納米材料改善壓裂液性能及驅(qū)油機(jī)理研究

劉建坤， 蔣廷學(xué)， 黃 靜， 吳春方， 賈文峰， 陳 晨

（1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京 102206；2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 102206）

致密砂巖油藏儲層普遍具有巖性致密、孔滲條件差、喉道半徑小、孔喉比大及連通性差等特點[1–6]，壓裂液進(jìn)入儲層后更易堵塞儲層孔喉，產(chǎn)生吸附滯留及固相堵塞等一些不可逆的傷害[7–9]。近年來，研發(fā)適用于致密油藏壓裂液時，如何改善壓裂液的性能及研究功能性壓裂液已成為該領(lǐng)域的一個重要研究方向[10–11]。納米材料具有獨(dú)特的物化性質(zhì)，如尺寸效應(yīng)、較強(qiáng)的吸附力和表面可改性等特點，能夠深入儲層內(nèi)部而不受孔喉尺寸的制約[12–20]。另外，通過對納米粒子的設(shè)計和修飾，可以使其對致密油藏原有的表界面性質(zhì)、剩余油等產(chǎn)生一定的積極作用，因此，近年來被廣泛應(yīng)用到水基壓裂液中。水基壓裂液添加納米材料后可以降低壓裂液的濾失量、提高壓裂液的攜砂性能、降低表界面張力、提高驅(qū)油效果和返排率等[10–11]，從而提高壓裂改造的增產(chǎn)效果。T.Huang 和 J.B.Crews 等人[21–24]提出引入納米顆粒降低VES清潔壓裂液的濾失量和提高壓裂液的耐溫性；M.R.Gurluk 等人[25]在 VES 清潔壓裂液中添加氧化鎂及氧化鋅納米顆粒，制備得到納米改性清潔壓裂液，納米顆粒的加入提高了壓裂液的耐溫性。楊兆中等人[26]開展了納米顆粒在高溫條件下對VES泡沫壓裂液性能影響的研究，發(fā)現(xiàn)納米SiO2顆粒的加入提高了壓裂液的高溫抗剪切性、黏彈性、穩(wěn)定性和攜砂性。段瑤瑤等人[27]通過優(yōu)選疏水締合高分子聚合物和納米材料顆粒ZnO，研發(fā)了納米復(fù)合清潔壓裂液，該壓裂液具有更好的耐溫性能及耐剪切性能，較好的降濾失性、黏彈性及攜砂性。壓裂液中添加納米材料后可以改善壓裂液的性能，具有良好的應(yīng)用前景，但目前大部分納米材料在壓裂液中的應(yīng)用研究仍集中在配方優(yōu)化和效果評價層面，對于納米材料在壓裂液中的作用機(jī)理尚未進(jìn)行深入研究，研究報道也相對較少，而納米材料在壓裂液中的作用機(jī)理是指導(dǎo)研發(fā)具有高效驅(qū)油和返排效果納米壓裂液的理論依據(jù)和基礎(chǔ)，因此開展該方面研究顯得尤為重要。

為此，筆者篩選了具有代表性的納米材料，將納米材料分散在SRFP型聚合物清潔壓裂液體系中，通過納米材料在砂巖表面的吸附結(jié)構(gòu)模型及吸附動力學(xué)模型，從微觀層面觀察納米材料的形態(tài)特征、分析納米材料與壓裂液及與巖石表面之間的相互作用，研究納米材料改善壓裂液性能及驅(qū)油效果的機(jī)理。

1 納米材料的合成及表征

1.1 納米材料的合成

1.1.1 納米 SiO2的合成

以正硅酸乙酯（TEOS）為硅源，采用溶膠–凝膠法合成納米SiO2，合成反應(yīng)方程式為：

納米 SiO2的具體合成步驟：1）將 4.6 mL TEOS、100 mL無水乙醇加入到250 mL燒杯中混合，并用磁力攪拌器在常溫下攪拌1 h，配成A液；2）在圓底燒瓶中將 0.4 mL 去離子水、7.6 mL 濃氨水（NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%）與80 mL無水乙醇混合，并用磁力攪拌器在常溫下攪拌1 h，配成B液；3）將A液用酸式滴定管逐滴加入到圓底燒瓶B液中，在室溫條件下攪拌 20 h；4）將步驟 3）所得液體在–0.095 MPa、35 ℃條件下，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至6 mL，用酸式滴定管將該液體以0.05 mL/s的速度加入到10 mL甲苯溶液中，并高速攪拌2 min后離心，用無水乙醇洗滌后離心3次自然揮發(fā)得到白色納米SiO2。單分散納米SiO2球形顆粒的形成過程如圖1所示。

