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納米沸石咪唑酯骨架ZIF-8顆粒的油水界面張力和接觸角測定及巖心驅替實驗——結果與討論、結論
來源：油田化學 瀏覽 720 次 發布時間:2025-06-25
2結果與討論
2.1納米粒子結構表征
納米ZIF-8顆粒的XRD譜圖如圖1所示。合成的樣品譜圖分布與標準譜圖匹配,且所獲得的衍射峰與文獻吻合,未出現雜峰,表明制備的樣品具有單一相且結晶度良好。由謝樂公式計算得到晶粒尺寸約為70 nm。由納米ZIF-8顆粒的掃描電鏡照片可見,ZIF-8顆粒形貌為六邊形,平均尺寸為65.8 nm,與XRD計算結果一致。
2.2納米流體的穩定性
納米ZIF-8流體的穩定性是評價其能否作為驅油劑的重要性質之一。將裝有不同濃度納米流體的樣品瓶靜置15 d后，當ZIF-8的質量分數為0.01%、0.03%時，納米顆粒在不同礦化度的流體中均保持穩定狀態,無沉淀生成,說明適當濃度的納米ZIF-8顆粒在水中有著良好的穩定性。當ZIF-8的質量分數為0.05%時,靜置后的納米流體產生了少量沉淀,表明過高濃度的ZIF-8會互相聚結,導致顆粒變大，進而發生聚沉。
根據DLVO理論,分散膠體的穩定性取決于顆粒間的范德華吸引力與靜電排斥力的相對大小。Zeta電位(ζ)為顆粒間相互作用的度量，ζ的絕對值越大，分散膠體越穩定。不同含量納米ZIF-8流體Zeta電位的變化如圖3所示。納米顆粒含量相同時,模擬地層水、低礦化度水的Zeta電位絕對值明顯低于去離子水。在納米粒子質量分數為0.03%時,模擬地層水的Zeta電位為-26.3 mV,比去離子水降低了38.3%。這是由于電解質的存在，尤其是高價反離子Ca2?、Mg2?的存在,降低了ZIF-8粒子間的靜電排斥力，壓縮了擴散層使其變薄，從而導致穩定性變差。同一礦化度下，增加納米ZIF-8的含量會使粒子間因布朗運動相互碰撞聚沉的概率增大,更易生成沉淀。其中,模擬地層水的ζ
最小值低至17.9 mV,這也是質量分數為0.05%時納米流體更易產生沉淀的原因。
2.3納米ZIF-8對油水界面張力的影響
用不同礦化度水制備的納米ZIF-8流體與模擬油間的界面張力隨ZIF-8加量的變化如圖4所示。未加入納米粒子時,3種礦化度水與原油間的界面張力分別為25.41、19.23和14.84 mN/m。適當稀釋地層水的礦化度可以降低油水間界面張力，這與文獻報道的結果一致。添加0.01%~0.05%納米ZIF-8后,納米流體與原油間的界面張力均明顯降低。其中，納米ZIF-8加量為0.03%的低礦化度水的油水界面張力值為3.97 mN/m，比未添加ZIF-8時降低了73.25%。這是由于納米顆粒在油水間產生了層狀結構,使其在界面上排列更緊密，從而降低了油水界面張力。在模擬地層水中，油水界面張力隨納米ZIF-8加量的增加呈現先降低后增大的趨勢，在加量為0.03%時達到最低。當ZIF-8加量為0.05%時，流體的穩定性變差，部分納米顆?？赡馨l生聚沉現象，導致降低油水界面張力能力減弱。
2.4納米ZIF-8對潤濕性的影響
當納米ZIF-8質量分數為0、0.01%、0.03%、0.05%時，用模擬地層水配制的納米流體與巖心切片表面的接觸角為114°、95°、78°、74°，用低礦化度水配制的納米流體與巖心切片表面的接觸角為109°、91°、73°、68°。未添加納米顆粒時，在2種水中的接觸角均大于105°，巖心切片表面更加親油。隨著納米顆粒加量的增大，接觸角逐漸減小;當加量為0.03%時，模擬地層水和低礦化度水與巖心切片的接觸角分別降低了31.6%和33.0%，且巖石表面轉為水濕，更有利于油滴由巖心切片表面剝落。這主要是由于納米顆粒能吸附于巖石表面使其潤濕性發生改變;另外，顆粒能在三相界面處產生楔形分離壓，導致三相間力的平衡被打破，從而引起潤濕性的變化，最終達到提高驅油效率的目的。納米ZIF-8加量提高至0.05%后，接觸角變化幅度較小。這是由于巖石表面吸附達到一定量后，吸附能力減弱，剩余納米顆粒主要分散在流體中及油水界面間,對改變潤濕性的作用減小。此外納米顆粒在低礦化度水中的效果優于在模擬地層水中，這與Sharma等的研究結果一致。
2.5巖心驅替實驗
在驅油機理實驗探究的基礎上，優選納米ZIF-8顆粒質量分數為0.03%的納米流體進行巖心驅替實驗。采收率及驅替壓力隨注入體積的變化如圖5所示。使用模擬地層水、低礦化度水首次驅替至無油產出時的采收率分別為40.24%、43.06%。轉注含納米ZIF-8顆粒的流體后，受益于巖石表面潤濕性向著更加水濕轉變以及油水間界面張力的降低，油滴更易被剝落，且在流動過程中更易被注入液包裹形成乳狀液，增強了微觀驅替效率，從而使得最終采收率分別提高了8.25百分點和10.71百分點。注入納米流體后，驅替壓力得到了一定的提升。這可能是由于納米顆粒堵住了部分高滲通道，流體向孔滲條件較差的小孔隙流動，從而提高了波及效率，在一定程度上也有助于采收率的提高。
結論
制備的納米ZIF-8顆粒平均直徑65.8 nm,相態單一無雜質。當納米ZIF-8顆粒的質量分數≤0.03%時，水分散體系靜置后無明顯沉淀產生，Zeta電位絕對值約為30 mV,表現出較好的分散性和穩定性。納米ZIF-8顆粒能在油水界面間形成緊密的界面膜，有效降低油水界面張力。由于納米ZIF-8顆粒的吸附，巖石表面的潤濕性由油濕轉為水濕，有利于油膜的剝離。在降低界面張力和改變潤濕性兩方面的作用下，轉注納米流體后的驅替效率得以增加。