纳米驱油剂的作用机理及应用实例

发表时间:2019-07-08 09:09

目前,关于纳米材料在石油工业中的应用报道较多,上一期简单介绍了石油工业的背景、油气资源量概况、以及现有石油开采技术,并着重介绍了纳米技术在石油各个领域中的应用和发展。本期主要介绍现有纳米材料(包括纳米表面活性剂,纳米粉体,纳米分子膜等)在驱油过程中的作用机理以及应用现状。


增溶油相作用

纳米表面活性剂可以使临界胶束浓度(CMC)下降,能够与油相近乎形成混相,从而使得驱油液中更易形成胶束与微乳液,增加了剩余油的流动能力。   

Ak-bulut小组研究了纳米级的Nonidet P-40(4-Nonylpheny-polyethylene glycol)表面活性剂在驱油液中的反应过程。研究发现,当纳米级的NP-40浓度达到CMC 浓度的3倍以上时,具有最好的驱油效率,驱油效率达到了29%。如图1所示,在驱油过程中,有2个反应同时发生,1个反应是快速反应,即微乳液的数量急速增加;另1个反应是慢速反应,即胶束的数量缓慢增长。这些胶束具有增溶油相的能力,使剩余油同表面活性剂溶液形成油-水互溶的中相微乳液,从而使剩余油投入流动。


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图1(a)表面活性剂浓度与驱油效率的关系图;(b)沥青质内加入表面活性剂后,颗粒分布尺寸与时间的关系图


降低界面张力作用

在注入水中加入表面活性剂,可以有效的控制注入水和原油的界面张力。然而,一般的表面活性剂在地下流动过程中容易损失和吸附,而且随着时间的增长,界面张力的数值不稳定。

朱红小组使用KH570(硅烷偶联剂)对纳米SiO2进行改性,使得模拟油间的界面张力在1h内界面张力达到最低值(3.37×10-3mN/m),与单纯的石油磺酸盐相比,界面张力长时间保持不变。北京交通大学王晓龙小组也利用溶胶-凝胶法,制备出具有较大比表面积、具有多活性基团的改性纳米SiO2颗粒,并将反应产物与表面活性剂SLPS-45进行复配后应用于胜利油田各区块中。实验结果显示,胜利油田T1、T4、T6的多数区块油水界面张力值达到了10-3mN/m水平。



增强乳化能力作用

乳化可以提高驱油剂对残余油的剥离能力,还可以提高后续流体的波及系数。研究表明,纳米粉体和驱油液相互作用,可以显著的增强驱油液的乳化性能。

王宝辉小组使用溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米粉末,并用纳米粉末进行了增强乳化实验,结果表明TiO2纳米粉所形成的外相体积和乳状液体积分别为9.0mL和9.5mL,并且呈均匀细颗粒,48h没有发生变化,而本体粉的外相是9.7mL,乳状液体积只有0.8mL,并且呈非均匀大颗粒,稳定时间较短。可以看出,该TiO2超微粉在油水体系有较高的乳化作用,所形成的乳状液具有很强的稳定性,而本体粉的乳化作用却很小,稳定性低,说明纳米级TiO2超微粉具有独特的乳化性能。



降低粘附功作用

使用带正电荷的纳米材料,作用于带负电的岩石表面,形成纳米级沉积膜,改变了岩石表面的微观结构、力的分布,从而降低了粘附功,通过岩心的润湿性向中性及水湿方向转变及自发渗吸作用,达到提高采收率的目的。

刘成刚小组以环氧氯丙烷和二异丙胺水溶液作为反应物,制备出性能良好的纳米分子沉积膜;与烷基糖苷-0810进行了复配后进行了物模实验,结果显示,当烷基糖苷-0810浓度达到0.15%时,具有更好的驱油效果。北京石油大学的高芒来小组在含水高、非均质严重的辽河兴隆台采油厂兴42块兴53井组进行了现场试验,结果显示采收率提高了1.6%。

纳米MD 膜驱油技术对于油藏具有普适性,有先期投入少、驱剂用量少、不损害地层和适用范围广等优点,但是这种方法存在提高程度不高、不易精确控制等缺点。如何更大程度的提高采收率是纳米MD膜技术的研究方向。



改善VES适应性作用

VES(Viscoelastic Surfactant)即粘弹性表面活性剂,是一种具有双亲分子结构的物质。其同时具有聚合物和表面活性剂的特征,是化学驱油未来的发展方向。然而,普通的VES不耐高温,为了解决这一问题,James小组将热释电性(pyroelectric nanoparticles)纳米颗粒加入VES溶液中,合成了一种动态网状结构,这种强的网状结构能够在高温(66℃)时稳定VES胶束,增加溶液的黏度,同时阻止流体向多孔介质流失。

目前,针对VES的研究主要集中于有限的几种体系,例如Cpycl/Br+Nasal/Natos等。对这些体系的研究主要集中在描述溶液的流变特性、胶束形态的转变以及弹性产生的机理,而对体系的应用性研究很缺乏,我国国内目前针对此类体系的研究还不多见。





纳米材料与现有的化学驱油技术相融合,在降低界面张力、增强乳化性能和降低粘附功等方面有着广泛的应用前景。随着纳米科技的发展,纳米材料必定会在提高原油采收率上大放异彩。



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