1、第30卷第1期油气地质与采收率Vol.30,No.12023年1月Petroleum Geology and Recovery EfficiencyJan.2023收稿日期：2022-02-13。作者简介：沈浩（1995），男，湖南岳阳人，在读博士研究生，从事纳米驱油及提高采收率方面的研究。E-mail：。通信作者：杨子浩（1983），男，辽宁阜新人，教授，博导。E-mail：。基金项目：国家自然科学基金面上项目“具有高盐稳定性的两亲Janus纳米片高效驱油流体构建”（52074320），国家科技重大专项“低渗/特低渗油藏改善气驱与提高采收率新技术及其适应性”（2017ZX05009-004-
2、002），中国石油战略合作科技专项“强非均质砾岩油藏天然气驱与保压稳产机理与工艺优化研究”（ZLZX2020-01-04-03）。文章编号：1009-9603（2023）01-0129-10DOI：10.13673/37-1359/te.202202002驱油用Janus片状纳米材料研究现状沈浩1，2，熊依林1，2，王艺博1，2，张风帆1，2，杨子浩1，2，董朝霞1，3（1.中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院，北京 102249；2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；3.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）摘要：纳米流体驱作为一种新型
3、的低渗透油藏驱油技术，具有注入性好、储层伤害小、驱油能力强、智能响应等优势，越来越受到广泛关注。相比于球形纳米颗粒，Janus片状纳米材料界面自由能低、转动更加受限、可进一步阻止内外相分子扩散并形成界面强度更高的固体颗粒膜，展现出优异的驱油性能。目前，已开发出多种Janus片状纳米材料的制备方法，其在驱油方面的应用主要集中于纳米乳液技术和纳米稳泡技术，此外，智能响应特性同样赋予其更多潜能。当片状纳米材料两面呈现不同的亲油-亲水性时，则同时具有两亲特性和“Pickering”乳液效应，大大提高其作为高效纳米流体驱的能力。随着未来低成本、大规模、绿色环保的可控制备，以及耐温耐盐等性能的进一步提高，
4、应用Janus片状纳米材料有望大幅提高原油采收率，为油田稳产增产带来创新性解决方案。关键词：提高采收率；Janus；片状纳米材料；两亲性；纳米流体驱中图分类号：TE357.4文献标识码：AResearch status of Janus nanosheets for oil displacementSHEN Hao1，2，XIONG Yilin1，2，WANG Yibo1，2，ZHANG Fengfan1，2，YANG Zihao1，2，DONG Zhaoxia1，3（1.Unconventional Petroleum Research Institute，China University
5、of Petroleum（Beijing），Beijing City，102249，China；2.State KeyLaboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum（Beijing），Beijing City，102249，China；3.School of Energy Resources，China University of Geosciences（Beijing），Beijing City，100083，China）Abstract：As a new oil displace
6、ment technology for low-permeability reservoirs，nanofluid flooding has advantages such asgood injectivity，low formation damage，great displacement ability，and intelligent response，which has attracted more andmore attention from researchers.Compared with spherical nanoparticles，Janus nanosheets have l
7、ower interfacial free energy and more restricted rotation，which can further prevent the diffusion of internal and external molecules and form solidparticle films with higher interfacial strength，exhibiting excellent oil displacement performance.Researchers have developed multiple preparation methods
8、 for Janus nanosheets，whose application in oil displacement mainly includes nano-emulsion technology and nano-foam stabilization technology.In addition，the characteristic of intelligent response gives suchmaterials more potential.When one side of the sheet nanomaterials is hydrophilic while the othe