圖1 單分散納米SiO2球形顆粒的形成過程Fig.1 Formation process of monodisperse spherical nano-SiO2 particles

1.1.2 納米材料 SiO2-C8的合成

以辛基三甲氧基硅烷和制備得到的納米SiO2為原料，采用油浴回流法合成納米材料SiO2-C8，其化學(xué)反應(yīng)式為式（1）。

具體制備方法為：向含有 0.6 mmol（0.2 mL）辛基三甲氧基硅烷的甲苯（6.0 mL）中加入 1.0 g 納米SiO2，油?。囟?105 ℃）回流 4 h 后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，并用甲苯洗滌后干燥，即得到疏水納米材料SiO2-C8。

1.1.3 納米材料 SiO2-QAS 的合成

納米SiO2表面鍵合季銨鹽（QAS），合成納米材料SiO2-QAS，其化學(xué)反應(yīng)式為式（2）。

具體制備方法為：1）納米SiO2與γ-氯丙基三甲氧基硅烷反應(yīng)。將5.0 g納米SiO2加入到40 mL甲苯中，攪拌 30 min，慢慢加入2 mL 水，并且在攪拌狀態(tài)下滴加 0.034 1 mol（6.3 mL）γ-氯丙基三甲氧基硅烷，加熱到 85 ℃，反應(yīng) 6 h，過濾得到用 γ-氯丙基三甲氧基硅烷改性的納米SiO2，將得到的產(chǎn)物在索氏抽提器中用甲苯抽提24 h，除去未反應(yīng)的γ-氯丙基三甲氧基硅烷，在60 ℃溫度下真空干燥。2）納米SiO2季銨鹽衍生物的合成。將用γ-氯丙基三甲氧基硅烷改性的納米SiO2在乙腈中攪拌反應(yīng)30 min，在攪拌狀態(tài)下滴加 0.03 mol（9.2 mL）N，N-二甲基十四烷基叔胺，加熱反應(yīng)一段時間，用乙腈抽提24 h，真空干燥，得到純凈的用N，N-二甲基十四烷基叔胺改性的疏水帶電納米材料SiO2-QAS。

1.2 納米材料的表征

利用FTIR、SEM及元素分析儀，對制備出的單分散納米SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS等3種納米材料進(jìn)行表征。由3種納米材料的紅外光譜特征峰可知，SiO2與C8及QAS接枝成功（見圖2）。對3種納米材料進(jìn)行元素分析，結(jié)果：SiO2中C元素的含量為0，H元素的含量為3.797%，N元素的含量為0；SiO2-C8中C元素的含量為4.540%，H元素的含量為2.328%，N元素的含量為0；SiO2-QAS中C元素的含量為11.086%，H元素的含量為5.918%，N元素的含量1.203%。元素分析也表明，SiO2與C8及QAS接枝成功。由掃描電子顯微鏡掃描納米SiO2微球的圖像可以看出，納米SiO2微球的平均粒徑為50 nm（見圖3）。

圖2 3種納米材料的紅外光譜圖Fig.2 Infrared spectrogram of 3 nanomaterials

圖3 納米SiO2微球的SEM圖像Fig.3 SEM images of nano SiO2 particles

2 納米材料對清潔壓裂液性能的影響

2.1 納米材料在清潔壓裂液中的分散性

SRFP型疏水締合聚合物清潔壓裂液主要由SRFP-1增稠劑、SRFC-1交聯(lián)劑、SRCS-1黏土穩(wěn)定劑和SRCU-1助排劑組成，具有低殘渣、低傷害、黏度可調(diào)、配制簡單、穩(wěn)定性好、不變質(zhì)和成本低等優(yōu)點[28–29]。

超聲分散是降低納米粒子團(tuán)聚的有效方法，超聲處理可有效防止團(tuán)聚而使納米顆粒在溶液中充分分散，超聲波的能量作用于納米顆粒，會破壞分子之間的物理交聯(lián)點，降低分子運(yùn)動阻力。

