纳米技术在石油工业中的应用展望

1、中廉油田股份公司采油工程技术研老院一、纳米技术概况二、纳米技术的应用三、纳米技术在石油工业上的应用前景预测纳米技术在油田上的研究与应用一、纳米技术概况爱因斯坦预言：未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军。定义纳米是一个长度单位，把10-9m的长度定为1nanometer纳米科技是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用，以及利用这些特性的科学和技术.纳米(Nanometer)数千纳米（生物细胞，如红细胞）纳米尺度io个氢原子为1纳米DNA分子约为2.5纳米百万纳米（大头针头）数十亿纳米（2米高为20亿纳米）小于1纳米（原子的直径为十分之几纳米）什么是纳米技术？纳米技术是在纳米尺度内国通

2、过对原子、分子的操纵国通过对物质反应、传输和转变的炜o=实现创造新的材料、器件充分利用它们的特殊的性能1.纳米技术一新工业革命的主导技术纳米技术是21世纪科技发展的制高点，是新工业革命的主导技术。年份亿马克37222000200020052010年份投资情况1997年2000年美国1.934.98日本1.984.2德国1.913.7印度:加大投入发展纳米产业单位：亿美元名人预测乔纳森斯彭斯一美国耶鲁大学中国现代史教授中国在21世纪魔术般的成为超级先进国家,纳米技术是可选择的重要途径。罗雷尔一诺贝尔物理奖获得者七十年度重视微米技术的国家都已成为发达国家,现在重视纳米技术的国家有可能成为下一世纪的

3、先进国家环境纳米技术能消除水中小于200纳米和空气冲小于20纳米的污染物。环境探测器纳米结构反应器拉胀基元国内拉胀材料的研究现状:北京大学（合成、复舎）洛阳工学院（复合）郑州大学（合成）成都科技大学（共混）拉胀基元的分子设计g©=0、4492坯=0%0731乐尹_0.0009o=0.0096%=010042近期可能的突破:I、基于“拉胀基元粉概念合戚的技胀聚合物III2、拉胀性分子复合材料（拉胀基元+非拉胀聚合物）拉张材料研究北大、郑大等2国外纳米技术的研究水平1959年查德费曼提提出分子.原子基础上加工材料。80-90年代STM扫描隧道.ATM原子显微镜的出现为纳米的研究提供了最直

4、观的手段，加速了纳米技术的研究和发展。q美国在纳米结构组装体系，高比表面纳米颗粒制备与合成、纳米生物学方面均处于领先地位。q欧洲主要在纳米器件、纳米仪器.陶瓷和其它结构材料方面的研究中处于领先。日本在纳米复合材料方面具有优势。美国在纳米技术研究开发上每年投入5亿美元,参与该计划硏究的有国防.能源、航天等有关部门。现在，欧.日都建立了各自的研究中心开展纳米技术的研究。3 国内纳米技术的现状我国每年投入纳米技术的经费约700万美元，主要集中在纳米材料的合成与制备方面。尽管在纳米碳管、材料方面都取得了很大的成绩，但与欧美.日在纳米器件的研究方面差距很大。4 纳米科技涉及的领域 纳米材料 纳米器件 纳

5、米结构的检测与表征5 纳米技术的意义纳米技术的研究，通过改变微观世界的结构从而使宏观表现出不同的特性,利用这些特性，应用于工业、农业.电子.军事.医学等领域、制造出特殊功能的产品为人类服务，纳米技术将对当今世界的科技发展带来革命性的飞跃。NXm纳米技术的应用民用:超小型高速计算机.民用建筑材料.纳米医学等研究方面都有广阔的应用前景。工业:纳米陶瓷发动札纳米液体磁性密封材料等方面等在工业上应用广泛。军事:隐形飞机、麻雀卫星.针尖炸弹.“苍蝇”飞机、“蚂蚁士兵”纳米技术三大关键纳米技术的应用进展取决于以下三个关键技术的突破(1)超精度纳米检测与加工方法纳米材料纳米电机系统三.纳米技术在石油工业上的

6、应用前景预测1.在压裂技术方面的应用降低摩阻通过纳米材料改进压裂液性能，使流体内摩阻大大降低，提高泵的实际排量，压裂出更长更宽的裂缝，提高压裂措施的有效率和增产幅度。改变压裂液的剪切性-粘度关系若纳米材料加入压裂液中，使压裂液剪切粘度性能指标变好，则可在相同地面粘度下提高砂比。改变支撑剂的性能好的支撑剂应具有高弹性.高粘度、低破碎率和低密度。通过纳米材料的应用，改变分子内部相互之间的性质，若使支撑剂密度降低到1左右，可采用清水或盐水压裂，可大大降低压裂液对地层的伤害并降低压裂成本。目前支撑剂陶粒主要成分为Al2o3.S102.Fe2O3.Ti02,通过纳米材料对其结构性能改善，提高强度降低破碎

