納米材料在提高原油采收率中的研究進(jìn)展

潘 一，廖松澤，楊雙春，NIGMATULLIN Dinar，李 敏，李存磊

(1. 遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001)(2. 遼寧石油化工大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院，遼寧 撫順 113001)(3. 中國(guó)石油大學(xué)(北京)化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院，北京 102249)

1 前 言

世界上大多數(shù)老油田均經(jīng)過(guò)一次、二次采油，產(chǎn)量正處于下降趨勢(shì)。在注水量過(guò)高、儲(chǔ)層地質(zhì)復(fù)雜(如低孔、低滲等)等不利條件下，仍有約50%以上的原油保留在油藏中[1]。目前，大多數(shù)老油田正處于第三次采油階段，盡管石油公司使用化學(xué)驅(qū)油[2]、蒸汽驅(qū)油[3]等方法提高了原油產(chǎn)量，但結(jié)果仍不容樂(lè)觀，因此，提高原油的采收率(EOR)仍是今后至關(guān)重要的研究方向。此前，已有研究人員使用聚合物、表面活性劑等化學(xué)材料驅(qū)油，如Ebaga-Ololo等[4]使用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鹽(DAS)為驅(qū)油材料，在不同巖心上進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，原油EOR平均可達(dá)到30%以上；Algharaib等[5]對(duì)比了水驅(qū)與聚合物驅(qū)對(duì)原油EOR的影響，研究表明，聚合物驅(qū)比水驅(qū)EOR提高了18%；Yu等[6]將聚醚羧酸鹽陰非離子表面活性劑(PCANS)與疏水改性的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)復(fù)配，由于兩種試劑的協(xié)同作用，使得復(fù)配物的原油EOR高達(dá)40.64%，遠(yuǎn)高于兩者單獨(dú)使用。但聚合物驅(qū)油劑在高礦化度油藏中可能存在粘度下降過(guò)快而需要加量使用的問(wèn)題，增加了成本，同時(shí)在高溫油藏中可能發(fā)生降解失效等情況；而表面活性劑則可能出現(xiàn)耐高溫性能差、成本過(guò)高等問(wèn)題[7]。

近些年，研究人員將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向較新的納米材料，如納米SiO2[8]、納米TiO2[9]、納米石墨烯[10]等，通過(guò)對(duì)這些納米材料進(jìn)行改性處理，或?qū)⑺鼈兣c聚合物、表面活性劑等驅(qū)油材料復(fù)配，可從降低油水界面張力[11]、改善巖石表面潤(rùn)濕性[12]、乳化原油降低原油粘度[13]等方式推動(dòng)原油流動(dòng)，達(dá)到提高原油EOR的效果[14]。如Guo等[15]的研究表明，納米SiO2可穩(wěn)定CO2泡沫結(jié)構(gòu)，提高CO2驅(qū)油效果；Pillai等[16]的研究表明，賴氨酸接枝的納米SiO2與表面活性劑復(fù)配可降低油水界面張力，為原油提供更高的流動(dòng)性；劉浩洋等[17]的研究表明，SiO2可提高聚合物驅(qū)油時(shí)的耐鹽能力，且對(duì)聚合物有一定增粘作用，可調(diào)節(jié)聚合物驅(qū)油時(shí)的流變性。本文綜述了近幾年國(guó)內(nèi)外納米SiO2、納米TiO2、納米纖維素、聚合物納米微球、納米石墨烯在油田增產(chǎn)中的研究進(jìn)展，評(píng)述了以上納米材料提高原油EOR、抗溫、抗鹽等性能，以期為相關(guān)研究提供借鑒。

2 納米二氧化硅(nano-SiO2)

納米SiO2是一種已經(jīng)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的超細(xì)納米材料，具有高表面活性、高比表面積、耐高溫及環(huán)保等性能[18]。研究人員對(duì)納米SiO2研究較多，無(wú)論是對(duì)其進(jìn)行復(fù)配還是對(duì)其進(jìn)行改性，其在原油增產(chǎn)方面均表現(xiàn)出良好的效果[19]。

