4渗吸驱油机理

近些年，纳米流体渗吸提高采收率的研究增多，渗吸驱油机理也更丰富，主要表现在润湿反转、降低油水界面张力、乳化原油和结构分离压力4个方面。

4.1润湿反转

当岩石表面为油湿时，根据毛管力公式，毛管力是渗吸阻力。而纳米流体能通过吸附作用改变岩石表面的湿润性质，促使其从油湿转变为水湿，润湿性的改变导致毛管力的方向发生变化，使毛管力转为渗吸动力。岩石表面越亲水，渗吸动力越强，越有利于渗吸驱油。同时，润湿性的改变导致了油与固体表面的黏附作用降低，渗吸过程中更容易将油滴从岩石表面剥离。

SONG等研究了纳米流体改变岩石润湿性的能力与渗吸采收率之间的关系，发现岩石壁面亲水有利于自发渗吸。BSSB-12溶液可将岩石表面润湿角由40°(油湿)改变为71°(油湿)，如图1a所示;而活性纳米流体可将岩石表面润湿角由42°(油湿)改变为145°(水湿),如图1b所示。BSSB-12表面活性剂改变润湿性的能力较小,因此自发渗吸采收率比活性纳米流体低。DAI等发现表面活性剂中加入纳米颗粒可以大幅提高渗吸驱

4.2降低界面张力

纳米流体在油/水界面的吸附能显著降低体系的界面能和界面张力，其降低界面张力的能力主要源于纳米粒子独特的尺寸特性和表面活性。在低界面张力作用下，油与固体表面之间的黏附功降低，流动性增强。但对渗吸驱油来说，界面张力越低，渗吸动力毛管力就越弱。因此，对于渗吸驱油来说，大幅降低界面张力不可取。

Saien J等探讨了改性后的SiO2纳米颗粒(NPs)与表面活性剂(SDS)协同作用时对界面张力的显著影响，结果如图2所示。与只有SDS相比,NPs/SDS复配体系使界面张力降低更多，界面张力的降低有助于降低黏附功，使原油更容易被采出。刘安邦等通过对不同渗吸驱油体系开展带压渗吸实验，发现表面活性剂复配体系降低界面张力能力最强(如图2c所示),但渗吸驱油效果却弱于纳米SiO渗吸驱油剂(如图2d所示)，说明对于渗吸驱油来说，界面张力不是越低越好。而是存在1个中间值或范围，使得界面张力既能满足渗吸驱油动力，又能降低黏附功，从而提高渗吸驱油采收率。

4.3乳化原油

改性后纳米颗粒或是纳米乳液中的表面活性剂具有两亲性，可以吸附在油水界面上，将原油乳化，吸附在岩石表面的原油被乳化为乳状液滴，进一步增溶原油，从而使得纳米流体更容易将岩石表面原油剥离。同时乳化的油在运移过程中不易聚集复合，大大减弱了Jamin效应，降低了渗吸驱油过程中的流动阻力，显著提高了原油流动能力。

QU等为了提高致密油储层渗吸采油效率，研制了1种新型低相纳米乳液(LWPNE)。通过实验发现，纳米乳液的乳化增溶作用是提高渗吸采收率的主要机制，如图3所示。原油在LWPNE作用下从固体表面剥离形成分散油滴。随着分散油滴与LWPNE的进一步接触,分散油滴逐渐被包裹和溶解，使得原油更容易被驱出。YIN等以自乳化法制备了水包油型纳米乳液体系,通过研究明确了纳米乳液渗吸增产作用机理。一方面纳米乳液可以通过吸附作用改变岩石壁面润湿性，另一方面乳化增溶作用将大尺寸油滴分散成小尺寸，降低原油的渗吸阻力，从而增强渗吸效果。

4.4结构分离压力

结构分离压力是纳米流体渗吸驱油的主要作用机理。纳米颗粒在布朗运动、静电力以及范德华力等综合作用下，可以在油/纳米流体/岩石三相接触区域自组装形成1个楔形结构，这种楔形结构会产生1种推动力，称为结构分离压力。楔形纳米流体薄膜前进的同时推动油滴向前，可将油滴从岩石表面剥离下来，大幅度提升纳米流体渗吸排油的效果。

WasanD等提出的“结构分离压”理论，解释了纳米流体在油-固界面时这种压力作用将油膜或油滴从岩石表面分离的过程。通过进一步的研究发现，这种结构分离压力的大小和速度受到纳米颗粒浓度和液滴体积的影响。ZHAO等以非离子表面活性剂(TX-100)作为分散剂和增效剂，将SiO2纳米颗粒分散在水中形成SiO2纳米流体(如图4a所示),并对SiO2纳米流体剥离固体表面油滴的能力进行了探究。SiO2纳米流体和表面活性剂(TX-100)均具有将油滴从岩石表面脱离的能力。与表面活性剂(TX-100)相比,当添加SiO2纳米颗粒时，纳米流体可以在油/固体/纳米流体三相接触区形成薄膜从而产生结构分离压，将油滴从岩石表面剥离。由于表面活性剂天然剥离油滴的能力和SiO2纳米颗粒的结构分离压力机理(如图4b所示),SiO2纳米流体具有优秀的渗吸提高采收率能力。

图4纳米流体结构分离压机理

5纳米渗吸驱油剂发展前景

目前，纳米渗吸驱油剂在低渗透油藏提高原油采收率上展现出巨大的潜力。研究认为，纳米渗吸驱油剂的发展可围绕以下几点展开。

1)降低成本。虽然对纳米颗粒增强渗吸驱油性能的研究已取得若干进展，但成本问题仍是1个巨大的挑战。这主要是因为一方面材料成本高，另一方面为了提高纳米材料性能，会对其进行改性和复配，进而导致极成本增加。因此，迫切需要加速研发高效低成本纳米材料，简化生产流程，减少生产过程中的能源和材料消耗，以期实现其在实际应用中的大规模试用与推广。

2)绿色环保。由于纳米材料的合成过程中涉及到各种危险且有害的化学物质，对人类和环境不友好。因此，开发对环境友好的纳米材料，如利用生物降解材料或者从天然资源中提取的纳米材料，将成为未来1个重要的研究方向。

3)多功能性。目前，现有的纳米渗吸驱油剂大多只能解决单一问题，限制了纳米渗吸驱油剂的应用范围,以及其在提高渗吸驱油效率上的应用潜力。因此，需要开展更深入的研究，开发出适用范围广和渗吸驱油效率高的纳米渗吸剂。

4)深化机理。原油储存在储层岩石的孔隙和裂缝中，低渗透储层结构极复杂，非均质性强，纳米渗吸剂在改善低渗透极油藏采收率方面的机理还需要进一步的研究和理解。因此，未来的研究将致力于揭示纳米材料在复杂储层中的作用机制，并基于此建立更为精确的渗吸驱油模型。

6结语

该研究论述了3种不同类型纳米渗吸驱油剂提高采收率的研究进展及作用机理，认为这3类纳米渗吸驱油剂凭借其特殊结构和不同功能，在渗吸驱油提高石油采收率方面具备很大的潜力。为了实现低渗透油藏的高效开发，纳米流体渗吸采油技术主要通过降低油水界面张力、改变储层岩石的湿润性、乳化原油以及采用结构分离压力等4项机理来实现渗吸驱油的作用。未来纳米渗吸驱油剂需要聚焦低成本、绿色环保及多功能等极方向，实现纳米渗吸驱油剂的创新发展。纳米渗吸驱油剂作为一种新兴的油田开发技术，具有巨大的发展潜力和应用前景。