综述：基于咪唑鎓离子液体的化学增强采油技术的最新进展：综述

《The Chemical Record》：Recent Advances in the Utilization of Imidazolium-Based Ionic Liquids for Chemical-Enhanced Oil Recovery: A Comprehensive Review

提高石油采收率（EOR）中离子液体（ILs）的应用研究。摘要：离子液体，尤其是咪唑啉ium基ILs，因其低挥发性、高热稳定性及可调表面活性，成为EOR的有效替代品。研究显示，长链咪唑啉ium ILs（如[C16mim][Br]）可显著降低油水界面张力（达99.8%），改善岩石润湿性（接触角降至84.3°），并有效分散沥青质（沉积减少48.54μm）。尽管初期成本较高，但ILs的重复利用（回收率>95%）和环保优势（如生物降解性）使其经济性提升，尤其在高盐（>100000ppm）及高温（>100°C）条件更具竞争力。未来方向包括AI辅助分子设计、混合IL体系开发及大规模现场试验

　　随着全球能源需求的不断上升，传统石油开采方法的效率逐渐下降，这促使了对先进的提高采收率（EOR）技术的迫切需求。化学EOR技术在提高石油采收率方面表现突出，但传统的表面活性剂存在诸如高保留性、热稳定性差以及在高盐度环境中的表现不佳等局限性。作为潜在替代品，咪唑??离子液体（ILs）因其优异的热稳定性、可调节的界面特性以及可回收性，展现出显著的前景。本文综述了咪唑??基离子液体在EOR中的应用，重点评估了其在降低界面张力（IFT）、改变岩石润湿性、稳定乳化、控制粘度以及与原油相互作用方面的性能，同时探讨了其经济可行性和环境可持续性。尽管初始成本较高，但其在合成方面的进步、较低的使用量、可重复利用性以及减少生态影响等优势，使其在长期应用中更具竞争力。

### EOR技术的必要性

全球能源需求的增长和传统采油技术的局限性凸显了EOR技术的必要性。初级采油通常依赖于地层的自然压力，而次级采油方法如水驱和气驱仅能提取约20%-30%的原始油藏。为了提高原油采收率，EOR技术应运而生，能够在改变地层特性的同时，使原油更易于开采。目前，全球约2%的原油产量依赖于EOR技术，而某些国家如土耳其则达到了15%的水平。在北美等地区，EOR投资已显著提高了已知石油储量，表明EOR技术在提升采油效率方面具有重要价值。然而，EOR技术仍面临高运营成本、可扩展性问题以及环境影响等挑战，尤其是在纳米颗粒增强EOR等新兴方法中，这些挑战尤为突出。因此，探索更高效、环保且经济可行的EOR材料显得尤为重要。

### 咪唑??基离子液体的优势

咪唑??基离子液体因其独特的结构和化学性质，成为EOR领域的研究热点。它们是由咪唑??阳离子和无机或有机阴离子组成的有机盐，通常在100°C以下呈液态。与传统表面活性剂不同，咪唑??基离子液体的结构更为复杂，能够通过调整阳离子/阴离子组合来实现性能的定制化。这种高度可调的特性使其在EOR应用中表现出色，例如通过降低界面张力和改变润湿性，显著提高原油采收率。此外，咪唑??基离子液体具有较低的临界胶束浓度（CMC），意味着在较低的浓度下即可实现高效性能，从而减少化学成本。例如，[C16mim][Br]等长链咪唑??基离子液体能够实现超过99.8%的界面张力降低，同时改善岩石润湿性和分散沥青质，这对提高原油流动性至关重要。

### 环境与经济考量

在环境和经济层面，咪唑??基离子液体展现出了潜在的优势。它们的非挥发性减少了挥发性有机化合物（VOCs）的排放，且在高温下表现出优异的稳定性，降低了对环境的负面影响。然而，它们的环境影响需要在具体情况下评估，包括合成过程、毒性和环境命运。例如，短链咪唑??基离子液体可能对微生物和植物产生毒性，而长链咪唑??基离子液体通过引入氧官能团可提高生物降解性和降低毒性。此外，某些咪唑??基离子液体可以通过离子交换树脂从产出水中回收，回收率可达95%，这有助于减少环境负担并提高经济可行性。

### ILs的回收与再利用

离子液体的可回收性是其经济性和环境可持续性的重要方面。研究显示，某些ILs可以在多次循环中保持其性能，例如[C12mim][Cl]和[C16mim][Br]等咪唑??基离子液体。此外，ILs的回收技术包括真空蒸馏、离子交换吸附等。这些技术的优化不仅有助于降低回收成本，还能够减少环境影响。例如，Sakthivel等人通过真空蒸馏实现了高回收率，而Khoo等人则利用离子交换树脂实现了高效的IL回收。随着技术的进步，这些回收方法的经济性和可扩展性将进一步提升。

### ILs与原油的相互作用

咪唑??基离子液体在原油采收中的作用不仅限于界面张力的降低，还包括与原油成分的复杂相互作用。例如，它们能够通过π-π*相互作用分散沥青质，减少其在地层中的聚集，从而提高原油流动性。此外，ILs还能通过氢键作用与原油中的极性化合物相互作用，提高其溶解性。在高盐度和高温条件下，咪唑??基离子液体表现出良好的稳定性，能够有效改善原油的流动性和处理性能。例如，在中国和伊朗的实验中，[C12mim][Cl]和[C16mim][Br]等ILs能够显著降低原油粘度，并在高盐度地层中实现高效的原油采收。

### 油田应用中的挑战与机遇

尽管咪唑??基离子液体在实验室条件下表现出优异的性能，但在实际油田应用中仍面临诸多挑战。例如，高盐度和高温环境下的稳定性、ILs在地层中的吸附行为、以及其在复杂地层中的适应性等。然而，这些挑战也为研究提供了新的方向。例如，通过引入刺激响应性功能基团，如光响应性基团，可以实现ILs的远程回收，从而减少化学添加剂的使用。此外，结合纳米颗粒、聚合物或二氧化碳驱油技术，可以进一步提高ILs在油田中的应用效果。

### 未来发展方向

未来的EOR研究应关注咪唑??基离子液体的分子结构优化、稳定性提升以及经济可行性增强。通过调整阳离子链长和阴离子类型，可以提高ILs在不同盐度和温度条件下的适应性。此外，结合先进的模拟技术如分子动力学（MD）和人工智能（AI）驱动的预测模型，可以加速ILs的筛选和定制，使其更适合特定的油田条件。这些技术的结合将有助于开发更高效、环保且经济的EOR化学剂，从而推动EOR技术在复杂地层中的应用。

### 结论

咪唑??基离子液体在EOR中的应用展现出显著的潜力。它们在降低界面张力、改变润湿性、稳定乳化、控制粘度以及减少吸附损失方面表现优异，尤其在高盐度和高温地层中具有优势。随着合成技术的进步和回收方法的优化，它们的经济性和环境友好性将不断提升。未来的研究应致力于开发更高效的ILs配方，并探索其在不同地层条件下的应用，以实现更广泛的商业化和可持续发展。