张 旋,张天赐,蒋 平,葛际江,张贵才

(中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛 266580)

纳米颗粒在食品化学[1]、 生物医学[2]、 日用化工[3]及能源开发[4]等行业应用愈加广泛,尤其在石油开发中通过稳定泡沫或者乳液[5,6]可以达到调剖堵水和提高采收率的效果.纳米颗粒在水溶液中稳定主要依靠其表面强负电性产生的静电排斥力作用,但在油藏条件下地层水中的无机盐离子会屏蔽颗粒间的静电力,从而纳米颗粒发生聚结沉淀.Worthen[7]通过γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、 聚氧乙烯硅烷等对纳米颗粒改性以增加颗粒间的空间斥力,从而达到在高盐水中稳定存在的效果,拓宽了纳米颗粒在工程领域的应用范围.当疏水基团吸附于纳米颗粒表面后,纳米颗粒具有一定的界面活性,可以自发吸附于气-液或油-水界面,且不同于表面活性剂的可逆吸附过程,纳米颗粒在界面的吸附基本属于不可逆吸附过程[8],Binks[9]提出了纳米颗粒在界面吸附能ΔE的计算公式ΔE=-πr2γ(1-|cosθ|)2(其中,θ为纳米颗粒在界面的三相接触角,γ为界面张力,r为纳米颗粒半径).表面活性剂的可逆吸附导致在液膜形变过程中,由于局部浓度降低产生了表面张力梯度,从而表面活性剂分子由浓度较高的Plateau边界向低浓度薄液膜区域扩散,即产生马兰戈尼(Marangoni)效应,增强了泡沫稳定性.而纳米颗粒吸附层由于其为不可逆过程,导致液膜在收缩过程中的界面黏弹性增加,阻力增加,继而延缓了泡沫奥氏(Ostwald)熟化及液膜……