纳米驱油可有效提高采收率
  • 来源:科普时报
  • 作者:田鹏
  • 2021-02-27 15:04

图为纳米驱油剂驱油机理示意图


近年来,“纳米”一词已越来越多地进入到公众的视野中,但纳米技术在生活中的运用仍被披着一层神秘的面纱,给人一种“高大上”的感觉。

谈到纳米技术首先要从“纳米”说起。纳米又称毫微米,1纳米等于10-9米,可以想象纳米是多么微观了吧!

虽然纳米概念是科学家创造出来的术语,但纳米现象其实早就存在于自然界中。在夏天,我们经常可以看到荷叶上挂着许多小水滴,水却不会打湿荷叶,这是荷叶表面有着非常复杂的纳米超微结构,在荷叶表面布满了一个挨着一个的小“山包”,小“山包”之间的凹陷部分可有效地吸附游离空气,从而使荷叶的表面形成一层薄薄的空气层,将水隔绝开来。

21世纪以来,纳米技术已逐渐应用于各个行业中,在方方面面改变着人们的生活,在油气勘探开发领域也成为“新贵”,有望引发产业变革。

我国油气资源需求量持续增加且对外依存度逐年增高,使得国家能源安全形势更加严峻。随着油气勘探不断深入,未来油气资源的潜力主要集中在在低、特低、超低渗油藏。由于目前全球没有成熟的低渗油藏提高采收率技术,因此如何把低渗透油藏常规水驱无法驱替的纳、微米孔隙中的原油有效驱替出来,亟需开发新的颠覆性技术。纳米技术的兴起,为进一步提高低渗油藏采收率带来了曙光。实际上,纳米代表的并不仅仅是一种尺寸,更重要的是体现纳米级材料性能的功能巨大突变与智能特性。对纳米材料进行创新性的分子设计与改性研究,赋予纳米材料特殊功能与智能特性,制成纳米智能驱油剂,从而最终实现提高采收率的目标。基于此,中国工程院院士、油气田开发工程专家袁士义创新提出了纳米智能驱油的战略思想,指出纳米智能驱油剂必须具备三大特性和功能:实现全油藏波及,使纳米智能驱油剂可以达到油藏的任意角落;实现智能找油,遇水就跑,遇油亲合,赋予纳米智能驱油剂自驱动力;实现残存油全驱替,纳米智能驱油剂可以捕集、拱大分散油,形成油墙。

那么,纳米驱油剂是如何发挥作用,使困难油藏“束手就擒”的呢?一般来说,纳米驱油剂注入地层之后主要通过降低油水界面张力、改变岩石润湿性、堵塞大孔道,以及预防沥青质沉积等作用来提高采收率。

降低界面张力则是提高采收率的常见手段。纳米颗粒对水相中水分子的吸引力,大于表面上水分子对内部水分子的吸引力,使得表面不平衡受力减小,最终降低界面张力,并能够有效稳定乳状液。储层岩石一般会被原油牢牢吸附,改变岩石润湿性也是提高采收率的重要手段之一。纳米颗粒在与油相接触时可以形成自组装的楔形膜,起到将油滴从岩石表面分离出来的作用。由于特殊的油藏条件,一些提高采收率的技术可能会使沥青质大量沉积,从而导致润湿性改变、渗透率降低等严重后果。当纳米颗粒接触到沥青质时,会因为偶极相互作用、电荷转移作用和氢键作用等的存在而自发吸附沥青质,从而使沥青质无法发生自缔合和聚集,难以沉积。

由于原材料、成本和产率方面还受局限,目前对智能纳米化学驱油剂的研究尚处于起步阶段,未来有望成为低渗透油田开发的新利器。

(作者系中国科协培训和人才服务中心工程师)

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