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  • 时间: 2020-11-05 18:08
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  8 油化12卷第7期米资料在油田化学中的利用彭 振1,一,王中华1,何焕杰1,李继定2(1.中原石化中国火油勘察局钻井工程手艺斟酌院,濮阳457001;2.清华大学化学工程系•,北京100084)[原则】 纳米原料由于具有某些分外本能受到科技界的普及合注。介绍了纳米质料的根蒂效应和具有非常性能的起原。综述了纳米质料在钻井液•、调剖堵水、驱油、油气田废水处理中的把握,并阐明了驾驭中生计的标题。对纳米资料在油田化学中独霸的展开趋势进行了展望。【症结词】纳米质料钻井液调剖堵水驱油纳米资料是指晶粒尺寸在0.1—100 界限内的原料,征求零维纳米原料(纳米颗粒)、一维纳米材料(纳米管、纳米线)、二维纳米资料(纳米薄膜)、纳米固体等。与惯例材料比拟,由于晶粒尺寸的大大减小,纳米资料具有许多卓越的机能。利用纳米材料优秀性能,如高的皮相活性、进步摩阻•、高的比轮廓积等本能,将纳米质料与油田化学使用技术相连合•,进行繁复地层火油天然气的制作,必将对油田化学驾御本领的开展起到健壮的慰勉感化。1纳米原料的底子效应纳米材料是由极细晶粒组成,特点维度尺寸在纳米量级(0.1一固体材料•,由于纳米资料的准绳处于微观和宏观物体之间,以是具有区别于常例原料的根底效应。(1)量子尺寸效应。当纳米微粒的尺寸小到某一值时,金属费米能级相近的电子能级由准连续变为朋分能级的征象,纳米半导体微粒存在不连续的最高被侵夺分子轨路和最低未被攻陷的分子轨途能级的形象,以及能级变宽情景•,均称为量子尺寸效应。随着纳米质料尺寸的减小,能级间距渐渐增大,当能级间距大于热能、光子能量、静电能以及磁能等的平均能级间距时,就会在熔点、磁学机能•、电学性能和光学机能等方面表现出一系列与块体资料天差地别的异常天性。(2)外表效应。纳米原料的外貌效应是指纳米质料的皮相原子数与总原子数之比随晶粒尺寸的变小而急剧增大,从而引起纳米资料物理化学实质上的改观。纳米质料随着颗粒直径变小,比外面积将会彰彰增大,叙述外面原子所占的百分数将会昭着增进。直径大于0.1¨颗粒尺寸小于0.1舭时,其轮廓原子百分数急剧扩展,使这些外面原子具有很高的活性,所以很不安靖,极易与其所有人原子纠合。(3)小尺寸效应。当纳米原料的超眇小粒尺寸与光波德布罗意波长以及超导态的关联长度或透射深度等物理特质尺寸相当或更小时,晶体周期性的边境要求将被反对,功能导致磁•、光、声、热、电等性能透露与一般材料分歧的新的效应。(4)宏观量子隧途效应。微观粒子具有连接势垒的才略称为隧途效应•,比年来开采零维颗粒的磁化强度、量子相干器件的磁通量等少少宏观量亦具有隧道效应,它们不妨穿越宏观体例的势垒而产生转折。(5)介电限域效应。纳米微粒星散在异质介质中,由于界面引起的体例介电效应增强的景色称为介电限域效应,这种效应主要开头于微粒皮相和里面局域场的场强上述的量子尺寸效应、外观效应、小尺寸效应、宏观量子隧路效应、介电限域效应都是纳米质料的根源脾气,它使纳米质料泄漏许多离奇的物理化学性质。假若把纳米资料与油田化学独霸技能联合起来,将昭着加速油田化学把握本领的开展‘3—51。收稿日期:201者简介:彭振,博士。紧要从事油气田遭遇隐没方面的磋商。万方数据2011年7月 彭振等.