采用超聲處理與機(jī)械攪拌相結(jié)合的方法，測試SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS等3種納米材料在SRFP型清潔壓裂液中的分散性，具體測試步驟為：1）分別稱取 0.3 g 3 種納米材料，并將其加入到 30 mL SRFP型清潔壓裂液中；2）采用超聲處理與機(jī)械攪拌相結(jié)合的方法，將其分散到SRFP型清潔壓裂液中，每間隔1 min觀察一下3種納米材料的分散狀況。觀察結(jié)果表明：SiO2-QAS和SiO2經(jīng)過超聲處理后攪拌4 min就能完全均勻分散到SRFP型清潔壓裂液中，SiO2-C8經(jīng)過超聲處理后攪拌5 min也能完全均勻分散到SRFP型清潔壓裂液中。

2.2 納米材料加量優(yōu)化

SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS等3種納米材料各分別稱取 0.40，0.20，0.10 和 0.02 g，采用超聲處理和機(jī)械攪拌相結(jié)合的方法，將其分散到20 mL SRFP型清潔壓裂液（加量分別為2.0%，1.0%，0.5%和0.1%）中，測定完全均勻分散的時間，結(jié)果見圖4—圖6。

圖4 SiO2納米微球的分散時間Fig.4 Dispersion time of SiO2 nanoparticles

圖5 納米材料SiO2-C8的分散時間Fig.5 Dispersion time of nanomaterial SiO2-C8

圖6 納米材料SiO2-QAS的分散時間Fig.6 Dispersion time of nanomaterial SiO2-QAS

由圖4—圖6可以看出：SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS等3種納米材料的加量為0.1%～1.0%時，隨其加量增大，分散時間整體表現(xiàn)出縮短的趨勢；3種納米材料的加量為0.5%～1.0%時分散性最好。

2.3 納米材料在清潔壓裂液中的穩(wěn)定性

分別將0.5%的SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS加入到SRFP型清潔壓裂液中，使其分散在SRFP型清潔壓裂液中，在常溫條件下靜置24 h后，未觀察到納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象。這表明SiO2，SiO2-C8和SiO2-QAS等3種納米材料在SRFP型清潔壓裂液中均具有較好的穩(wěn)定性。

2.4 清潔壓裂液加入納米材料后的性能

為明確SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS等3種納米材料的疏水性能和SRFP型清潔壓裂液加入3種納米材料的微觀性能，測定了SRFP型清潔壓裂液加入納米材料破膠后的表面張力，以判斷3種納米材料分散在SRFP型清潔壓裂液中是否能降低其表面張力。結(jié)果表明：低黏SRFP型清潔壓裂液分別加入0.1%、0.5%、1.0%和2.0%的SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS后，其表面張力大幅度降低（見表1）。另外，測定了低黏SRFP型清潔壓裂液加入0.5%納米材料（SiO2、SiO2-C8和 SiO2-QAS）前后的表界面張力（見表2），結(jié)果表明，3種納米材料均可有效降低低黏SRFP型清潔壓裂液的表界面張力，界面張力甚至可以降低一個數(shù)量級。

表1 低黏清潔壓裂液加入納米材料前后的表面張力Table 1 Surface tension before and after nanomaterials added to low-viscosity clean fracturing fluids mN/m

表2 低黏清潔壓裂液加入納米材料前后的表界面張力Table 2 Surface and interfacial tension before and after nanomaterials added into low-viscosity clean fracturing fluids

SRFP型清潔壓裂液分別加入SiO2、SiO2-C8和SiO2-QAS，配制成不同黏度的納米驅(qū)油壓裂液（低黏納米驅(qū)油壓裂液配方為：0.20%SRFP-1增稠劑+0.30%SRCS-1黏土穩(wěn)定劑+0.10%SRCU-1助排劑+0.12%SRFC-1交聯(lián)劑+0.50%納米材料；中黏納米驅(qū)油壓裂液配方為：0.30%SRFP-1增稠劑+0.30%SRCS-1黏土穩(wěn)定劑+0.10%SRCU-1助排劑+0.16%SRFC-1交聯(lián)劑+0.50%納米材料；高黏納米驅(qū)油壓裂液配方為：0.45%SRFP-1增稠劑+ 0.30%SRCS-1黏土穩(wěn)定劑+0.10%SRCU-1助排劑+0.25%SRFC-1交聯(lián)劑+0.50%納米材料），測定SRFP型清潔壓裂液加入3種納米材料前后的流變性能，結(jié)果表明：SRFP型清潔壓裂液加入3種納米材料后，不但未影響其流變性能，而且還小幅度改善了其耐溫耐剪切性能（見圖7和圖8）。

