二氧化硅纳米颗粒形态对碳酸盐岩储层界面性质、扩散行为及采油效果影响的实验研究：球形与棒状颗粒的深入解析

本研究首次在真实储层温压条件下系统比较了球形与棒状二氧化硅纳米颗粒在碳酸盐岩强化采油（EOR）中的性能，揭示了棒状颗粒凭借更优的界面吸附动力学、扩散系数及zeta电位稳定性，能更有效降低界面张力（IFT）和改变润湿性，最终提高采收率，为设计新一代纳米流体提供了关键理论依据。

　　

Highlight

Effect on Wettability: 棒状纳米颗粒在降低接触角和改变岩石润湿性方面表现出优于球形颗粒的性能。在80?°C下，棒状颗粒将接触角从152°显著降至35°，而球形颗粒仅降至58°。高温增强了颗粒的扩散和吸附能力，促进了更明显的水湿转变。

Interfacial Tension (IFT) Reduction: 棒状颗粒同样在降低水油界面张力（IFT）方面更为有效，在0.2?wt%浓度和80?°C条件下，将IFT从25.6?mN/m降至9.6?mN/m，而球形颗粒仅降至14.3?mN/m。形态通过影响界面吸附和排列方式直接决定了IFT降低效率。

Zeta Potential and Stability Analysis: 棒状纳米流体显示出更高的zeta电位绝对值（-42.5?mV），表明其具有更好的胶体稳定性和更强烈的静电排斥作用，这减少了聚集风险，并增强了与碳酸盐岩表面的静电相互作用，从而促进了吸附和润湿性改变。

Dynamic Interfacial Tension and Adsorption Behavior: 动态IFT分析表明，棒状颗粒具有更高的界面吸附速率和表面浓度（8.51?×?10^?7?mol/m²），其扩散系数（3.47?×?10^?9?m²/s）也高于球形颗粒（2.11?×?10^?9?m²/s）。棒状颗粒的解吸活化能更高，表明其在界面上的吸附更稳定、更不可逆。

Core Flooding Experiments: 在最佳浓度（0.2?wt%）下进行的岩心驱替实验证实，棒状和球形纳米颗粒分别提高了18%和14%的石油采收率。棒状颗粒的卓越性能归因于其更有效的润湿性改变、IFT降低以及在多孔介质中产生更优的流动分流效果。

Conclusions

本研究调查了纳米颗粒形态在储层条件下对接触角、润湿性、界面张力（IFT）以及在油水界面的吸附行为的影响，旨在提高碳酸盐岩储层的石油采收率。根据实验结果，得出以下结论：

• 对润湿性的影响： 在降低接触角和使岩石润湿性向水湿转变方面，棒状纳米颗粒的表现优于球形颗粒。

• 对界面张力（IFT）的影响： 与球形颗粒相比，棒状纳米颗粒能更有效地降低水油界面张力。

• Zeta电位和稳定性分析： 棒状纳米流体表现出更高的 zeta 电位绝对值，表明其稳定性更好，与碳酸盐岩表面的静电相互作用更强。

• 动态界面张力和吸附行为： 棒状纳米颗粒具有更高的表面浓度、扩散系数和解吸活化能，表明其在界面上的吸附更稳定。

• 岩心驱替实验： 在最佳纳米颗粒浓度下，棒状和球形纳米颗粒分别使石油采收率提高了18%和14%。