納米顆粒增強驅油的微尺度力學機理研究

《納米顆粒增強驅油的微尺度力學機理研究》是依託中國科學技術大學，由吳恆安擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米顆粒增強驅油的微尺度力學機理研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：吳恆安
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

特定的納米顆粒均勻分散在納米驅替液中可增強驅油效果，其微尺度作用機理研究對納米驅替液分子尺度設計和油田套用具有重要的科學意義。一個公認的機理是納米顆粒具有很大的比表面積和表面能，能大大降低油水界面張力。另一個可能的重要機理是納米顆粒進入油滴和岩石界面區域引起的複雜微尺度力學相互作用。針對後者，連讀力學的流體浸潤和鋪展理論不再適用。本項目擬建立含納米顆粒驅油劑驅油的粗化分子動力學模型，並用分子動力學模擬方法研究岩石、油滴、驅替液、納米顆粒多相之間的相互作用，特別是納米顆粒對多相界面移動的影響。研究得到納米顆粒參數（物性、尺寸、形狀、濃度）對多相界面形態的影響規律，理解含納米顆粒驅油劑驅油的微關機理，判別油滴從岩石界面剝離的條件，從而為納米驅替液的分子尺度設計提供理論指導，達到最佳化驅油效率並提高採收率的目標。

結題摘要

納米流體內含有的納米顆粒，一方面可改變油水界面張力，另一方面會改變油滴和岩石界面區域的複雜微尺度力學相互作用，從而增強驅油效果，其微尺度作用機理研究對納米驅替液分子尺度設計和油田套用具有重要的科學意義。本項目通過建立含納米顆粒驅油劑驅油的粗化分子動力學模型，並用分子動力學模擬方法研究岩石、油滴、驅替液、納米顆粒多相之間的相互作用，特別是納米顆粒對多相界面移動的影響，研究得到了納米顆粒參數對多相界面形態的影響規律，理解了含納米顆粒驅油劑驅油的微觀機理，提出了判別油滴從岩石界面剝離的條件。本項目取得的重要研究成果有，建立了一整套研究納米驅油分子機制的新的研究方法，專門開發了針對納米流體及石油、岩石壁面等複雜體系的分子動力學模擬的前處理建模程式，可以直接生成符合大規模分子動力學並行模擬程式LAMMPS接口規範的構型檔案。研究了納米流體增強驅油效率的分子機制，認清了納米顆粒表面吸附對驅油過程的影響，研究表明：疏水納米顆粒更促進油滴從固體壁面的脫附，帶電納米顆粒會使浸沒在納米流體溶液中吸附於固體壁面的油滴發生自脫附現象。帶電納米顆粒改變油滴潤濕狀態，即使沒有出現自發脫附壁面，在驅替液沖刷等外力作用下，也會使得納米油滴更容易脫附固體壁面。分析了納米流體動態潤濕行為的主動調控機制，解釋了納米顆粒在三相接觸線附近的釘扎機制，本項目的研究工作表明，通過改變納米顆粒的性質，可以實現對納米流體動態潤濕行為的主動調控，這將對後續的納米顆粒增強驅油機制的分析有著重要的鋪墊作用。這些原創性的研究成果將為納米驅替液的分子尺度設計提供理論指導，從而達到最佳化驅油效率並提高採收率的目標。本項目完成計畫任務書的既定目標，項目執行期間組織管理得當，進展順利。項目負責人獲2015年度國家傑出青年科學基金資助。