圖7 中黏SRFP型清潔壓裂液的流變曲線Fig.7 Rheological curve of medium-viscosity SRFP clean fracturing fluids

圖8 中黏納米驅(qū)油壓裂液的流變曲線Fig.8 Rheological curve of medium-viscosity nano oil displacement fracturing fluids

在90 ℃溫度下，測定高黏納米驅(qū)油壓裂液加入0.01%，0.03%，0.05%和0.08%過硫酸銨（APS）破膠 2 h 后的黏度，結(jié)果為 1.6，1.4，1.1 和 1.1 mPa·s，可以看出破膠效果較好，且無絮凝現(xiàn)象。選用鄂南涇河長8致密油儲層的6塊巖心，在儲層溫度（70 ℃）下進(jìn)行了納米驅(qū)油壓裂液（SiO2、SiO2-C8、SiO2-QAS）破膠液的傷害試驗，納米驅(qū)油壓裂液破膠液對巖心的傷害率在10.9%～16.7%，平均為14.1%；高黏納米驅(qū)油壓裂液對巖心的傷害率與清潔壓裂液基本持平。采用摩阻儀測得納米驅(qū)油壓裂液（SiO2、SiO2-C8、SiO2-QAS）的降阻率在 64%～70%，壓裂現(xiàn)場實測納米驅(qū)油壓裂液的降阻率不低于67%。

3 納米材料砂巖表面驅(qū)油機(jī)理研究

3.1 α-SiO2（010）面的建立和超晶胞化

致密砂巖儲層巖石礦物成分以石英為主，α-石英（α-SiO2）是分布最廣的一種石英晶型[30]。α-SiO2晶體的空間群為P3221，群號為154，紅色表示氧原子，黃色表示硅原子（見圖9）。原胞結(jié)構(gòu)中共含有3個Si原子和6個O原子，是Si原子和O原子形成的四面體結(jié)構(gòu)原子晶態(tài)，整個晶體可以看作是一個具體的分子，SiO2是最簡式，而不是分子式。α-SiO2晶體的初始晶格常數(shù)為a=b=0.491 370 nm，c=0.540 513 nm；優(yōu)化后的晶格常數(shù)為a=b=0.490 720 nm，c=0.541 997 nm，與試驗結(jié)果基本一致。對原胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，得到 α-SiO2（010）面后建立一個 12×3×1的超胞，如圖9所示。

圖9 （12×3×1）α-SiO2（010）面物理模型Fig.9 Physical model of (12×3×1)α-SiO2(010) surface

對超胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算時，將非表面層原子固定，而表層硅原子與被吸附油氣分子在結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算中的位置可變，以此模擬表面硅原子對氣體分子的吸附，既可減少計算量，又可忽略基底厚度對其的影響。固定非表層原子后α-SiO2（010）面的結(jié)構(gòu)如圖10所示，其中的白色表示被固定的原子。

圖10 固定后的（12×3×1）α-SiO2（010）面物理模型Fig.10 Physical model of fixed (12×3×1)α-SiO2(010) surface

3.2 納米材料在砂巖表面的吸附結(jié)構(gòu)模型及能量變化

為了研究納米材料加入壓裂液后其在砂巖表面的吸附機(jī)理，首先建立了C6H14、SiO2-C8和SiO2-QAS的分子模型，并優(yōu)化了吸附結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后SiO2-C8和SiO2-QAS分子在α-SiO2（010）面上的吸附結(jié)構(gòu)模型如圖11和圖12所示，利用吸附能計算公式計算了C6H14、SiO2-C8和SiO2-QAS分子吸附在α-SiO2（010）面的吸附能，結(jié)果見表3。吸附能計算公式為：

圖11 SiO2-C8在α-SiO2（010）面的吸附結(jié)構(gòu)模型Fig.11 Adsorption structure model of SiO2-C8 on α-SiO2(010) surface

圖12 SiO2-QAS在α-SiO2（010）面的吸附結(jié)構(gòu)模型Fig.12 Adsorption structure model of SiO2-QAS on α-SiO2(010) surface

表3 C6H14、SiO2-C8、SiO2-QAS 在 α-SiO2（010）面的吸附能Table 3 Adsorption energy of C6H14, SiO2-C8 and SiO2-QAS molecules on the α-SiO2(010) surface

