新型超亲水SiO2-TiO2纳米颗粒协同Tween 80与Carbomer 940增强碳酸盐岩储层残余油动用机制研究

针对碳酸盐岩储层采收率低的问题，伊朗伊拉姆大学团队开发了含Tween 80和Carbomer 940的SiO2-TiO2纳米复合体系。通过FT-IR、FE-SEM等表征证实其结构稳定性，核心驱替实验显示该纳米流体使界面张力降至2.26 mN/m，接触角从161°降至25°，三次采油阶段提高采收率34%，为化学驱EOR提供了新型高效解决方案。

　　

在石油开采领域，如何提高碳酸盐岩储层的原油采收率始终是行业痛点。传统水驱技术仅能采出约20%的原油，大量残余油因储层天然裂缝发育和强疏水性而滞留地下。更棘手的是，现有化学驱技术面临聚合物热稳定性差、表面活性剂吸附严重等技术瓶颈。面对这些挑战，伊拉姆大学石油与化学工程系的研究团队独辟蹊径，将纳米技术、聚合物化学和低矿化度水驱技术进行创新性融合，开发出具有超亲水特性的纳米复合驱油体系。

这项发表于《Fungal Biology》的研究采用了多尺度表征与驱替实验相结合的技术路线。通过溶胶-凝胶法合成SiO₂-TiO₂纳米颗粒后，创新性地引入非离子表面活性剂Tween 80和聚丙烯酸聚合物Carbomer 940进行表面修饰。研究团队运用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析官能团结构，X射线衍射(XRD)鉴定晶相组成，场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)观察形貌特征。在驱替性能评价方面，采用悬滴法测定界面张力(IFT)， sessile drop法测量接触角，并在模拟储层条件下开展岩心驱替实验。

研究结果部分揭示了一系列重要发现：

3.1 纳米复合材料表征

XRD图谱显示TiO₂以锐钛矿相存在(2θ=25.3°)，SiO₂呈现典型无定形特征。FT-IR在970 cm^-1处检测到Ti-O-Si键特征峰，证实了纳米复合结构的成功构建。TEM图像显示20-50 nm的TiO₂颗粒均匀分散在SiO₂基质中，这种特殊结构为后续表面修饰奠定了基础。

3.2 纳米流体稳定性

Zeta电位测试表明，0.04 wt%纳米复合体系在低矿化度水(LSW)中电位达-43 mV，动态光散射(DLS)显示粒径稳定在97 nm。热重分析(TGA)证实材料在90℃下仅失重3%，满足油田高温应用需求。

3.3 提高采收率性能

界面张力从23 mN/m骤降至2.26 mN/m，降幅达90%。接触角测试显示，油湿碳酸盐岩(161°)经纳米流体处理后转变为强水湿状态(25°)。岩心驱替实验更取得突破性进展：在三次采油阶段注入纳米流体后，采收率提升34%，显著高于文献报道的单一组分体系效果。

3.4 驱替机制解析

研究揭示了多组分协同作用机理：Tween 80通过降低IFT促进油滴剥离，Carbomer 940通过增粘作用扩大波及体积，而纳米颗粒则通过形成"楔形膜"产生结构分离压力。XPS分析发现Ti-OH和Si-OH基团在岩石表面的化学吸附是润湿性改变的关键。

这项研究的意义不仅在于开发出新型纳米复合驱油剂，更开创了"纳米材料-聚合物-表面活性剂"三元协同体系的设计思路。相比传统聚合物驱，该体系在高温高盐环境下表现出更优异的稳定性；相较于单纯纳米流体，其驱油效率提升近40%。特别是通过精准调控LSW的离子组成(如SO₄^2-/Ca²⁺比例)，实现了对储层润湿性的定向调控，为碳酸盐岩油藏高效开发提供了全新解决方案。研究团队特别指出，该技术原料易得、制备工艺简单，每桶原油处理成本可降低15-20%，具有显著的工业化应用前景。