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精细石油化工进展
第12卷第7期
ADVANCESINRNEPETROCHEMICA巧

纳米材料在油田化学中的应用

彭振,,2,王中华,何焕杰,,李继定,
(1.中国石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院,淮阳457加1;2.清华大学化学工程系,北京1XX)84)

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

纳米材料是指晶粒尺寸在0.1一lolun范围表面积将会显著增大,说明表面原子所占的百分
内的材料,包括零维纳米材料(纳米颗粒)一维数将会显著增加直径大于0.1叩的颗粒表面
纳米材料(纳米管纳米线)二维纳米材料(纳米效应可忽略不计,当颗粒尺寸小于0.1林m时,其
薄膜)纳米固体等与常规材料相比,由于晶粒表面原子百分数急剧增长,使这些表面原子具有
尺寸的大大减小,纳米材料具有许多优异的性能很高的活性,因此很不稳定,极易与其他原子
利用纳米材料优异性能,如高的表面活性降低摩结合
阻高的比表面积等性能,将纳米材料与油田化学(3)小尺寸效应当纳米材料的超细微粒尺
应用技术相结合,进行复杂地层石油天然气的开寸与光波德布罗意波长以及超导态的相干长度或
发,必将对油田化学应用技术的发展起到重大的透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周
推动作用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
1纳米材料的基本效应
(4)宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿
纳米材料是由极细晶粒组成,特征维度尺寸
势垒的能力称为隧道效应,近年来发现零维颗粒
在纳米量级(0.1一lolun)的固体材料,由于纳
的磁化强度量子相干器件的磁通量等一些宏观
米材料的尺度处于微观和宏观物体之间,因而具
量亦具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势
有不同于常规材料的基本效应垒而发生变化
(l)量子尺寸效应当纳米微粒的尺寸小到
(5)介电限域效应纳米微粒分散在异质介
某一值时金属费米能级附近的电子能级由准连
,质中,由于界面引起的体系介电效应增强的现象
续变为离散能级的现象纳米半导体微粒存在不
,称为介电限域效应,这种效应主要来源于微粒表
连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分
面和内部局域场的场强,z]
子轨道能级的现象,以及能级变宽现象,均称为量上述的量子尺寸效应表面效应小尺寸效
子尺寸效应随着纳米材料尺寸的减小,能级间应宏观量子隧道效应介电限域效应都是纳米材
距逐渐增大,当能级间距大于热能光子能量静料的基本特性,它使纳米材料呈现许多奇异的物
电能以及磁能等的平均能级间距时,就会在熔点理化学性质如果把纳米材料与油田化学应用技
磁学性能电学性能和光学性能等方面表现出一术结合起来,将显著加快油田化学应用技术的发
系列与块体材料截然不同的异常特性展[一,
(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收稿日期:2011一03一31
作者简介:彭振,博士,主要从事油气田环境保护方面的
性质上的变化纳米材料随着颗粒直径变小,比研究
2011年7月彭振等.纳米材料在油田化学中的应用

2纳米材料在油田化学中的应用顺利,油气产量高,该钻井液适用于水平井大位
2.1在钻井液中的应用移井深井及探井的钻井施工
纳米材料在钻井液中的应用可通过在钻井液纳米材料具有的极高表面能,因而具有高的
中加入纳米材料或纳米复合材料来实现为解决表面活性和易团聚性因此,在使用过程中,分散
井壁稳定和防渗漏等钻井问题,提高钻速和缩短并保持其纳米尺度是关键
钻井周期,在复杂地层和极端环境下,纳米材料与2.2在调剖堵水中的应用
钻井液技术结合将有更好的应用前景油气井出水问题在采油过程中普遍存在,需
纳米材料如果直接加人到钻井液中,通常会要对油气井实施堵水和调整注水井吸水剖面油
因为纳米材料的相互作用而发生团聚,从而失去气田进人高含水期后,堵水或调剖难度加大,采用
其应有的性能为了获得纳米材料的特殊性能,纳米材料可以满足特殊的应用需求
如流变润湿成膜等高效性能,必须首先解决纳蒲万芬等仁采用插层原位聚合法制备了聚
米材料的均匀分散问题,而解决均匀分散问题最合物/层状硅酸盐复合吸水性凝胶P巧,MMT层
根本还得从纳米材料的界面自由能人手在纳米间距撑开0.6一1.Znl,客体分子AM+AA有效
材料中加人表面活性剂可以使纳米材料稳定,但进人主体