纳米材料在油田化学中的应用.pdf

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P化ETR工OCH羔E纳米材料在油田化学中的应用效应可忽略不计，当颗粒尺寸小于0．1舭时，其彭振1，一，王中华1，何焕杰1，李继定2纳米材料是指晶粒尺寸在0．1—100Ili／1范围内的材料，包括零维纳米材料(纳米颗粒)、一维纳米材料(纳米管、纳米线)、二维纳米材料(纳米薄膜)、纳米固体等。与常规材料相比，由于晶粒尺寸的大大减小，纳米材料具有许多优异的性能。利用纳米材料优异性能，如高的表面活性、降低摩阻、高的比表面积等性能，将纳米材料与油田化学应用技术相结合，进行复杂地层石油天然气的开发，必将对油田化学应用技术的发展起到重大的推动作用。1纳米材料的基本效应纳米材料是由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级(0．1一lOOrim)的固体材料，由于纳米材料的尺度处于微观和宏观物体之间，因而具有不同于常规材料的基本效应。(1)量子尺寸效应。当纳米微粒的尺寸小到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级的现象，以及能级变宽现象，均称为量子尺寸效应。随着纳米材料尺寸的减小，能级间距逐渐增大，当能级间距大于热能、光子能量、静电能以及磁能等的平均能级间距时，就会在熔点、磁学性能、电学性能和光学性能等方面表现出一系列与块体材料截然不同的异常特性。(2)表面效应。纳米材料的表面效应是指纳米材料的表面原子数与总原子数之比随晶粒尺寸的变小而急剧增大，从而引起纳米材料物理化学性质上的变化。纳米材料随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著增加。直径大于0．1¨m的颗粒表面表面原子百分数急剧增长，使这些表面原子具有很高的活性，因此很不稳定，极易与其他原子结合。(3)小尺寸效应。当纳米材料的超细微粒尺寸与光波德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，结果导致磁、光、声、热、电等性能呈现与普通材料不同的新的效应。(4)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应，近年来发现零维颗粒的磁化强度、量子相干器件的磁通量等一些宏观量亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而发生变化。(5)介电限域效应。纳米微粒分散在异质介质中，由于界面引起的体系介电效应增强的现象称为介电限域效应，这种效应主要来源于微粒表面和内部局域场的场强ut2】。上述的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应都是纳米材料的基本特性，它使纳米材料呈现许多奇异的物理化学性质。如果把纳米材料与油田化学应用技术结合起来，将显著加快油田化学应用技术的发展‘3—51。AD精VAN细CES石INM油NEIC展ALS第12卷第7期(1．中国石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院，濮阳457001；2．清华大学化学工程系，北京100084)[摘要】纳米材料由于具有某些特殊性能受到科技界的广泛关注。介绍了纳米材料的基本效应和具有特殊性能的原因。综述了纳米材料在钻井液、调剖堵水、驱油、油气田废水处理中的应用，并分析了应用中存在的问题。对纳米材料在油田化学中应用的发展趋势进行了展望。【关键词】纳米材料钻井液调剖堵水驱油8收稿日期：201l一03-31。作者简介：彭振，博士。主要从事油气田环境保护方面的研究。M一。
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料——种新的流体转向调剖剂。PLS颗粒膨胀nln，客体分子AM+从有效因为纳米材料的相互作用而发生团聚，从而失去米材料的均匀分散问题，而解决均匀分散问题最材料中加入表面活性剂可以使纳米材料稳定，但同时会对其性能造成一定的影响。作用，使钻井液能够很好地护壁。Al—Fe—Mg类气层的良好效果【|】。柯扬船等一1用蒙脱石MMTs单混合体。有研究表明¨¨12】，用溶剂法制备水溶吡咯烷酮(PVP)与MMTs的纳米复合材料，添加该纳米复合材料的钻井液具有耐温、抗盐、降滤失袁丽等u列通过物理和化学方法，成功地制备性能、防塌性能和保护油层性能进行了评价，结果表明，纳米处理剂RL-2与钻井液的配伍性好，具好效果，井壁无坍塌，起下钻畅通，完井电测作业蒲万芬等【141采用插层原位聚合法制备了聚过。该纳米材料作为堵水剂在孤东油田试应用2水量下降11．3％，采出液聚合物含量由944降至36在油藏中流向低渗层，后期注入的纳米聚合物微2纳米材料在油田化学中的应用2．1在钻井液中的应用纳米材料在钻井液中的应用可通过在钻井液中加入纳米材料或纳米复合材料来实现。为解决井壁稳定和防渗漏等钻井问题，提高钻速和缩短钻井周期，在复杂地层和极端环境下，纳米材料与钻井液技术结合将有更好的应用前景。纳米材料如果直接加入到钻井液中，通常会其应有的性能。为了获得纳米材料的特殊性能，如流变、润湿、成膜等高效性能，必须首先解