纳米技术引领油气工业未来dd

纳米技术引领油气工业未来

碳60，灰黑色固体，形似足球，是除金刚石、石墨外以新的单质形态存在的碳，由60个碳原子构成。目前，人们将碳60应用于超导体、材料科学等领域的探索正在不断深入，我国在这方面的研究也已取得重大成果。

1985年，美国休斯顿赖斯大学研发出第一个纳米分子——碳60。1996年，理查德·E·斯莫利博士和罗伯特·F·克尔博士因该发现获诺贝尔化学奖。2005年，斯莫利博士去世，赖斯大学的纳米中心更名为理查德·E·斯莫利纳米科学与技术研究所，主要致力于纳米领域的创新研究。

斯莫利研究所所长韦德·亚当斯博士认为，目前的纳米研究在未来10~50年内，将会对油气行业上游领域产生巨大影响，并称其正在研制的碳纳米管纤维，理论强度远高于现有任何已知的纤维。

随着油田不断开采，目前大部分油田已采出40%的储量，剩下的60%仍然很可观。纳米技术在油气行业的应用潜力是无限的，比如通过把“纳米探测者”注入油藏，能够精确描述油藏。

目前，航空和医疗等行业正在进行纳米技术方面的创新，而油公司在纳米领域的研发相对较少。

石油工业将受益于纳米技术

由于在大宗材料中只需添加少量纳米材料，就可明显改变其光、磁、电性质，并形成具有各向异性的结构，纳米材料因而成为制造传感器的优良材料，而且有加强图像对比度的作用。

利用很多纳米材料具备的各向异性，可以使材料渗滤作用具有很强的方向性，因而能在不同方向上观察到差异很大的电学性质和力学性质。

这类纳米材料与智能液体相结合，可以做成对温度、压力和井下应力极为敏感的传感器，无需接触就可获得所需参数，而且利用纳米颗粒独有的光学特征表现（光吸收及荧光），无需放大信号。

同样，利用先进的磁探测器、分光探测器及改进的电脑，纳米颗粒可以在成像过程中成为明显的标识。经过化学改性处理的纳米颗粒集合成不同的流体域或孔洞，通过实时监测油藏和其中流体的流动状态，能有效提高波及效率，提高油气采收率。而且，这种先进探测器的纳米颗粒用量很少，用于开发测试小井眼的仪器和方法，可最大限度缩小钻井占地，降低钻探成本。

另外，纳米材料可以制做面积大、重量轻而且牢固的纳米膜，新一代的纳米膜可用于分离重油中的金属杂质和致密地层天然气中的杂质。利用微电子工业中的常规技术，制造高度均一、可再生重复使用的纳米膜的成本极具市场竞争力。这类纳米膜可用于脱除杂质、分离气流，提高天然气合成油的产量。

纳米材料、纳米成像和纳米膜在油气工业炼制加工方面大有用场。人们关心的是，纳米颗粒对人的健康、对环境的影响，以及在生产中大量应用纳米材料的成本。此外，对纳米颗粒的解析和性质进行定量研究的工具还有待开发。这些都是科技界需要继续研究的问题。从长期看，纳米技术将有助于石油开采、钻井、炼制与环境问题的综合解决。

美日预计纳米技术5～10年内投入商用

日本信州大学2008年10月开发出使用碳纳米管提高油田产量的技术，有望实现产量大幅度提高。研究小组负责人远藤守信说：“在钻井系统中使用碳纳米管，可以采出更深处的石油，油井产量将提高35%到70%。”

远藤说，高温和高压是影响油田产量的主要障碍，在石油开采过程中，在钻探杆中使用碳纳米管能够使钻井工具承受260摄氏度的高温和每平方厘米2.4吨的压力。

2009年，从事石油开发的美国Meridian资源公司总裁鲍尔·秦表示，纳米技术可望使油气采收率平均提高十个百分点。

美国先进能源财团和得克萨斯大学的研究人员表示，使用纳米传感器有望评估油气藏孔隙空间内岩石和流体的性质，进一步提高油气采收率。据估计，气藏孔内纳米传感器的商业化应用将在5~10年内实现。

纳米技术在石油和天然气工业中应用的研究将使开采所用材料和流体更为先进，预计在今后5年内这些领域纳米技术的应用将会呈爆发性发展。

国内纳米增产技术实验效果良好

纳微米逐级深部调驱材料使单井增产3倍

中国科学院理化技术研究所的光聚合与高分子材料研究组，研制出可大幅提高油田产量的纳微米逐级深部调驱材料，得到油田高度重视。

该材料和相关技术已在多个不同地质条件和开发程度的油田进行实验，结果表明，该材料可进入地层深部几十米甚至上百米，形成有效封堵，对应油井含水量明显下降，单井原油产量增幅达300％，有效期超过7个月。

注水开发通常是补给地层能量、提高石油采收率的最经济和最有效的手段。由于我国油藏大部分属于陆相沉积，含油饱和度相对较低、储层分散，渗透率级差大，因此，注水开发往往形成水相大型渗流通道，注入水不能在油藏中有效推动原油，形成无效循环，致使油井含水量上升快，造成水淹。现有的调剖材料和技术基本上都不能进入地层深部，只是在近井地带形成短小封堵，或者存在稳定性和可靠性差、成本高等问题。

纳微米逐级深部调驱材料的设计原理是利用纳微米尺寸的聚合物凝胶，沿渗水通道进入地层深部，遇水膨胀后，封堵渗水通道孔喉，造成水流改向，实现注入水波及体积的扩大。

其工业化应用的关键是解决两方面问题：一是廉价稳定生产纳微米凝胶技术；二是纳微米凝胶水化膨胀和尺寸控制技术。理化所研制的纳微米逐级深部调驱材料解决了这些问题，为我国三采技术的应用提供了更为广阔的空间，为油田的注水开发提供了可靠、高效、经济的提高采收率途径。

纳米粉体复合增注技术破解增注难题

2007年1月，一种纳米粉体复合增注技术，在中原油田采油二厂两口注水井进行先导实验，获得了重要的试验数据。

过去，由于不能完成配注水量，给对应油井带来了严重影响。技术人员对这两口井选用纳米粉体复合增注技术，利用酸、碱等解堵材料与纳米材料复合一起增注。

施工前先对地层进行预处理，清除近井地带孔隙中的油膜及地层中黏土以及钻井液中的机械颗粒，以便纳米粉体能牢固吸附在孔隙表面，然后将具有极强憎水亲油能力的纳米粉剂挤入地层。当纳米材料吸附到亲水砂岩表面后，会改善水油两相中水相的渗透率，从而大大降低注入水的流动阻力。

这两口井分别注入降压增注剂40立方米，降压增注效果明显提高。

纳米有机金属活性复合物增采稠油15%

提高石油采收率的纳米有机金属活性复合物由山东油化化工科技有限公司研制成功，并通过新产品鉴定。

纳米有机金属活性复合物利用模板法原理，在活性聚合物中导入具有催化活性和磁性的油溶性纳米金属复合物。油田试用效果显著：可使稠油黏度至少降低到2％左右，且不黏管壁，提高采收率约15％，并改善了原油品质；不含硫和氯，因此不对原油产生新的污染，有利于原油炼制；对含油地层没有损害。但目前国内外真正将油溶性纳米金属复合物用于提高稠油采收率生产还未见报道。

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