4滲吸驅油機理

近些年，納米流體滲吸提高采收率的研究增多，滲吸驅油機理也更豐富，主要表現在潤濕反轉、降低油水界麵張力、乳化原油和結構分離壓力4個方麵。

4.1潤濕反轉

當岩石表麵為油濕時，根據毛管力公式，毛管力是滲吸阻力。而納米流體能通過吸附作用改變岩石表麵的濕潤性質，促使其從油濕轉變為水濕，潤濕性的改變導致毛管力的方向發生變化，使毛管力轉為滲吸動力。岩石表麵越親水，滲吸動力越強，越有利於滲吸驅油。同時，潤濕性的改變導致了油與固體表麵的黏附作用降低，滲吸過程中更容易將油滴從岩石表麵剝離。

SONG等研究了納米流體改變岩石潤濕性的能力與滲吸采收率之間的關係，發現岩石壁麵親水有利於自發滲吸。BSSB-12溶液可將岩石表麵潤濕角由40°(油濕)改變為71°(油濕)，如圖1a所示;而活性納米流體可將岩石表麵潤濕角由42°(油濕)改變為145°(水濕),如圖1b所示。BSSB-12表麵活性劑改變潤濕性的能力較小,因此自發滲吸采收率比活性納米流體低。DAI等發現表麵活性劑中加入納米顆粒可以大幅提高滲吸驅

4.2降低界麵張力

納米流體在油/水界麵的吸附能顯著降低體係的界麵能和界麵張力，其降低界麵張力的能力主要源於納米粒子獨特的尺寸特性和表麵活性。在低界麵張力作用下，油與固體表麵之間的黏附功降低，流動性增強。但對滲吸驅油來說，界麵張力越低，滲吸動力毛管力就越弱。因此，對於滲吸驅油來說，大幅降低界麵張力不可取。

Saien J等探討了改性後的SiO2納米顆粒(NPs)與表麵活性劑(SDS)協同作用時對界麵張力的顯著影響，結果如圖2所示。與隻有SDS相比,NPs/SDS複配體係使界麵張力降低更多，界麵張力的降低有助於降低黏附功，使原油更容易被采出。劉安邦等通過對不同滲吸驅油體係開展帶壓滲吸實驗，發現表麵活性劑複配體係降低界麵張力能力最強(如圖2c所示),但滲吸驅油效果卻弱於納米SiO滲吸驅油劑(如圖2d所示)，說明對於滲吸驅油來說，界麵張力不是越低越好。而是存在1個中間值或範圍，使得界麵張力既能滿足滲吸驅油動力，又能降低黏附功，從而提高滲吸驅油采收率。

4.3乳化原油

改性後納米顆粒或是納米乳液中的表麵活性劑具有兩親性，可以吸附在油水界麵上，將原油乳化，吸附在岩石表麵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岩石表麵原油剝離。同時乳化的油在運移過程中不易聚集複合，大大減弱了Jamin效應，降低了滲吸驅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，研製了1種新型低相納米乳液(LWPNE)。通過實驗發現，納米乳液的乳化增溶作用是提高滲吸采收率的主要機製，如圖3所示。原油在LWPNE作用下從固體表麵剝離形成分散油滴。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出。YIN等以自乳化法製備了水包油型納米乳液體係,通過研究明確了納米乳液滲吸增產作用機理。一方麵納米乳液可以通過吸附作用改變岩石壁麵潤濕性，另一方麵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結構分離壓力

結構分離壓力是納米流體滲吸驅油的主要作用機理。納米顆粒在布朗運動、靜電力以及範德華力等綜合作用下，可以在油/納米流體/岩石三相接觸區域自組裝形成1個楔形結構，這種楔形結構會產生1種推動力，稱為結構分離壓力。楔形納米流體薄膜前進的同時推動油滴向前，可將油滴從岩石表麵剝離下來，大幅度提升納米流體滲吸排油的效果。

WasanD等提出的“結構分離壓”理論，解釋了納米流體在油-固界麵時這種壓力作用將油膜或油滴從岩石表麵分離的過程。通過進一步的研究發現，這種結構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等以非離子表麵活性劑(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),並對SiO2納米流體剝離固體表麵油滴的能力進行了探究。SiO2納米流體和表麵活性劑(TX-100)均具有將油滴從岩石表麵脫離的能力。與表麵活性劑(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形成薄膜從而產生結構分離壓，將油滴從岩石表麵剝離。由於表麵活性劑天然剝離油滴的能力和SiO2納米顆粒的結構分離壓力機理(如圖4b所示),SiO2納米流體具有優秀的滲吸提高采收率能力。

圖4納米流體結構分離壓機理

5納米滲吸驅油劑發展前景

目前，納米滲吸驅油劑在低滲透油藏提高原油采收率上展現出巨大的潛力。研究認為，納米滲吸驅油劑的發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油性能的研究已取得若幹進展，但成本問題仍是1個巨大的挑戰。這主要是因為一方麵材料成本高，另一方麵為了提高納米材料性能，會對其進行改性和複配，進而導致極成本增加。因此，迫切需要加速研發高效低成本納米材料，簡化生產流程，減少生產過程中的能源和材料消耗，以期實現其在實際應用中的大規模試用與推廣。

2)綠色環保。由於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，對人類和環境不友好。因此，開發對環境友好的納米材料，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，現有的納米滲吸驅油劑大多隻能解決單一問題，限製了納米滲吸驅油劑的應用範圍,以及其在提高滲吸驅油效率上的應用潛力。因此，需要開展更深入的研究，開發出適用範圍廣和滲吸驅油效率高的納米滲吸劑。

4)深化機理。原油儲存在儲層岩石的孔隙和裂縫中，低滲透儲層結構極複雜，非均質性強，納米滲吸劑在改善低滲透極油藏采收率方麵的機理還需要進一步的研究和理解。因此，未來的研究將致力於揭示納米材料在複雜儲層中的作用機製，並基於此建立更為精確的滲吸驅油模型。

6結語

該研究論述了3種不同類型納米滲吸驅油劑提高采收率的研究進展及作用機理，認為這3類納米滲吸驅油劑憑借其特殊結構和不同功能，在滲吸驅油提高石油采收率方麵具備很大的潛力。為了實現低滲透油藏的高效開發，納米流體滲吸采油技術主要通過降低油水界麵張力、改變儲層岩石的濕潤性、乳化原油以及采用結構分離壓力等4項機理來實現滲吸驅油的作用。未來納米滲吸驅油劑需要聚焦低成本、綠色環保及多功能等極方向，實現納米滲吸驅油劑的創新發展。納米滲吸驅油劑作為一種新興的油田開發技術，具有巨大的發展潛力和應用前景。