纳米材料在油田化学中的应用

进入21世纪以来，在社会经济稳步发展的背景下，我国油田化学工作取得了很大的进步及发展。与此同时，油田化学工作的内容较多，包括钻井液工作、调剖堵水工作、驱油工作等。而随着纳米材料技术的逐渐成熟，使得纳米材料在这些油田化学工作中得到了广泛且有效的应用。值得注意的是，与常规材料比较，纳米材料具备表面活性更优、摩阻更低、比表面积更高等诸多优势。合理科学地应用到油田化学工作当中，能够使油田化学工作的效率及质量得到有效提高。鉴于此，本课题围绕“纳米材料在油田化学中的应用”进行分析研究具备一定的价值意义。

1 纳米材料概述

纳米材料主要的构成部位为极细的晶粒，从其特征维度尺寸来看，纳米量级处于0.1nm到100nm，属于一种固体材料。因纳米材料的尺寸处在微观与宏观物体两者之间，所以和常规的材料比较，其具备多方面的效果，包括：量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应以及介电限域效果等。以表面效应为例，指的是纳米材料的表面原子数和总原子数之间的比值，会在晶体尺寸变小的情况下，而急剧变大，进一步导致纳米材料发生物理性质变化或化学性质变化。当纳米材料的颗粒直径变小，那么其比表面积将会明显变大，由此表明表面原子所占比重明显增大。对于其中直径＞0.1μm的颗粒表面效应可以忽略不计；如果颗粒尺寸＜0.1μm的情况下，会导致其表面原子的比重快速上升，这样表面原子便具备非常高的活性，所以也非常不稳定，容易和别的原子结合。

此外，近年来随着我国油田化学工作技术的进步及不断发展，使得纳米材料在油田化学工作领域的应用越来越广泛，应发挥纳米材料应有的价值，使油田化学工作的效率及质量得到很大程度的提升。

2 纳米材料在油田化学中的应用

从油田化学工作角度来看，纳米材料的应用非常广泛，涉及到油田化学的钻井液工作、调剖堵水工作、驱油工作等领域。

2.1 在油田化学钻井液工作中的应用

在钻井液工作当中，主要通过添加纳米材料，或者添加纳米复合材料的方法，使井壁稳定性得到有效提升，并达到防渗漏的效果。同时，由于钻井液工作环境复杂，合理地应用纳米材料及钻井液技术可以提高转速，并使钻机的工作周期缩短。需注意到的是，倘若采取直接添加的方式，将纳米材料应用到钻井液当中，可能会受到纳米材料相互作用的影响，进而出现团聚反应，使纳米材料的性能丧失。为了使纳米材料的高效性能得到有效发挥，比如湿润、成膜以及流变等，需充分将纳米材料存在的均匀分散问题解决；例如，于纳米材料当中添加合理的表明活性剂，让纳米材料显得更加稳定。

根据实际工作经验，在钻井液工作中，双金属层状氢氧化物水滑石与蒙脱石是两种常用的纳米材料。其中，双金属层状氢氧化物水滑石的片层带正电荷，在层间阴离子的中和及剥离作用下，使巨大的表面积得到有效形成，让正电荷成分裸露，然后和负电性地层黏土产生强电性作用及接触滞留作用，让钻井液的护壁效果得到有效增强。而对于Al-Fe-Mg类双金属层状氢氧化物水滑石纳米材料，其电动电位超过30mV，且具备很强的抗盐效果，同时黏度和切力提升率也＞300%。国内有学者采取蒙脱石MMTs前驱物对蒙脱石粒径为20nm到70nm的纳米复合材料进行制备，结果显示钻井液的增黏性较蒙脱石-PAM简单混合体更高。此外，还有研究显示，采取溶剂法制备水溶性聚乙烯醇、聚氧化乙烯和MMTs的纳米复合材料，然后将制备出来的纳米复合材料应用到钻井液工作中，能够发挥诸多优势，比如滤失效果增强、抗盐效果好，且耐温。

2.2 在油田化学调剖堵水工作中的应用

基于采油期间，油气井容易引发出水的现象，为了解决此问题，需对油气井采取堵水处理，并对注水井吸水剖面进行合理调整。与此同时，当油气田处于高含水状态下，会加大堵水的难度，同时调剖的难度也增加，通过合理使用纳米材料，能够使这些问题得到有效解决。

国内有学者结合实际工作，通过插层原位聚合法制备了聚合物/层状硅酸盐复合吸水性凝胶PLS，MMT层间距撑开0.6～1.2nm，使客体分子AM＋AA有效地置入主体MMT层间，以此使基于纳米复合吸水材料的新型流体转向调剖剂得到有效形成。其中，PLS颗粒膨胀倍数达到13-62，抗盐效果得到25×104mg/L，耐温达到90℃，并且PLS凝胶在油中能够发挥很好的收缩作用；在温度处于90℃的情况下，韧性系数达到0.8到1.0；应用到油田化学调剖堵水工作当中，增油效果得到明显提高。

文章来源：《油田化学》 网址: http://www.ythxzzs.cn/qikandaodu/2020/1228/347.html