Yin等[20]通過(guò)溶膠-凝膠法將馬來(lái)酸酐(MAH)，3-巰基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)和偶氮二異丁腈(AIBN)制備成兩親性硅烷后，包覆于碳酸鈣(CaCO3)上，最后以納米SiO2為外殼制備成CSAJN(composite silica-based amphiphilic janus nanosheets)納米片(厚度約為2.6 nm)。進(jìn)一步對(duì)該納米片進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明，在用鹽水驅(qū)油至鹽水含量為100%后，即使在超低濃度下(0.005%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，CSAJN仍可使原油EOR提高18.31%，而在較高濃度下(0.02%)，CSAJN可提升原油EOR高達(dá)26.18%。這是由于CSAJN的兩親性(親油性與親水性)使其可在油水界面積聚形成膜結(jié)構(gòu)，并被包裹于原油界面。當(dāng)CSAJN濃度增加，油水界面的擴(kuò)散壓力增加，從而使原油從巖石表面脫離。

Khademolhosseini等[21]將納米SiO2與生物表面活性劑醋酸鈣不動(dòng)桿菌復(fù)配。在驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，水驅(qū)后的原油EOR僅為31%，而該復(fù)配材料可使原油EOR提高至58%。這是由于該復(fù)配材料降低了油水界面張力，且提升了流體粘度，從而使原油EOR增加。但徐德榮等[22]認(rèn)為，若納米顆粒濃度過(guò)大，溶液界面張力會(huì)略有增大，且溶液穩(wěn)定性會(huì)變差，不利于原油EOR的提高。

Liu等[23]以納米SiO2為內(nèi)核，超支化聚酰胺胺(PAMAM)為次級(jí)外殼，兩親性HPAM為最外殼，制備出平均粒徑為25 nm的星形兩親性聚丙烯酰胺(star-like amphiphilic polyacrylamide, SHPAM)(圖1)。對(duì)該復(fù)合材料的性能研究表明，星形結(jié)構(gòu)使其粘彈性比HPAM更高，因此其驅(qū)油作用更久且更穩(wěn)定，水驅(qū)后其仍可使原油EOR提高27%以上。通常聚合物溶液較高粘彈性可加強(qiáng)作用在殘余油膜上的法向應(yīng)力，增強(qiáng)對(duì)原油的推動(dòng)力，使原油EOR得以提升。

納米SiO2在化學(xué)驅(qū)油應(yīng)用中的研究較多，相對(duì)比較成熟。無(wú)論是對(duì)納米SiO2進(jìn)行改性處理，還是將其與其它驅(qū)油劑(如聚合物、表面活性劑等)復(fù)配使用，均可使原油EOR得到較高提升(表1)[20, 21, 23]。將納米SiO2與表面活性劑復(fù)配可大幅降低油水界面張力，并提升表面活性劑的粘彈性，從而加大驅(qū)替體系對(duì)原油流動(dòng)的促進(jìn)作用[21]。對(duì)納米SiO2進(jìn)行改性處理，可使改性納米SiO2在原油與巖石之間積累，并形成一層具有粘彈性的膜結(jié)構(gòu)，提升油相的連續(xù)性，從而在流體對(duì)彈性膜的推動(dòng)下攜帶出更多的原油[20]。此外，改性后的納米SiO2，由于其特殊結(jié)構(gòu)以及活性基團(tuán)(親水性基團(tuán)、疏水性基團(tuán))的增加，可通過(guò)降低界面張力、減少毛細(xì)阻力的方式調(diào)節(jié)原油的流動(dòng)性[23]，提高原油EOR。但作者認(rèn)為，目前納米SiO2改性方法過(guò)于復(fù)雜(如CSAJN、SHPAM等)，簡(jiǎn)化改性過(guò)程將是納米SiO2今后的研究方向之一。

表1 納米SiO2驅(qū)油體系及其驅(qū)油效果

圖1 SHPAM分子結(jié)構(gòu)圖[23]Fig.1 Molecular structure of SHPAM[23]

3 納米二氧化鈦(nano-TiO2)

與納米SiO2顆粒相比，納米TiO2顆粒除了在粒徑形態(tài)、比表面能、耐溫耐壓性等方面具有相似的特點(diǎn)，還具有較強(qiáng)的表面活性、更易于被表面改性處理、更強(qiáng)的吸附性以及可光催化降解油污等特點(diǎn)[24]。

