氧化石墨烯@超支化聚甘油纳米流体的开发及其在提高原油采收率中的应用研究

这篇研究论文系统探讨了氧化石墨烯(GO)基纳米流体在提高原油采收率(EOR)中的创新应用。通过调控GO氧化程度(低GO-L/中GO-M/高GO-H)并分别采用阴离子表面活性剂(SDS)、阳离子表面活性剂(CTAB)和超支化聚甘油(HPG)功能化，开发出具有优异稳定性和界面活性的纳米流体体系。研究证实GO-H@SDS在砂岩中实现40.92%的三次采油率，而GO-M@HPG在含硫酸盐的SWB盐水中使石灰岩采收率达到19%，为高盐度油藏开发提供了新思路。

　　

氧化石墨烯纳米流体的开发策略

研究团队通过改良Hummers法制备了三种不同氧化程度的GO：低氧化度(GO-L)、中氧化度(GO-M)和高氧化度(GO-H)。热重分析(TGA)显示GO-H在150-200°C区间质量损失达84.61%，证实其含氧官能团最丰富。zeta电位测试表明，100 ppm浓度下GO-H电位值达-46.9 mV，展现出最佳胶体稳定性。界面张力(IFT)实验揭示GO-H能使油水界面张力从20 mN/m降至8 mN/m，这归因于其两亲性结构能在界面形成纳米级薄膜。

表面活性剂功能化的增效机制

针对高盐环境稳定性挑战，研究采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基硫酸钠(SDS)分别功能化GO-M和GO-H。当CTAB浓度超过300 ppm时，GO-M@CTAB体系发生等电点反转，zeta电位转为正值。在砂岩体系中，GO-H@SDS表现出卓越性能，接触角降低62.32%，三次采油率达40.92%，较纯SDS提高10个百分点。原子力显微镜(AFM)显示处理后的碳酸钙表面粗糙度从59.39 nm降至6.81 nm，证实了纳米流体对沥青质沉积的有效清除。

超支化聚合物的突破性改良

创新性地在GO-M表面接枝超支化聚甘油(HPG)，核磁共振(¹H/¹³C NMR)证实成功构建了分子量16.86 kDa的聚合物层。在含3% NaCl+0.04% Na_{24的SWB盐水中，GO-M@HPG展现出独特优势：}

1. 短期稳定性测试显示60分钟内吸光度保持稳定

2. 岩心驱替实验实现97%的总采收率

3. 仅100 ppm浓度即可产生19%的三次采油增量

   拉曼光谱在2943 cm^-1处检测到HPG特征峰，证实了材料在岩石表面的有效吸附。

作用机制与工业价值

研究揭示了三种关键作用机制：

1. 静电稳定：依靠GO表面负电荷产生双电层斥力

2. 空间位阻：HPG的树枝状结构提供立体稳定作用

3. 界面活化：两亲性结构降低油水界面张力

   相较于文献报道的碳纳米管(CNT)和碳量子点等材料，GO基体系在同等浓度下效率提升2-3倍。虽然GO@HPG合成成本当前约3-5美元/克，但其超低使用浓度(100 ppm)显著降低了吨油操作成本，为海上高盐度油藏开发提供了经济可行的解决方案。

技术局限与发展方向

研究也发现若干待解决问题：

1. 长期高温高盐稳定性需进一步验证

2. 在低渗透储层中可能存在孔喉堵塞风险

3. 规模化生产时的批次一致性控制

   未来研究将聚焦于：开发更经济的HPG接枝工艺、建立纳米流体与不同地层水的配伍性数据库、探索智能响应型GO复合材料的合成路径。这些突破将推动纳米流体技术从实验室走向油田现场应用。