式中：Ead（x?y）為物質(zhì)x吸附在物質(zhì)y面的吸附能，eV；Et（x?y）為物質(zhì)x吸附物質(zhì)y后的總能量，eV；Et（x）為物質(zhì)x吸附在物質(zhì)y前的總能，eV；Et（y）為物質(zhì)y吸附物質(zhì)x前的總能，eV。

由表3可知，與C6H14相比，SiO2-C8和SiO2-QAS容易吸附在SiO2超胞表面，且吸附更穩(wěn)定。當(dāng)SiO2-C8和SiO2-QAS的分散液注入砂巖油藏后，SiO2-C8和SiO2-QAS分子與C6H14分子在砂巖表面形成競爭吸附，由于SiO2-C8和SiO2-QAS分子與砂巖表面的吸附能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于C6H14分子與砂巖表面的吸附能，故SiO2-C8和SiO2-QAS分子會將砂巖表面的C6H14分子擠掉，并緊密吸附在砂巖表面，達(dá)到驅(qū)油目的。另外通過計算得知，SiO2-C8和SiO2-QAS 對 C6H14的吸附能較低（–0.85和–1.06 eV），也更利于C6H14被置換出來。

3.3 納米材料在砂巖表面的吸附動力學(xué)機(jī)理研究

選擇羧基改性SiO2作為固體表面，C6H14作為油分子模型；制作模擬構(gòu)型時，建立了一個大小為5.380 nm×5.056 nm×5.711 nm 的周期格子，Z軸垂直于SiO2表面，在所有方向上考慮周期邊界條件。

將H2O和C6H14放進(jìn)所構(gòu)建的周期格子里，模擬H2O和C6H14向羧基改性SiO2表面吸附聚集2 ns時的情況，模擬結(jié)果顯示，隨著模擬時間增長，H2O逐漸向羧基改性SiO2表面聚集，而C6H14的聚集作用不明顯。將SiO2-C8和SiO2-QAS放進(jìn)所構(gòu)建的周期格子里，模擬SiO2-C8和SiO2-QAS向羧基改性SiO2表面吸附聚集2 ns時的情況，結(jié)果如圖13和圖14所示。由圖13和圖14可以看出，SiO2-C8和SiO2-QAS在羧基改性SiO2表面產(chǎn)生明顯的聚集現(xiàn)象，并且在2 ns時SiO2-C8在羧基改性SiO2表面呈現(xiàn)出啞鈴形結(jié)構(gòu)，表明羧基改性SiO2表面對SiO2-C8和SiO2-QAS有一定的吸附作用。

圖13 SiO2-C8在砂巖表面的吸附聚集過程Fig.13 Adsorption and deposition process of SiO2-C8 on the sandstone surface

圖14 SiO2-QAS在砂巖表面的吸附聚集過程Fig.14 Adsorption and deposition process of SiO2-QAS on the sandstone surface

為清晰觀察相分離過程及SiO2-C8、SiO2-QAS的作用，選取C6H14-H2O作為油水體系，初始二元溶液隨機(jī)分布，加入163個C6H14和1 832個H2O分子到周期格子后，模擬C6H14和H2O分子向羧基改性SiO2表面吸附聚集 2.0 ns時的情況，結(jié)果顯示：t=0 ns時油水處于完全混溶狀態(tài)；由于表面的氫鍵作用，水分子開始逐漸向羧基改性SiO2表面聚集，在t=0.1 ns時能看到許多水分子聚集在羧基改性SiO2表面，此時的水通道并不明顯；當(dāng)體系逐漸穩(wěn)定平衡（0.5 ns）時，油和羧基改性SiO2表面的水分子通道變得非常明顯；隨著模擬時間增長，越來越多的水分子聚集到羧基改性SiO2表面，水通道逐漸變寬，但是即使是到了2.0 ns時，油中也存在著較多的水分子。