馮曉羽等[25]通過(guò)低成本的油酸(oleic acid)對(duì)納米TiO2表面進(jìn)行改性，當(dāng)油酸與納米TiO2摩爾比為1∶1時(shí)該改性納米TiO2驅(qū)油性能最穩(wěn)定。驅(qū)油性能研究結(jié)果表明，在低孔隙度、低滲透率的條件下，以0.1%改性納米TiO2和0.05%烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)乳化劑組成的驅(qū)油體系驅(qū)油效果較好，相比于水驅(qū)，可提高15%的原油EOR。且由于油酸基團(tuán)的引入，使原本親水的納米TiO2具有了疏水性，相鄰納米TiO2粒子斥力增加，減少了該驅(qū)油體系因團(tuán)聚而堵塞地層孔隙，造成地層污染的情況。

Cheraghian[26, 27]將納米TiO2(平均粒徑小于100 nm)分別引入部分水解HPAM和十二烷基硫酸鈉(SDS)進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，納米TiO2的引入比兩種驅(qū)油劑單獨(dú)使用的驅(qū)油效果更好，并且納米TiO2與SDS驅(qū)油體系的原油EOR提高率(41.3%)高于納米TiO2與HPAM驅(qū)油體系的原油EOR提高率(33.6%)。

李營(yíng)[28]以硝酸銀(AgNO3)為原料，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為還原劑和穩(wěn)定劑，制備了Ag-TiO2納米顆粒(圖2)。以無(wú)水葡萄糖、十二胺、丙烯酸為原料，合成了糖基陰非離子型表面活性劑(GDA)。進(jìn)一步將Ag-TiO2納米顆粒與GDA復(fù)配并對(duì)其性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，3 g/L的Ag-TiO2/GDA體系可使原油EOR提高至18.8%，這是由于相比于單獨(dú)使用GDA，該復(fù)配物可大幅降低油水界面張力(約一個(gè)數(shù)量級(jí))。

圖2 Ag-TiO2結(jié)構(gòu)示意圖[28]Fig.2 Schematic of structure of Ag-TiO2[28]

相較于納米SiO2，納米TiO2在提高原油EOR方面還處于研究初期，納米TiO2對(duì)提高原油EOR的影響還需通過(guò)更多實(shí)驗(yàn)研究來(lái)驗(yàn)證。根據(jù)現(xiàn)有的研究可見(jiàn)，改性納米TiO2以及納米TiO2與其他產(chǎn)品的復(fù)配物均可提高原油EOR(表2)[25-28]。一方面，納米TiO2可降低油水界面張力，降低毛管阻力，使得油滴更易于被驅(qū)出；另一方面，納米TiO2可起到封堵導(dǎo)流的作用，將高滲透通道中的流體導(dǎo)向低滲透油層，開(kāi)發(fā)剩余油。但在納米TiO2的應(yīng)用中，由于納米TiO2表面具有較大的表面自由能和大量羥基，納米TiO2顆粒之間存在范德華力和化學(xué)鍵力等作用力，使得顆粒在溶液中相互吸引，極易發(fā)生團(tuán)聚和沉降，形成粒徑更大的粒子團(tuán)，造成地層孔隙堵塞，不利于納米顆粒在油藏中的運(yùn)移，如何消除這種團(tuán)聚現(xiàn)象將是今后納米TiO2的研究方向之一。

表2 納米TiO2驅(qū)油體系及其驅(qū)油效果

4 納米纖維素(nano-cellulose)

納米纖維素是一種以普通纖維素為原料，通過(guò)化學(xué)及物理方法制備的一種具有納米尺度的纖維素[29]。納米纖維素不僅資源豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒而且易于生物降解，具備廣泛應(yīng)用的潛力[30]。

Li等[31]和Wei等[32]采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、疏水基團(tuán)(HG)對(duì)納米纖維素(直徑為2～3 nm)進(jìn)行表面接枝改性，在纖維素表面接枝了HG與AMPS中親水耐鹽的磺酸基團(tuán)，合成了納米纖維素驅(qū)油劑NC-KYSS(圖3)，使纖維素的耐鹽性與粘度得以改善。研究表明，0.3%的NC-KYSS可使砂巖中的原油EOR 提高6%。NC-KYSS納米纖維素在其流動(dòng)性與吸附性的作用下在巖石表面積聚、擴(kuò)散，將巖石表面潤(rùn)濕性從疏水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水。由于NC-KYSS疏水締合能力增強(qiáng)，其粘彈性隨溫度的升高而增加，因此在粘彈性作用下原油隨NC-KYSS流出。

圖3 NC-KYSS分子結(jié)構(gòu)圖[32]Fig.3 Molecular structure of NC-KYSS[32]