纳米质料在油田化学中的操纵 92纳米资料在油田化学中的安排2.1在钻井液中的独揽纳米质料在钻井液中的掌握可经过在钻井液中参加纳米材料或纳米复合质料来完毕。为管理井壁安定和防渗漏等钻井问题,普及钻速和缩短钻井周期,在杂乱地层和极端境遇下,纳米材料与钻井液本领联络将有更好的把握前景。纳米材料假若直接参加到钻井液中,日常会来源纳米材料的互相效率而发作团圆,从而落空其应有的机能。为了得到纳米原料的异常性能,如流变、润湿、成膜等高效性能,必须最初治理纳米资料的均匀分裂标题•,而管制匀称聚集标题最根源还得从纳米资料的界面自由能人手。在纳米材猜中加入轮廓活性剂不妨使纳米资料太平••,但同时会对其性能酿成一定的用意。双金属层状氢氧化物水滑石(蒙脱石(两种典范的安排于钻井液的纳米原料【6.7】。层间阴离子中和、剥离,也许变成巨大外貌积,使正电荷职位宣泄,与负电性地层黏土发作强电性和战役滞留效率,使钻井液或许很好地护壁。e—0 盐本领强,黏度和切力提高率大于300%。告成、华北等油田操作该质料在易水化膨鼓和易坍塌地层钻井•,得回井壁安谧、禁止钻屑聚集、携屑和粉饰油气层的杰出效果【】。柯扬船等一1用蒙脱石钻井液的增黏性弘大于蒙脱石一磋商解说¨¨12】,用溶剂法制备水溶性聚乙烯醇(聚氧化乙烯(聚乙烯吡咯烷酮(加该纳米复关资料的钻井液具有耐温、抗盐、降滤失的特色。袁丽等功地制备出一种新型纳米钻井液治理剂对其抑制性能、防塌职能和粉饰油层职能举行了评议,成绩评释•,纳米管束剂有突出的压制防塌、腻滑性能和掩饰油气层技能。该乳液在成功油田现场实行20口井,均获得了非凡成绩,井壁无坍塌,起下钻流利,完井电测作业顺遂,油气产量高,该钻井液关用于水准井、大位移井、深井及探井的钻井施工。纳米质料具有的极高外面能•,因而具有高的外貌活性和易团圆性。以是,在掌握过程中•,疏散并毗连其纳米轨范是要害。2.2在调剖堵水中的垄断油气井出水问题在采油流程中普通保存,提供对油气并奉行堵水和调理注水井吸水剖面。油气田参加高含水期后,堵水或调剖难度加大,接收纳米原料也许满意十分的专揽须要。蒲万芬等【141接受插层原位齐集法制备了集结物/层状硅酸盐复关吸水性凝胶一1.2 体分子有效加入主体成纳米复合吸水材料——种新的流体转向调剖剂•。2,抗盐可达25×104 ,耐温90℃,温度为90℃时,韧性系数为0.8—1.0•。2002年源委大港官195油田官484油奏效清楚。刘高友等【15.蜘1针对孤东油田的油藏范例、地下动态特点及三次采油过程中遭受的难题,开展了纳米质料在采油中的堵水筹商。研制的资料是由一种类水滑石机合的纳米质料组成,具有较高密度、久远正电荷,经由吸附效率拦阻齐集物颠末。该纳米原料举动堵水剂在孤东油田试运用2井次,施工井配注稳定•,注入压力由10.5 应油井含水量由80.5%降至60.0%,凑集物浓度由l 352 降至313 ,2002年10月施工至2003年2月共增油600 t。另一施工井注入压力热潮1.2 应油井含水量消极11.3%,采出液凑集物含量由944 降至36 ,增油458 t,来到封窜增油控水的方向。一种新型的纳米鸠关物微球可能起到调剖堵水的感化,其重要效率机理是:将纳米会合物微球注入油层深部后,生涩高渗层水畅达道,使注入水在油藏中流向低渗层,后期注入的纳米调集物微球又将艰涩低渗层,使注入水流人更低的低渗层,变成多级调剖堵水•,进步波及系数,增大波及体万方数据10 卷第7期删’积,从而降低原油采收率。王鸣川等[171接纳纳米聚合物微球完成深部逐级调剖,竣工地层深部液流转向,大大抬高了储层原油的波及系数和波及体积。与但凡纠集物比较,纳米齐集物微球可以分级逐次封堵差别大小的喉路,巩固了驱油结果,普及了原油采收率。