纳米滑溜水压裂液技术研究在我国的进展(2)

李永飞研究团队综述了纳米复合减阻材料[6]，指出了压裂用减阻剂未来的发展方向和趋势， 认为纳米复合减阻剂稳定性好，减阻效率高，耐盐抗污染能力强，将是未来研究和应用重点。并就纳米复合材料减阻机理进行探讨，认为纳米复合减阻剂会在孔壁内形成一种气—固复合疏水表面，水流与这种气固疏水表面的引力远小于水分子内部的引力作用，从而降低壁面与液体之间的流动阻力，起到减阻作用。

Nettesheim 研究团队将CTAB 表面活性剂与NaNO3进行复配[7]，按5 ∶1 配比加入质量分数为0.01%的SiO2纳米颗粒，可以极大提高体系的耐剪切性，压裂性能效果提升明显。当改变前者的质量分数，纳米颗粒增效更为明显。

Helgeson 研究团队针对上述体系继续进行了黏弹性测试实验，发现体系黏弹性能较好，并通过扫描电镜观测微观网状结构。纳米颗粒添加到一种实验室合成的表面活性剂体系中，当温度升高至70℃，体系黏度可达300 mPa·S ，远远高于单纯压裂液体系的黏度，压裂性能提升明显[8]。

骆仲泱研究团队将纳米颗粒和黏弹性表活复配[9]，制备出清洁型纳米压裂液，已取得比较好研究进展，首先筛选纳米颗粒并进行表面修饰，以及选用特殊黏弹性表面活性剂，制备出抗高温、耐盐、抗滤失的纳米清洁压裂液，利用纳米颗粒高比表面效应和黏弹表面活性剂复配，使乳液的稳定性得到增强，体现出明显纳米增效的作用。添加的热释电性钛酸钡材料在30 ℃～90 ℃时对高剪切黏度有一定的提高，特别是在45℃时效果较明显。在30 ℃～80 ℃时，石墨材料对零剪切黏度均有一定的提高。

余维初研究团队应用纳米材料成功研制出清洁滑溜水体系，具有无生物毒性、对储层无伤害、对水质要求低、耐高温、耐高矿化度、水溶性好以及减阻率低至75%等优点。最高可耐温130 ℃，尤其抗钙离子污染能力强。但是表面活性剂类压裂液仍无法克服耐温、耐盐性差，黏度低、携沙能力差和成本高等缺点。所以，利用纳米材料特殊增效作用，改善传统聚合物减阻剂性能不足，具有实际应用前景和可行性。

国内纳米减阻剂专利报道逐渐增多，表1 收集了近几年较典型专利报道，纳米材料基本分为无机和有机两种材料，其中无机纳米材料最主要的是纳米SiO2，占据专利报道绝大部分，其作用机理主要是通过吸附岩石后的润湿性改变，达到较好减阻效果，其他无机纳米材料较突出的是二硫化钼，其特点是有较好的耐温性能，在高温下仍具备较高减阻率，无机纳米粒子均很少量加入即起到明显减阻作用。另外一类是有机纳米材料，包括聚合物纳米微球、纳米乳液等，这里材料加入量相对稍大，减阻率和无机纳米类相当，具有较好的注入性能和携沙性能，应用已逐渐增多。

表1 近几年有关纳米压裂液减阻剂的国内专利报道序号 纳米材料 性能对比 专利申请号1 MoS2在盐水（219 653 mg/L）中室温下降阻率最高74.4%，90 ℃下仍具有较好的降阻性能，加入减阻剂压裂液在110 ℃下剪切120 min黏度高于20 mPa·s CN2.5 2 SiO2 、TiO2采用KH550等硅烷偶联剂改性纳米氧化硅，改变润湿性，最好降阻率62%，采收率提高到40%多 CN2 3亲水型SiO2 、TiO2、MgO、ZnO的一种或几种 加入亲水纳米颗粒：0 .1%~0 .3% 产生润湿性改变成强亲水性（接触角20° ~30° ），提高采收率接近20%CN2 4 SiO2 纳米粒子 加入1%~2% SiO2纳米粒子，有效降低滑溜水在岩石吸附，所产生的伤害率从之前的40%多降低到20%多CN2 5纳米小球滑溜水加入5%~10%纳米微球，0.05%浓度下的减阻率≥70%；减阻剂1分钟之内溶解率达到91%以上，达到快速溶解；0.1%高浓度下表观黏度12Pa·s，携沙能力强CN2 6聚合物类纳米微球 加入25~75%，丙烯酰胺类聚合物纳米微球，减阻率可达到85%以上 CN2.9 7纳米乳液经反相乳液法制备出纳米乳液，加入0.1%后滑溜水减阻率达到76%~77%；防膨性能CST1.0左右（行业规定＜1.5）；表面张力22.78 mN/m CN2.9 8纳米SiO2 按质量比999∶1到98∶1加入改性球状纳米粉末，减阻率最好情况有38%，一次过泵剪切后维持在21%左右 CN2.3

2 纳米压裂液存在问题

纳米材料应用于压裂液已有不少报道，但从现有公开文献和油田公司压裂现场应用情况看，目前尚无纳米材料在油田压裂现场大规模成功应用的案例，绝大部分纳米材料在油田压裂应用都是试验性质，而且不同纳米材料对压裂液性能提高也存在差异，其应用主要有6 个问题。1）纳米材料种类繁多，性能各异，适合于压裂液的纳米材料性能上有特殊要求，已有报道基本是SiO2、Al2O3、纳米纤维素等固体颗粒，但缺少对该类材料自身性能的基础性研究，且存在成本高、容易团聚，现场施工难等问题。纳米材料及技术发展迅速，但用于油田压裂纳米材料的研究目前缺乏创新性。2）成本高也是纳米材料难以大规模推广的主要原因，纳米材料在低渗应用需要小粒径以保证良好注入性，且要有极高的耐温耐盐性能，导致满足要求纳米材料很少且价格偏高。3）在理论研究方面，纳米材料与滑溜水相互作用机理分析相对较少，纳米减阻机理理论尚未完全形成，至今还没有一个有说服力的理论解释，缺少纳米减阻剂在地层复杂环境下的运移规律和团聚机理研究。4）就纳米滑溜水压裂液体系的性能（包括减阻、耐温、耐盐和减少储层伤害等）。5）仍没有一套完整科学的室内评价方法以及基于油田现场，建立起纳米压裂液现场评价体系和企业标准，该问题制约了纳米压裂液在油田现场的实际应用。6）在工业应用方面，针对储量丰富的更高温高盐地层，纳米滑溜水压裂液性能仍有待提升，需要更优异的材料制备工艺，研发出更佳的耐温、耐盐和抗剪切的减阻剂体系。

文章来源：《油田化学》 网址: http://www.ythxzzs.cn/qikandaodu/2021/0122/360.html