9、r is hydrophobic，they willshow amphipathicity and a“Pickering”emulsion effect simultaneously，which greatly improves their ability as an efficientnanofluid flooding.With low-cost，large-scale，green，and controllable preparation and the improvement in temperatureand salt resistance in the future，Janus n
10、anosheets are expected to significantly enhance oil recovery and provide innovativesolutions for stable production and stimulation of oilfields.Key words：enhanced oil recovery；Janus；sheet nanomaterials；amphipathicity；nanofluid flooding作为现代工业的“黑色血液”，石油是世界各国最为重要的战略资源之一，对国家的经济建设和社 130 油气地质与采收率2023年1月会发
11、展具有突出贡献。随着中国国民经济的稳步增长，石油供需矛盾不断加剧，中国石油集团经济技术研究院发布的 国内外油气行业发展报告 显示，近年来中国石油需求对外依存度已超过70%1。此外，随着中国各主力油田相继进入高含水期，单井产量持续降低，新增石油地质储量逐渐转至低渗透油藏，开采难度显著增大。稳定的石油能源保障是国家竞争力的重要组成部分，因此急需开发新型的低渗透油藏提高原油采收率（EOR）技术，以保持中国原油产量的稳定与增长。目前，各大油田针对各自区块的低渗透油藏相继开展科研攻关，取得了一些效果，但在实际开发过程中，针对低渗透油藏开发逐渐暴露出以下几个难题2-4：在渗透率较低的情况下，注入液流动速度
12、慢，注水开发困难，原油难以启动。地层孔隙弯曲、喉道堵塞严重，导致油藏动态结构随着空间和时间随机变化，同时启动压力较高，非线性渗流严重。与水驱相比，气驱的注入压力和启动压力较小，但由于气相黏度低，气/油流度比相对较大，气体易在油藏中黏性指进，形成优势通道，气窜问题严重，不但增大了气体用量，突破后原油采收率也将大幅降低。随着油田开发的不断深入，油藏环境日渐恶劣复杂，常规EOR技术所采用的化学驱油剂难以适应高温、高盐的储层条件，尤其是以二价阳离子如Ca2+和Mg2+为主的高矿化度地层水，进一步使洗油效率难以提升。经过几十年的发展，科研人员提出了多种低渗透油藏提高采收率技术，主要包括注水开发、注气开发
13、（二氧化碳、氮气、空气、烟道气、烃类气体等）、水气交替注入开发和表面活性剂驱等5-9。然而，随着油田开发深度及广度的提升，传统化学驱技术逐渐暴露出成本较高、环境污染、地层伤害、油藏适应性差、提高采收率效果不理想等一系列问题10-11，限制了化学驱技术的进一步开发，阻碍了化学驱的规模化发展与应用。1纳米流体驱油剂体系发展现状纳米技术自 20世纪 90年代被提出以来，经过近30 a的高速发展已成为21世纪最重要的前沿技术之一12-14。大量研究表明，当颗粒尺寸降低至100 nm左右，其物理化学性质将发生显著变化，因而常以100 nm为界限，将固体颗粒分为0维（纳米球、纳米粒）、1维（纳米线、纳米管
14、）、2维（纳米片）和3维（纳米块）4个维度（图1）。图1纳米材料不同维度示意Fig.1Different dimensions of nanomaterials近年来，纳米流体驱作为高效环保的提高采收率新技术日益受到广泛关注。纳米流体是将纳米颗粒加入到液体溶剂中，并在机械扰动下制备得到的均匀稳定的分散体系。纳米流体的制备受多种因素影响，如温度、颗粒粒径、颗粒浓度、溶剂 pH值、分散剂种类、超声时间或搅拌速度等。由于超小的物理尺寸，其表面原子密度高且表面积大，可产生巨大的扩散驱动力。大量室内物理模拟实验和油田矿场应用均表明，通过注入高性能纳米流体可显著提高原油采收率15-16。目前 EOR技术中
15、最常见的纳米颗粒主要包括金属氧化物纳米颗粒、无机纳米颗粒和有机纳米颗粒3类。金属氧化物纳米颗粒包括Al2O3，Ni2O3，CuO，MgO，ZnO，TiO2以及 Fe2O3/Fe3O4类等材质。其中，Al2O3和Ni2O3类能在盐水中降低油水界面张力和原油黏度，但其稳定性较差；CuO类能用于稠油开采，提高注入液黏度；MgO和ZnO类能显著降低原油的黏度，但会损伤地层砂岩的渗透性；TiO2类能改变岩石的润湿性，而原油黏度和界面张力无显著变化；Fe2O3/Fe3O4类主要通过降低原油黏度提高采收率，并且其具有独特的磁性，可用于快速破乳及循环回收利用。无机纳米颗粒其中SiO2类是最常用且最具有成本效益
16、的纳米粒子，通过硅烷偶联剂进行有序交联，可根据需求合成多种改性纳米材料，同时SiO2与砂岩的主要成分相似，对环境污染较小。MoS2纳米片是新型的柔性纳米材料，改性后具有较强的两亲性，可聚集在油水表面，形成微油滴。当进入稠油内部时，破坏沥青质紧密结构实现油藏降黏；也可改变岩石润湿性降低毛细管阻力，将油膜从岩石表面剥离。有机纳米颗粒其中碳材料纳米颗粒主要包括碳纳米球、碳纳米管、碳纳米纤维以及氧化石墨第30卷第1期沈浩等.驱油用Janus片状纳米材料研究现状 131 烯纳米片。作为新型的碳材料，具有许多优异的物理化学潜力，如将有机物或聚合物分子结合到颗粒表面，可获得诸多优异的性能。其他类型的有机纳米颗粒主要为各种功能性聚合物纳米球，其弹性强、可压缩，可提升其在油藏中的注入性和封堵性，扩大波及体积，提高采收率。虽然目前已报道多种纳米流体驱油剂体系，但有效的工业化应用相对较少17-18。研究人员将这一现象主要归咎于以下3点17，19-22：目前驱油用纳米材料的制备缺乏理论指导，制备困难，合成过程繁琐，反应程度不可控、表面基团调控受限且产率较低，难以满足大规模生产。相比于小分子的表面活性剂，纳米颗
