西南石油大学聚合物纳米流体在原油

　　研究背景
　　石油被誉为工业的血液，是世界上最重要的二次能源之一。EOR 方法通常用于在一次和二次开采后从油藏中回收剩余原油，其性能要求尽可能经济和有效。化学驱包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱、泡沫驱、组合驱等，是进一步提高采收率的主要方法之一。聚合物驱增加注油器黏度，降低水油相流度比，提高体积波及效率，从而提高驱油效率。表面活性剂驱通过降低油水IFT和改变岩石润湿性来提高采收率传统的EOR技术由于油藏环境恶劣和复杂而受到石油勘探开发的限制。各种纳米材料的成功开发和纳米技术的兴起已成为提高油田不同采收工艺性能的替代方法。在聚合物溶液中添加纳米粒子可以改变流体的流变特性，改变储层岩石的润湿性，降低界面张力，提高流体流动性，这在油田应用中具有重要意义。纳米颗粒 (NPs) 目前正用于石油勘探和生产的不同领域，例如钻井、测井、储层管理和提高采收率 (EOR)。由 NPs 制备的纳米流体由于在改变界面性质和改善流变行为方面具有出色的性能，已被用作 EOR 的新型驱油剂。纳米流体的性质随纳米流体的结构而变化。尽管如此，以前的大多数研究都集中在一种特定类型的纳米流体上，但文献中很少报道或比较各种聚合物纳米流体在恶劣和具有挑战性的储层条件下的界面特性及其流动行为。
　　基于上述问题，西南石油大学邹长军教授课题组以＂The comparison of interface properties on crude oil-water and rheological behavior of four polymeric nanofluids (nano-SiO2, nano-CaO, GO and CNT) in carbonates for enhanced oil recovery＂为题在国际期刊《Journal of Petroleum Science and Engineering》（IF=4.346）上发表研究性文章。
　　研究内容
　　在这项研究中，作者通过将纳米二氧化硅 (nano-SiO2)、纳米 CaO、羧基官能化氧化石墨烯 (GO) 和氨基改性碳纳米管 (CNT) 与部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM) 混合制备的四种聚合物纳米流体进行了表征。XRD、FT-IR、UV-Vis 和 SEM 确认材料制备成功。然后，还对这些聚合物纳米流体的方解石表面的胶体稳定性、界面张力（IFT）降低、流变行为和润湿性进行了比较研究。CNT-NH2/HPAM纳米流体的实验结果表明，BS和ΔBS曲线重叠度高，油/盐水IFT从35.84 mN/m降低到18.11 mN/m，方解石表面接触角从139.69°降低到47.985°，表明纳米流体具有胶体稳定性，既能有效降低IFT，又能有效改变润湿性。此外，SiO2 和 CNT NPs 的添加显着增强了网络结构，并表现出优异的聚合物溶液流变行为和改善的粘弹性。最后，CNT-NH2/HPAM纳米流体在岩心驱实验中将额外采收率从13.8%提高到21.6%，并详细解释了驱油机理。因此，本研究的结果有助于更好地了解 NPs 对聚合物纳米流体的影响，并为未来研究 EOR 在碳酸盐储层中的应用奠定基础。
　　研究结果
　　图1. (A) AM-SA-C18DMAAC 的合成；(B) 高分子纳米流体示意图；(C) 制备的聚合物纳米流体的照片。
　　图2. (A) 合成聚合物 AM-SA-C18DMAAC 的 FT-IR 光谱；(B) 四种纳米粒子的 XRD 谱；(C) AM-SA-C18DMAAC 聚合物溶液和四种聚合物纳米流体 (200–1100 nm) 的紫外-可见吸收光谱；(D) 紫外-可见吸收光谱 (200-500 nm)。
　　图3. (a1, a2) 纳米流体 A, (b1, b2) 纳米流体 B, (c1, c2) 纳米流体 C, (d1, d2) 纳米流体 D 和 (e1, e2) AM-SA-C18DMAAC 溶液的 SEM 照片。
　　图4. BS和水溶液的ΔBS：(a1, b1) HPAM聚合物溶液；(a2, b2) 纳米流体 A；(a3, b3) 纳米流体 B；(a4, b4) 纳米流体 C；(a5, b5) 纳米流体 D。
　　图5. 聚合物溶液和纳米流体在 30°C 下 2 小时的 TSI 曲线。
　　图6. (A) 油水相在不同分散液中的 IFT；(B) 不同碳纳米管浓度的纳米流体 D 的 IFT。
　　图7. (A) HPAM 浓度对表观粘度的影响；(B)聚合物溶液和聚合物纳米流体14天的粘度变化；(C) 温度对表观粘度的影响。
　　图8. HPAM 聚合物溶液和混合聚合物纳米流体的剪切粘度。
　　图9. (A) 各种聚合物纳米流体的 G＂；(B) 各种聚合物纳米流体的 G＂＂。在这两种情况下，模量都在 0.1 到 25.0 Pa 的应力范围内进行筛选。
　　图10. 聚合物纳米流体在 1.0 Hz 和 2.0 Pa 下的 G′ 和 G′′ 模量结果：(A) G′ ; (B) G＂＂。
　　图11. 聚合物溶液和纳米流体的采油。
　　图12. 岩石从油润湿到水润湿的润湿性变化。
　　图13. 纳米颗粒在油水界面吸附形成的稳定乳液。
　　文章链接
　　https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110458
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