孙焕泉等¨副接头了粒径为几十纳米的会集物微球在岩心中的封堵、冲突、深入、再封堵的逐级封堵和逐级调剖个性。对待微米级微缺点地层的调剖堵水,只能接受外表活性可控的纳米材料系统•,这是其我们大尺寸的封堵资料都不可能达到的有效封堵•。纳米材料可以利用吸附效应,在纳米级孔喉中变成架桥封堵,能够有效堵水况且易于反排,同时不妨有效保护油气层。总之,纳米材料对待特定的地层也许起到较好的调剖堵水见效,是调剖堵水材料的主要发展,胀动了调剖堵水技能的上进。2.3在驱油中的支配随着油气田的继续暴露和新探明储量的减少,奈何发现占地下原始储量的60%以上、但用常规法子发掘不出的原油以及怎样普及原油采收率•,仍旧成为全国各国普及关心的标题,驾驭驱油剂是此刻广博领受的要领。分子浸积膜(始末分子自组装在固体外面酿成单层或多层微观有序的纳米膜。机理有别于古代的化学驱。纳米膜驱油技能的油效力高(大于10%),施工工艺简略,施行成本低,不波折地层,且关用畛域广。在油田三次采油中,为解决高温、高矿化度对高分子会集物黏度等性能的晦气感化,把持知足复杂油层使用央求,抬高原油采收率•。刘其成等¨别针对繁华台油田兴212块的油层特性•,实行了果疏解,不厘革注入水的流度,而是改变了储层岩石的外貌素质及其与原油的相互效力状况,使原油易于剥落和震荡,从而进步采收率。辽河油田兴42块兴53井组举行净增产原油7 092 t,原油采收率提高1.68%(不搜罗膜驱增气产出),相等于每注入1 量25%)增产原油172 t,增产成效疾,原油采收率提升显然。2.4在油气田废水处置中的掌握在油气田兴办过程中•,必然会随同爆发多量油气田废水,这些油气田废水具有种类较多(采油废水、钻井废水•、集输废水等)、搅浑地位较为繁杂、水量转移较大等特性。是以,要将油气田废水达标排放能够资源化操作难度较大。而今油气田废水沉要回收物理化学法、生物法进行统治,但这些措施生活惩罚历程庞大、简单变成二次杂沓等瑕疵;而接受半导体纳米光催化剂对油气田废水进行光催化氧化经管,则具有高效、节能、无二次杂沓等特点【2l221。当前集体磋议的半导体纳米光催化剂多半属于宽禁带的磋商的纳米光催化剂有O,,,等十多种•,这些纳米光催化剂都有必须的光催化活性,但因其中大普及易发作化学或光化学腐蚀,并且妥善作为光催化剂来独揽。而纳米子不仅具有很高的光催化活性,并且具有耐酸碱和光化学侵蚀、资本低、无毒等优点,这使它成为此刻废水执掌中最有左右潜力的一种光催化剂∞瑙】。万里平等Ⅲ1以纳米光催化剂照料川中矿区角53井钻井废水和南阳油田探23井压裂废水,仔细钻研了溶液量•、充胸怀和光照时候对废水果解释,在溶液入量为0.4%,充襟怀为15 L/照时间为3 井废水和压裂废水的%和57.0%。此光催化剂性能安静•,无二次杂沓,经高温活化后,可再三频繁使用,能有效升高废水管束资本。杨忠平等田1以单晶纳米线催化剂,回收光催化氧化手段,对油田采出水举办处置,并对措置历程中苯系物的降解顺序实行了接头。劳绩讲明,经惩罚后废水中的苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯差别由l 276.0•,432.3,183.1,万方数据2011年7月 彭振等.纳米材料在油田化学中的把持l 319.4,324.3斗g/,14.6•,7.7,24.5,6.3斗g/L••,出水满意《国家污水综合排放法则》(978—1996)优等准绳•。纳米质料光催化工夫由于具有高效降解油气田废水中难降解有机物的特性,因而在油气田废水,额外是对付那些含有难降解有机物的油气田废水打点中具有宏大的前景,但由于治理成本比古板的水惩罚高,大大控制了其运用。