Liu等[33]將N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA,N,N-Dimethylacrylamide)和丙烯酸丁酯(butyl acrylate,BA)接枝在纖維素納米纖維(cellulose nanofiber,CNF)表面，制備成CNF-g-PDMA-PBA納米纖維素材料(圖4)。對(duì)CNF-g-PDMA-PBA的性能研究表明，在接枝DMA與BA后，納米纖維素材料在高溫高鹽環(huán)境下的穩(wěn)定性均有所提高。在105 ℃下老化7 d后，CNF-g-PDMA-PBA粘度保留率高達(dá)66.7%，而未接枝的CNF粘度損失了99.3%。在高鹽濃度下改性后的CNF比未改性的CNF耐鹽性高8倍。高粘度、高耐鹽性均有助于提高原油EOR，因此，接枝后的納米纖維素的驅(qū)油性能明顯優(yōu)于未接枝的。但CNF-g-PDMA-PBA作為潛在的可用于提高原油EOR的材料，仍需要在巖心驅(qū)替等實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

在以CO2泡沫作為驅(qū)油材料的實(shí)驗(yàn)中，CO2泡沫的穩(wěn)定性一直困擾著研究人員。Yin等[34]采用可再生的納米纖維素RC(圖5)提升CO2泡沫穩(wěn)定性。在實(shí)驗(yàn)中對(duì)比了RC、Al2O3以及HPAM對(duì)CO2泡沫穩(wěn)定性的影響，其中RC的作用效果最為突出。這是由于RC的加入在CO2表面形成了液膜骨架，液膜骨架可延緩泡沫的消失，且作用效果持久；同時(shí)液膜可提升CO2泡沫表面粘彈性，增強(qiáng)CO2泡沫帶動(dòng)原油流動(dòng)的能力。

納米纖維素主要通過(guò)進(jìn)入巖石與原油之間，改變巖石表面潤(rùn)濕性、乳化原油以降低原油在巖石上的附著力等方式為原油提供流動(dòng)能力，最后達(dá)到提高原油EOR的效果。納米纖維素在接枝不同極性基團(tuán)(如磺酸基團(tuán)、HG等)后可一定程度上提升其耐溫性與耐鹽性，但由于纖維素上的醚鍵在高溫下易斷裂，導(dǎo)致納米纖維素在高溫環(huán)境下(如大于120 ℃)穩(wěn)定性較差，同時(shí)，其在高礦化度環(huán)境下易產(chǎn)生絮凝情況而導(dǎo)致失效，如何解決上述問(wèn)題仍需研究人員進(jìn)一步研究。

圖4 CNF-g-PDMA-PBA分子結(jié)構(gòu)圖[33]Fig.4 Molecular structure of CNF-g-PDMA-PBA[33]

圖5 RC分子結(jié)構(gòu)圖[34]Fig.5 Molecular structure of RC[34]

5 聚合物納米微球(polymer nanospheres)

聚合物納米微球是一種遇水可膨脹，且具有一定彈性的納米材料。其主要是針對(duì)低孔隙度、低滲透率的油藏提高EOR而研制出的納米材料[35]，具有顆粒尺寸小、地層注入性好、分散性好、易吸水膨脹等特點(diǎn)[36]。聚合物納米微球一旦進(jìn)入儲(chǔ)層，將在喉道原位逐漸溶漲，進(jìn)而封堵孔喉，增加流體流動(dòng)阻力，最終改變流體原來(lái)的流動(dòng)方向，提高驅(qū)油體系的波及系數(shù)，達(dá)到增產(chǎn)的目的[37]。

鞠野等[38]研制出了可用于高溫、高礦化度、低滲油藏環(huán)境的聚合物納米微球HP-2(平均粒徑為407.2 nm)。研究表明，該納米微球在高溫(90 ℃)、高礦化度(97686 mg/L)下的吸水膨脹倍數(shù)可高達(dá)34.1 g/g，從而對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行良好的封堵。在巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，在水驅(qū)的基礎(chǔ)上，將納米微球HP-2以2000 mg/L的濃度注入巖心中，可使原油EOR提高率高達(dá)17.3%。