為了研究SiO2-C8和SiO2-QAS在油水分離過程中所起的作用，H2O、C6H14和SiO2-C8或SiO2-QAS按9.0∶0.8∶0.2的摩爾比填充周期格子后，模擬H2O、C6H14和SiO2-C8或SiO2-QAS向羧基改性SiO2表面吸附聚集2.0 ns時的情況，結(jié)果如圖15和圖16所示。由圖15可知：t=0 ns時 H2O、C6H14和SiO2-C8分子處于完全混溶狀態(tài)；在t=0.1 ns時能看到許多水分子聚集在羧基改性SiO2表面，并且SiO2-C8分子向油水界面移動；在t=0.5 ns時SiO2-C8分子主要吸附在油水界面，水分子通道在油和SiO2表面形成；隨著模擬時間增長，水通道逐漸變寬，有一定量的SiO2-C8分布在油水界面，與未添加SiO2-C8分子時的油水分離過程相比，油中的水分子數(shù)量大大減少。由圖16可知，t=0 ns時H2O，C6H14和SiO2-QAS分子處于完全混溶狀態(tài)；在t=0.1 ns時與上述2種油水分離過程相比，在羧基改性SiO2表面上能看到明顯的水分子通道，表明SiO2-QAS能使油水分離速度加快，并且SiO2-QAS向油水界面移動；在t=0.5 ns時SiO2-QAS分子主要吸附在油水界面，水分子通道變得更寬；隨著模擬時間增長，水分子通道變得越來越寬，SiO2-QAS分布在油水界面，與未添加SiO2-QAS分子時的油水分離過程相比，油中的水分子數(shù)量大大減少。

圖15 加入SiO2-C8后的油水分離過程Fig.15 Oil-water separation process after adding SiO2-C8

圖16 加入SiO2-QAS后的油水分離過程Fig.16 Oil-water separation process after adding SiO2-QAS

3.4 納米材料提高壓裂液驅(qū)油效率試驗

選取鄂南涇河長8致密油儲層的8塊巖樣，采用平行巖樣比對方法，分別用2塊巖樣進(jìn)行低黏清潔壓裂液和低黏納米（SiO2、SiO2-C8、SiO2-QAS）驅(qū)油壓裂液的驅(qū)油試驗。具體步驟為：1）巖樣飽和模擬地層水并進(jìn)行第1次核磁共振測量；2）用去氫煤油驅(qū)替巖樣，建立飽和油束縛水狀態(tài)并進(jìn)行第2次核磁共振測量；3）反向擠入1倍孔隙體積的低黏清潔壓裂液或低黏納米驅(qū)油壓裂液，然后進(jìn)行第3次核磁共振測量；4）用去氫煤油正向驅(qū)替返排壓裂液，返排出1倍孔隙體積液體后進(jìn)行第4次核磁共振測量；5）利用步驟2）和步驟3）測得巖樣的含水飽和度計算擠入壓裂液前后巖樣的含油飽和度，從而得出不同壓裂液體系對巖樣含油飽和度的影響。計算結(jié)果表明：擠入低黏清潔壓裂液2塊平行巖樣的含油飽和度分別降低了6.39%和12.86%；擠入低黏納米（SiO2）驅(qū)油壓裂液2塊平行巖樣的含油飽和度分別降低了21.4%和23.7%；擠入低黏納米（SiO2-C8）驅(qū)油壓裂液2塊平行巖樣的含油飽和度分別降低了26.6%和29.2%；擠入低黏納米（SiO2-QAS）驅(qū)油壓裂液2塊平行巖樣的含油飽和度分別降低了29.0%和34.12%。由試驗結(jié)果可以看出，低黏納米驅(qū)油壓裂液的驅(qū)油效率明顯高于普通低黏清潔壓裂液，其中低黏納米（SiO2-QAS）驅(qū)油壓裂液的驅(qū)油性能最佳。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）在納米尺度對SiO2進(jìn)行C8和季銨鹽（QAS）修飾，合成了粒徑為50 nm的疏水納米材料SiO2-C8和疏水帶電納米材料SiO2-QAS。

2）SiO2-C8及SiO2-QAS在SRFP型疏水締合聚合物清潔壓裂液中具有較好的分散穩(wěn)定性，可有效降低該壓裂液的表面張力，表現(xiàn)出較好的耐溫耐剪切、低傷害、高降阻等性能；SiO2-C8和SiO2-QAS在砂巖表面的吸附能及吸附動力學(xué)特征，有利于其將砂巖表面的油分子置換出，促進(jìn)油水分離，可提高SRFP型疏水締合聚合物清潔壓裂液的驅(qū)油性能，其中SiO2-QAS的性能最佳。

3）從微觀角度分析了清潔壓裂液加入納米材料后改善其性能及提高其驅(qū)油效果的微觀作用機(jī)理，可為功能性壓裂液發(fā)展及研制提供理論支持，對于致密油、頁巖油體積壓裂方案的優(yōu)化及壓裂液的優(yōu)選具有一定的指導(dǎo)作用。