2結(jié)果與討論

2.1納米粒子結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)譜圖匹配,且所獲得的衍射峰與文獻(xiàn)吻合,未出現(xiàn)雜峰,表明制備的樣品具有單一相且結(jié)晶度良好。由謝樂公式計(jì)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(jì)算結(jié)果一致。

2.2納米流體的穩(wěn)定性

納米ZIF-8流體的穩(wěn)定性是評價(jià)其能否作為驅(qū)油劑的重要性質(zhì)之一。將裝有不同濃度納米流體的樣品瓶靜置15 d后，當(dāng)ZIF-8的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%、0.03%時(shí)，納米顆粒在不同礦化度的流體中均保持穩(wěn)定狀態(tài),無沉淀生成,說明適當(dāng)濃度的納米ZIF-8顆粒在水中有著良好的穩(wěn)定性。當(dāng)ZIF-8的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí),靜置后的納米流體產(chǎn)生了少量沉淀,表明過高濃度的ZIF-8會互相聚結(jié),導(dǎo)致顆粒變大，進(jìn)而發(fā)生聚沉。

根據(jù)DLVO理論,分散膠體的穩(wěn)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(wěn)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(shí),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(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%時(shí),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(zhì)的存在，尤其是高價(jià)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(kuò)散層使其變薄，從而導(dǎo)致穩(wěn)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(yùn)動(dòng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)納米流體更易產(chǎn)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(shí),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(dāng)稀釋地層水的礦化度可以降低油水間界面張力，這與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)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(shí)降低了73.25%。這是由于納米顆粒在油水間產(chǎn)生了層狀結(jié)構(gòu),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(xiàn)先降低后增大的趨勢，在加量為0.03%時(shí)達(dá)到最低。當(dāng)ZIF-8加量為0.05%時(shí)，流體的穩(wěn)定性變差，部分納米顆粒可能發(fā)生聚沉現(xiàn)象，導(dǎo)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(dāng)納米ZIF-8質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、0.01%、0.03%、0.05%時(shí)，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(shí)，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(dāng)加量為0.03%時(shí)，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?guī)r石表面轉(zhuǎn)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(fā)生改變;另外，顆粒能在三相界面處產(chǎn)生楔形分離壓，導(dǎo)致三相間力的平衡被打破，從而引起潤濕性的變化，最終達(dá)到提高驅(qū)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(dá)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(yōu)于在模擬地層水中，這與Sharma等的研究結(jié)果一致。

2.5巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

在驅(qū)油機(jī)理實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，優(yōu)選納米ZIF-8顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%的納米流體進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。采收率及驅(qū)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(qū)替至無油產(chǎn)出時(shí)的采收率分別為40.24%、43.06%。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變以及油水間界面張力的降低，油滴更易被剝落，且在流動(dòng)過程中更易被注入液包裹形成乳狀液，增強(qiáng)了微觀驅(qū)替效率，從而使得最終采收率分別提高了8.25百分點(diǎn)和10.71百分點(diǎn)。注入納米流體后，驅(qū)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(dòng)，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(jié)論

制備的納米ZIF-8顆粒平均直徑65.8 nm,相態(tài)單一無雜質(zhì)。當(dāng)納米ZIF-8顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.03%時(shí)，水分散體系靜置后無明顯沉淀產(chǎn)生，Zeta電位絕對值約為30 mV,表現(xiàn)出較好的分散性和穩(wěn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)注納米流體后的驅(qū)替效率得以增加。