郭宇[39]以丙烯酰胺(acrylamide, AM)與2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(2-Acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, AMPS)為原材料制備出抗溫抗鹽型聚合物納米微球SQ-5，并在巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中將SQ-5(1500 mg/L)與新型陰-非離子型表面活性劑FA-2(1000 mg/L)復(fù)配使用，使原油的增產(chǎn)幅度高達(dá)27%。研究表明， SQ-5與FA-2復(fù)配體系的EOR提高率遠(yuǎn)高于單獨(dú)使用FA-2 時(shí)的EOR提高率(12%)。在西部某低滲高溫高礦化度油藏中，SQ-5與FA-2復(fù)配體系作用效果良好，應(yīng)用3個(gè)月后日產(chǎn)油量提高3倍以上。

武文玉等[40]將聚合物、交聯(lián)劑和丙烯酸等共聚制備成納米聚合物微球WQ-2(平均粒徑為100 nm)，以進(jìn)行調(diào)驅(qū)。研究表明，WQ-2具有良好的驅(qū)油效果，在高滲、低滲兩種儲(chǔ)層中的原油EOR提高率可分別達(dá)到19.3%和9.2%。納米聚合物微球WQ-2在渤中25-1油田的應(yīng)用，緩解了該區(qū)塊產(chǎn)能遞減較快、含水量增長(zhǎng)率高等問(wèn)題。

Zhao等[41]在聚合物微球提高EOR機(jī)制的研究中提出，聚合物微球可通過(guò)單堵和橋塞的方式對(duì)孔喉進(jìn)行有效封堵，增加流體的流動(dòng)阻力，從而使原油更容易被攜帶出去。但有學(xué)者表示[42]，聚合物微球的粒徑若與孔喉尺寸不匹配，便無(wú)法達(dá)到提高EOR的效果。若聚合物微球粒徑較大，將導(dǎo)致流體繞流，無(wú)法對(duì)油層進(jìn)行深度調(diào)驅(qū)；而聚合物微球粒徑較小時(shí)，則達(dá)不到良好的封堵效果。蒲萬(wàn)芬等[43]在對(duì)聚合物微球的粒徑與孔喉尺寸匹配性的研究中，建議使用與巖心壓汞法對(duì)應(yīng)的匹配系數(shù)對(duì)聚合物粒徑進(jìn)行優(yōu)選，可使孔喉與聚合物微球匹配度更高。

傳統(tǒng)聚合物(如HPAM)驅(qū)油在地下受地層礦化度、溫度、酸堿度以及油藏剪切等因素影響較大，導(dǎo)致傳統(tǒng)聚合物在致密的砂巖地層、具有較高地層水礦化度的油藏、孔喉狹小的油藏等環(huán)境中適應(yīng)性變差，而聚合物納米微球驅(qū)油近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)。大量研究表明，聚合物納米微球在改性后耐溫耐鹽性能得到大幅提升；納米聚合物微球尺寸小且可調(diào)整，可滿足致密儲(chǔ)層“進(jìn)得去”的要求；在聚合物架橋及吸附的作用下，聚合物納米微球可實(shí)現(xiàn)“堵得住”的要求，緩解水驅(qū)后水竄的問(wèn)題。聚合物納米微球可顯著提升原油EOR(表3)[38-40]，在各大油田均有應(yīng)用，但應(yīng)用范圍并不廣泛。這可能是由于聚合物微球粒徑尺寸與油藏孔喉間的匹配度難以精確控制，且制備高性能的產(chǎn)品成本較高等原因限制了其發(fā)展。

表3 聚合物納米微球驅(qū)油體系及其驅(qū)油效果

6 納米石墨烯(nanographene)

納米石墨烯是以天然石墨為原材料制備的新型碳質(zhì)納米材料。其在改性后可降低油水界面張力，改善巖石表面潤(rùn)濕性，且在高溫(如120 ℃)以及中性、堿性環(huán)境中均展現(xiàn)出穩(wěn)定的增產(chǎn)性能[44, 45]。

Radnia等[46]通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備出納米多孔石墨烯(NPG)后，采用4-磺基苯重氮鹽與氯磺酸對(duì)NPG進(jìn)行改性，將更多的磺酸基團(tuán)引入官能化的石墨烯中，制得了磺化石墨烯(G-DS-Su)，結(jié)構(gòu)式如圖6所示。對(duì)其性能研究表明，0.5 mg/mL的G-DS-Su懸浮液可使油水之間的界面張力降低約12%。在驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，僅0.5 mg/mL的G-DS-Su懸浮液即可使原油EOR提高16%。這可能是由于G-DS-Su薄片的官能團(tuán)和巖石之間形成π鍵吸附，以及在油/水/巖石的界面處形成楔形膜，改善了巖石表面(如砂巖、碳酸鹽等)的潤(rùn)濕性，進(jìn)而使原油EOR得以提升。