3纳米质料在油田化学中独霸保存的题目假使纳米资料在油田化学左右技术中出现出强健的摆布前景•,但由于纳米材料我们方的天性•,不能希望纳米资料的展现会管束大限度标题••,必须与油田化学驾御身手连续团结,遴选纳米质料,处置油田化学左右历程中的问题。(1)钻井液中进入纳米原料,一定会加添钻井液的固相含量和纳米颗粒的含量,如此不光会效率钻井液的流变性(更加是塑性黏度),况且由于进入纳米质料的高比表面积,必然吸附一局限钻井液管制剂•,从而增进打点剂的有效含量。同时纳米材料直接参加钻井液,由于纳米质料具有极高的外貌能和很高的界面活性,可能产生重逢形象,聚会后纳米材料的尺寸彰着增大,仅靠搅拌很难使颗粒分裂,将丧失纳米材料的性情•。(2)纳米资料在驱油中的左右纵然在履行室得回了不少奏效,但是由于驱油是在一个特殊的境遇中实行,与履行室的哀求有很大的差异。而今推行室取得的成效是在非采油际遇下获得的,因而在现场掌管中还生活很多题目。(3)纳米原料的成本相对较高。例如在油田水管束中掌握的纳米如今墟市上的价钱简陋为500—800元/比古板水收拾剂的本钱要越过一个数量级•,这就乞求在支配经过中要大大升高纳米质料的加入量•,从而限度了现场的操纵。4纳米原料在油田化学中操作的展开趋势纳米资料与油田化学驾御时间相连接,必然会在提升油气钻井的感化,提高煤油天然气的综关恶果方面会有新的打破,但在维系经过中必须当心以下几个方面的问题。(1)谋求一个好的切人点,如在钻井经过阐发纳米质料的高轮廓活性和高比外观积,在钻具轮廓和井壁轮廓酿成纳米膜,有效抬高钻具的摩阻,从而进步钻大斜度井•、水准井、多分支井和大位移井的难度•;还可能摆布纳米质料的性格,鲜明升高钻井液的耐温性、抗混浊才华和防渗漏才智,抬高繁复条件下的钻井液身手,增大对额外油气藏研讨的力度。(2)普及纳米原料的控制量,普及与油田化学垄断时间集闭安排的资本,以是要探索与纳米材料相切闭的地层,有挑选地应用纳米材料,进步油气田创造功用•。(3)增强理论商量•。只有无误阐明纳米材料的天性和与油田化学摆布本事彼此作用的机理,才可以进一步讨论纳米资料在油田化学中的垄断技艺,要确实理解纳米质料和纳米本事的内涵,要接头投入纳米资料后的突变性子,这样才智在专揽上有所打破。参考文献[1】张立德,牟季美.纳米原料和纳米构造[M】.北京:科学出舨社。2001.59瑙.[2】倪星元,沈军,张志华.纳米原料的理化脾气与操纵[M】.北京:化学物业出版社,2006.43枷.[3】王芳辉。朱红,邹静.纳米质料在火油行业中的摆布[J】.西安火油大学学报。2006,21(6)•:874】崔迎春,李家芬,苏长明.纳米技艺在火油工业上游边界把持初探[J].钻井液与完井液,2003,20(6):115】刘多容。陈玉祥。王霞,等.纳米质料在国内外油气田开发中的利用[J】.天然气技巧,2007,1(2):326】王辉.王富华.纳米手艺在钻井液中的掌管商酌[J】.钻井液与完井液,2005。22(2):507】王童,王平全.纳米手艺在钻井液中的操作现状[J】.内蒙古煤油化工,2007,(10)•:8】柯扬船.魏璀璨.纳米资料在石油天然气田修立中的支配挺进[J].油田化学,2008,25(2):189—192.[9】柯扬船.蒙脱土/蚁合物纳米复合资料及其在油田修设中专揽性能考虑[J】.油田化学,2003,20(2):99一102.[10】 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