儲層中的作用機制，并基于此建立更為精確的滲吸驅(qū)油模型。

6結(jié)語

該研究論述了3種不同類型納米滲吸驅(qū)油劑提高采收率的研究進展及作用機理，認為這3類納米滲吸驅(qū)油劑憑借其特殊結(jié)構(gòu)和不同功能，在滲吸驅(qū)油提高石油采收率方面具備很大的潛力。為了實現(xiàn)低滲透油藏的高效開發(fā)，納米流體滲吸采油技術(shù)主要通過降低油水界面張力、改變儲層巖石的濕潤性、乳化原油以及采用結(jié)構(gòu)分離壓力等4項機理來實現(xiàn)滲吸驅(qū)油的作用。未來納米滲吸驅(qū)油劑需要聚焦低成本、綠色環(huán)保及多功能等極方向，實現(xiàn)納米滲吸驅(qū)油劑的創(chuàng)新發(fā)展。納米滲吸驅(qū)油劑作為一種新興的油田開發(fā)技術(shù)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。