圖6 G-DS-Su分子結(jié)構(gòu)圖[46]Fig.6 Molecular structure of G-DS-Su[46]

Luo等[47]通過(guò)烷基胺改變氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的兩親性，制備了兩親性GO納米片。研究結(jié)果表明，單獨(dú)使用鹽水驅(qū)油的回收率在5%以下，而在較低濃度下(0.01%)，該納米片分散在鹽水中的納米流體可使原油EOR提升15.2%，該兩親性納米片以較低的劑量便可使驅(qū)油效果提升3倍以上。這是由于該兩親性納米片可在油水界面處聚集形成粘彈性高且界面張力較低的薄膜，增強(qiáng)了原油的流動(dòng)。

Tajik等[48, 49]通過(guò)化學(xué)氣相沉積技術(shù)將SiO2凝膠粉末覆蓋在石墨烯(GR)表面，之后采用硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)蒸汽對(duì)二氧化硅-石墨烯復(fù)合物官能化，最終研制出官能性二氧化硅-石墨烯納米復(fù)合體(圖7)。研究表明，該納米復(fù)合體可使油水界面張力降低60%以上。這可能是由于嵌入在納米顆粒結(jié)構(gòu)外殼上的含氧官能團(tuán)的增加引起的。并且當(dāng)該二氧化硅-石墨烯納米復(fù)合體分散在NaCl等鹽溶液中，水相中帶正電的鈉離子可與其帶負(fù)電的含氧官能團(tuán)之間形成靜電相互作用，增加雙電層的厚度，從而加強(qiáng)分散體系的穩(wěn)定性。該官能化二氧化硅-石墨烯納米復(fù)合物理論上可提高原油EOR，但應(yīng)用效果仍需進(jìn)一步研究。

圖7 官能化二氧化硅-石墨烯納米復(fù)合物分子結(jié)構(gòu)圖[48]Fig.7 Molecular structure of functionalized silica-graphene nanocomposites[48]

納米石墨烯作為一種新興的納米材料，在石油領(lǐng)域已被證實(shí)有助于提高原油EOR(表4)[46-48]。改性后納米石墨烯可吸附在油水界面，形成一層具有彈性的界面膜，使油水界面張力降低，在流體流動(dòng)的作用下達(dá)到驅(qū)油的作用。但目前將納米石墨烯用于驅(qū)油的研究有限，仍缺乏相關(guān)的機(jī)理研究。這可能是由于納米石墨烯的成本較高，研發(fā)難度較大，限制了其發(fā)展，但納米石墨烯在提高原油EOR領(lǐng)域具有良好的前景。

表4 納米石墨烯驅(qū)油體系及其驅(qū)油效果

7 結(jié) 語(yǔ)

研發(fā)新型納米材料，探究納米材料的改性方法以及其作用機(jī)理，對(duì)世界石油能源領(lǐng)域具有重要意義。針對(duì)納米材料在提高油田原油采收率(EOR)中的研究，未來(lái)可圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行：① 納米SiO2、納米TiO2具有較高的表面能，較高用量時(shí)可能導(dǎo)致其發(fā)生團(tuán)聚而堵塞儲(chǔ)層，可通過(guò)引入功能性基團(tuán)(如油酸基團(tuán)等)、構(gòu)造核-殼的分子結(jié)構(gòu)等方式解決上述納米材料團(tuán)聚的問(wèn)題；② 聚合物納米微球與納米纖維素在高溫高鹽條件下可能出現(xiàn)失效的情況，可以通過(guò)改性、增長(zhǎng)分子碳鏈(如引入磺酸基團(tuán)等)等方式增強(qiáng)聚合物納米微球與納米纖維素的耐溫耐鹽性；③ 部分納米材料的改性方法過(guò)于復(fù)雜，且成本較高不利于推廣(如納米SiO2、納米石墨烯等)，因此應(yīng)簡(jiǎn)化改性工藝并控制成本。總之，在提高原油EOR領(lǐng)域，納米材料在保證增產(chǎn)的前提下，應(yīng)朝著穩(wěn)定性高、尺寸小、用量少、無(wú)污染和低成本的方向發(fā)展，納米材料潛力巨大，有望在未來(lái)得到更廣泛的研究和應(yīng)用。