7、率，可以提高支撑裂缝导流能力，并延长支撑裂缝的有效期。目前纳米材料在陶瓷性能改善上已取得了很大进展，支撑剂成份与陶瓷成份相似，通过纳米技术改善支撑剂的性能是完全可行的。2.在石油管道防腐上的应用设备与容器的腐蚀都是从点蚀开始的，纳米材料具有超细结构，可以均匀渗透到防腐设备的每个细微之处。因此我们可以利用纳米材料的超精细性能，在石油管道、设备.容器上形成一层致密的防腐膜,起到有效防腐的作用。3管.杆.泵.容器及机采设备自清洁利用纳米材料的双疏性，把双疏纳米材料均匀处理分散到机采设备等的表面，这样可使其既不粘油又不粘水，减少每次作业对管柱设备的清洗工作量,达到机采设备的自清洗，同时也可以利用这种特

8、性制出免清洗作业服。目前已经制造出了自清洁领带和自清洁瓷砖。4.在管道流体输送方面的应用在输水管道内涂上疏水纳米材料,可大大降低水流阻力，同样在输送高粘稠油管道内壁上的疏油纳米材料，可减少油流粘滞阻力，降低摩阻，减小输送压力，因此纳米材料这些性质在管道流体输送方面有着重要应用价值。5.在联合站油水分离方面的应用目前联合站的油水分离是采用机械物理与化学破乳剂破乳相结合的方法进行油水分离的，由于破乳剂性能受油水性质影响较大，有肘不能稳定有效地分离油水，造成分离效果差，若利用纳米的超界面性质，进行油水分离技术研究,可能取得意想不到的效果。6用纳米材料改善提高油田常用橡胶件性能目前油田常用橡胶件普遍存

9、在耐温性差，易老化等问题，通过纳米材料的改性，提高橡胶件的质量，特别对封隔器胶筒既要有硬度和弹性，又要具有耐温、耐油的特点。7.在油田污水净化处理方面的应用可利用纳米材料的高比表面的性质，对污水进行快速有效的净化处理。8在石油化工炼制中的应用催化剂是石油化工炼制中最重要的添加剂，它有三方的作用：(1) 提高反映速度，增加反应效率(2) 决定反应路径，有优良的选择性(3) 降低反应温度!1!由于纳米颗粒尺寸小，表面所占的百分比大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配伍不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具有了作为催化剂的基本条件。纳米粒子的表面形态研究指出粒径越小，表面光华度变越差，形

10、成了凸凹不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，在石油化工上通过使用新型的纳米催化剂，可降低反应条件并有利于合成新的化学物质。9.纳米技术在提高采收率方面的前景作为添加剂极大改善调剖堵水剂的性能在三次采油中，改变聚合物性能,发挥表界面活性作用提高采收率。远景设想制成纳米工业机器人,进入油层去采油。四.纳米技术在油田矿场研究应用我们研制出了一种粉体纳米二氧化硅，颗粒直径在10-30nm,比表面在640-900nf/g,这种纳米级的粉体具有超强的疏水性质，利用这些性质,用于油水井增产增注中。室内试验部分(1)对Si。?表面的性质改变研究:砂岩的组成以Si。？为主，一般砂岩中Si。？含量在80%左右

11、。为了便于实验，以玻璃代替砂岩逬行实验，测定表面润湿性变化，发现经过纳米材料处理后润湿性发生了很大变化。润湿性变化如演示所示。(演示)可以看出：润湿角39.0°转变为140。,表面润湿性由亲水转变为憎水。(2)下图是1mm和05mm两组毛细玻璃管进行毛细现象的对比实验。(演示)从实验中可以发现，处理后的毛细管力变为水流阻力，因此可以将上述原理用于油井堵水。动态实验人造砂岩岩心在不同驱替驱替液渗透率变化曲线现场应用油井堵水堵水凍理纳米粉体材料可以破解油水膜，扩大渗流通道，号一方面吸附在孔喉表面的粉体可以对水的流动产生毛细管阻力，从而起到堵水作用。堵水井例桩11井油井堵水，措施前日产液33.5m3,含水98.5%,日产油0.5t,2000.10.8采用粉体纳米二氧化硅材料进行堵水施工，措施后日产液日产液30.6m3,含水78.6%,日产油65t,截至目前，该井日产液28.1诫，含水89%,日产油30t,堵水效果显著。水井増注增注虑理纳米粉体材料可以破解喉道水膜，增大渗流通道，从而起到增注的