用于在盐水和极端温度条件下进行石油运移的两亲性二氧化钛纳米胶体

《ACS Applied Nano Materials》：Amphiphilic Titania Nanocolloids for Oil Mobilization in Saline and Thermal Extremes

针对三次采油中纳米流体高温高盐环境稳定性差的问题，本研究通过非离子表面活性剂修饰合成Janus纳米颗粒（JNPs），证实其具备优异的盐度和钙离子耐受性，可将油水界面张力降低至0.005 wt%浓度下的显著水平，并有效实现油湿岩面到水湿的润湿转变，在碳酸盐岩芯模型中取得最高92.5%原油采收率，同时降低原油粘度85.3%。

　　

利用纳米流体进行三次采油以提高成熟井的石油产量，但这种方法受到高盐度、高温条件下纳米粒子不稳定性、岩石表面吸附作用、地层水不相容性以及经济可行性的限制。为了解决这些问题，本研究提出了一种适用于恶劣储层条件的纳米流体用于石油开采。通过非离子表面活性剂的选择性修饰合成了Janus纳米粒子（JNPs），这一过程通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析得到了验证。这些JNPs在高盐度盐水中以及存在二价阳离子的情况下表现出优异的胶体稳定性，显示出对恶劣储层条件的耐受性。其两亲性质显著降低了油-盐水界面的界面张力（IFT），即使在浓度仅为0.005 wt%的情况下也是如此。具体而言，在4 wt% NaCl和4 wt% NaCl加2 wt% CaCl₂的条件下，界面张力降低了60.5%；而在6 wt% NaCl加2 wt% CaCl₂的条件下，界面张力降低了44.5%。此外，JNPs有效改变了表面的润湿性，使其从亲油变为亲水，并在各种盐度条件和高储层温度下实现了高效的石油驱替。在模型表面上进行了静态和动态条件下的石油驱替测试。对于碳酸盐岩芯的自发吸油实验，当盐度为4 wt% NaCl时石油回收率为92.5%，当盐度为5 wt% NaCl加2 wt% CaCl₂时石油回收率为78.4%。这一效果得益于JNPs出色的扫流效率——在50 s^–1的流速下，0.005 wt%的JNPs使原油粘度降低了约85.3%。本研究凸显了这种坚固、低成本且环保的JNPs在推动石油开采技术发展方面的巨大潜力。