农业废弃物提取二氧化硅与罗望子胶复合流体对碳酸盐岩润湿性调控的研究

本研究针对碳酸盐岩储层油湿性导致的原油采收率低问题，创新性地利用稻壳废弃物提取SiO2 纳米颗粒与罗望子胶生物聚合物构建复合流体。实验证实该流体可使接触角降低70%以上，岩心驱替显示渗透率改善，ICP-OES检测纳米颗粒滞留率达89%，为环保型提高采收率技术提供了新方案。

　　

全球能源需求预计到2050年将增长50%，而现有碳酸盐岩储层因油湿特性导致三分之二原油滞留地下。传统化学驱油剂如部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)在高温高盐环境下稳定性差，且商业纳米材料成本高、污染大。巴西每年产生千万吨稻壳废弃物，其富含的二氧化硅与本土罗望子种子胶的协同效应尚未被系统研究。

联邦大学里约热内卢分校联合Shell Brasil团队在《Fuel》发表研究，通过提取稻壳废弃物中的SiO₂
纳米颗粒（纯度83.4%）与罗望子胶（含木葡聚糖）构建复合流体。采用接触角测试、岩心驱替、ICP-OES元素分析等技术，发现500 mg/L生物聚合物与400 mg/L纳米颗粒可使印第安纳石灰岩接触角降低超70%，岩心渗透率提升显著。热重分析(TGA)显示碳化稻壳SiO₂
热稳定性优于商业样品，FTIR证实其表面羟基与聚合物形成氢键网络。

材料表征
SARA分析显示原油胶体不稳定性指数(CII)达0.93，树脂/沥青质比3.7，符合润湿性研究需求。XRD显示稻壳提取SiO₂
为无定形态，粒径5-20 nm，比表面积412 m²
/g。

润湿性改变机制
接触角实验证实纳米复合流体使油湿表面（初始角>150°）转为水湿（<30°）。Zeta电位-31.37 mV表明体系稳定，界面张力降至4.5 mN/m。岩心驱替中纳米颗粒滞留形成亲水涂层，水相渗透率提升37%。

环境效益
相比传统SiO₂
开采，稻壳废弃物利用减少90%碳排放。罗望子胶替代PHPA可降解特性降低地层污染风险，且原料成本降低60%。

该研究首次实现农业废弃物纳米材料与本土生物聚合物的协同应用，为碳酸盐岩储层提供兼具经济性（每吨流体成本<$50）与环保性的EOR解决方案。研究获ANP资助（项目号23186-0），成果已在巴西Wuqi油田模拟中获得4 MPa注压降、日增油2吨的效果验证。