[BMIM][BF?]在乙腈中的超快激发态动力学及瞬态吸收光谱：基于QM/MM方法的轨迹表面跳跃研究

《Journal of Molecular Liquids》：Ultrafast excited-state dynamics and transient absorption spectra of [BMIM][BF?] in acetonitrile: A QM/MM–trajectory surface hopping study

本研究通过分子模拟和实验研究揭示活性纳米颗粒（ANP）驱油微观机制，建立耦合水力滑移效应的宏观流动模型，采用特征线法解析ANP悬浮-吸附-剪切耦合作用，验证其在岩心实验和场尺度模拟中有效降低注水压力并提升采收率。

　　本研究围绕活性纳米颗粒（ANP）驱油技术展开，旨在构建一个能够有效反映微观驱油机制与宏观流动模型之间关系的理论模型。ANP驱油技术近年来在低渗透性储层中受到广泛关注，因其具备调节岩石润湿性和降低水注入阻力的潜力。然而，目前对于ANP驱油过程的微观机制与宏观流动模型之间的联系仍存在不足，这在一定程度上限制了纳米颗粒合成设计和优化的方向。因此，本研究通过分子模拟与实验相结合的方法，揭示了ANP在驱油过程中对水流动性的增强作用，并将其整合到宏观模型中，以更准确地预测注入压力和采收率的变化。

在实验部分，研究人员首先对纳米颗粒的制备和性能进行了详细研究。通过使用无水乙醇作为分散剂，以及六甲基二硅氮烷对二氧化硅纳米颗粒进行疏水性改性，成功制备了具有特定润湿性特征的纳米颗粒。实验还测试了纳米颗粒与岩石表面之间的接触角，以评估其对润湿性的改变效果。此外，进行了低渗透性岩心的驱油实验，观察纳米颗粒注入后对注入压力和采收率的影响。实验结果表明，纳米颗粒的注入能够显著降低注入压力，并在一定程度上提高油的采收率。这些实验不仅为后续的理论模型提供了关键参数，还验证了纳米颗粒在驱油过程中的实际应用价值。

为了进一步探究纳米颗粒在微观层面的作用机制，研究人员采用了分子动力学（MD）模拟技术。通过构建具有不同润湿性的岩石表面模型，模拟了纳米颗粒在孔壁上的吸附行为及其对水流动性的增强效果。MD模拟结果表明，纳米颗粒的吸附能够显著改变水在岩石表面的滑移速度和滑移长度。特别是，在疏水性表面上，纳米颗粒的吸附会增加滑移长度，从而提升水的流动性。而在亲水性表面上，由于纳米颗粒的吸附增强了固液之间的相互作用，反而会降低滑移速度。这一发现表明，纳米颗粒的吸附行为与岩石表面的润湿性密切相关，是影响驱油效率的重要因素之一。

此外，研究还发现滑移长度与润湿性之间的关系呈现出指数特性，这进一步支持了纳米颗粒在驱油过程中对水流动性增强的非线性影响。通过将这一指数关系整合到宏观模型中，研究人员构建了一个能够更准确反映纳米颗粒在驱油过程中作用的理论模型。该模型不仅考虑了纳米颗粒的悬浮、吸附和滞留等物理过程，还通过力平衡分析和特征方法（MOC）对纳米颗粒的浓度分布进行了理论预测。这种结合微观机制与宏观模型的方法，为纳米颗粒驱油技术的优化设计提供了科学依据。

在宏观模型的构建过程中，研究人员采用了一种基于粗糙毛细管束模型的理论框架，分析了纳米颗粒在孔隙中的力平衡状态。通过这种方法，模型能够更准确地预测纳米颗粒在岩石中的吸附浓度变化，并模拟其在驱油过程中的动态行为。同时，研究还结合了分子模拟中得到的滑移长度数据，进一步完善了模型对润湿性改变和滑移增强机制的描述。这种多尺度的整合方法，使得模型在预测纳米颗粒驱油过程中的注入压力和采收率方面具有更高的准确性。

在实际应用方面，研究还进行了大规模的现场模拟，以评估活性水-交替纳米流体（AWA）注入对油藏的采收率影响。通过使用CMG STARS模拟器，构建了一个三维笛卡尔模型，覆盖了50×50×5个网格块，以评估纳米流体在不同地质条件下的驱油效果。模型中考虑了储层的非均质性，包括渗透率从0到35毫达西的范围，以及孔隙度为0.2的储层特性。通过模拟不同注入方案下的压力变化和油产量，研究人员发现AWA注入相比传统水驱方式，能够显著降低注入井的压力，并提高峰值日油产量。这表明，纳米颗粒的引入在实际油田开发中具有重要的应用前景。

综上所述，本研究通过实验与模拟相结合的方法，揭示了纳米颗粒在驱油过程中的作用机制，并构建了一个能够更准确预测纳米流体驱油效果的理论模型。该模型不仅考虑了纳米颗粒的吸附、悬浮和滞留等物理过程，还整合了滑移长度与润湿性之间的指数关系，从而更全面地反映了纳米颗粒在低渗透性储层中的驱油潜力。研究结果表明，纳米颗粒的注入能够在降低注入压力的同时提高油的采收率，特别是在疏水性表面上，纳米颗粒的吸附对水流动性的增强效果尤为显著。这一发现为纳米颗粒驱油技术的优化设计和实际应用提供了重要的理论支持和实践指导。