楊兆中，朱靜怡，李小剛，費陽，徐彬予

（1西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)國家重點實驗室，四川 成都 610500；2阿德萊德大學(xué)，澳大利亞石油學(xué)院澳大利亞 阿德萊德 5000）

納米顆粒穩(wěn)定泡沫在油氣開采中的研究進展

楊兆中1，朱靜怡1，李小剛1，費陽2，徐彬予1

（1西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)國家重點實驗室，四川 成都 610500；2阿德萊德大學(xué)，澳大利亞石油學(xué)院澳大利亞 阿德萊德 5000）

近年來納米技術(shù)使得傳統(tǒng)油氣開采方法悄然轉(zhuǎn)型，針對泡沫流體穩(wěn)定性差等問題，研究者們提出加入納米顆粒對泡沫系統(tǒng)進行穩(wěn)定。本文詳細(xì)介紹了部分疏水型和親水型兩種類型納米顆粒穩(wěn)定泡沫機理的異同，闡述了納米顆粒在氣液界面的不可逆吸附是穩(wěn)定泡沫的主要機理；綜述了納米顆粒穩(wěn)定的泡沫在提高采收率和泡沫壓裂液中的最新應(yīng)用，分析表明納米顆粒不僅大幅度增加了泡沫的穩(wěn)定性，并且能提高泡沫驅(qū)和壓裂液的液體效率；指出了納米顆粒穩(wěn)定泡沫的問題在于納米顆粒與泡沫流體作用復(fù)雜、改性的納米顆粒成本較高、對低孔低滲地層的潛在傷害、缺乏工業(yè)化應(yīng)用等；提出了用親水納米顆粒與表面活性劑協(xié)同穩(wěn)泡降低成本、針對不同泡沫性能來優(yōu)化納米顆粒與表面活性劑的濃度、將納米顆粒穩(wěn)定泡沫應(yīng)用到非常規(guī)油氣藏等研究方向，最后展望了納米技術(shù)在石油領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

石油；納米顆粒；泡沫；穩(wěn)泡機理；提高采收率；泡沫壓裂液

泡沫流體是擁有特殊結(jié)構(gòu)的非牛頓流體，其中氣體是分散相，液體是連續(xù)相。泡沫流體由于具有密度低、液相向地層滲濾小、攜帶固體顆粒能力強、對地層傷害小、易從地層排出等優(yōu)點，在石油工業(yè)的鉆井、油氣增產(chǎn)、提高采收率等各個方面都有很大的應(yīng)用潛力[1-4]。但同時，泡沫流體也面臨一些技術(shù)和經(jīng)濟上的挑戰(zhàn)，例如氣體的來源、壓縮的成本和表面活性劑在巖石上的吸附等[5]，但最大的問題還是泡沫流體的穩(wěn)定性[6]。泡沫流體是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，在油藏條件下，表面活性劑在高溫高壓下會熱解，而離子型的表面活性劑在高礦化度下會沉淀，另外泡沫流體遇到地層原油會消泡[7]。為了得到更穩(wěn)定的泡沫體系，目前最主要的辦法是加入聚丙烯酰胺等穩(wěn)泡劑[8]，但大分子的穩(wěn)泡劑往往會對地層造成額外的傷害，而且價格昂貴，在高溫下易分解。因此基于以上的不足，需要找到一種新的替代品來穩(wěn)定泡沫，進一步拓展泡沫的應(yīng)用范圍。

近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，許多研究者都致力于將納米技術(shù)理念充分應(yīng)用到傳統(tǒng)的油氣開采中[9-10]，以應(yīng)對全球日益增長的油氣需求，典型的有納米可分解壓裂球[11]、納米VES壓裂液[12]、納米流體提高采收率[13]等。同時，已有研究證明在泡沫基液中加入固體顆?？梢蕴岣吲菽姆€(wěn)定性[14-15]。納米顆粒作為擁有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的納米級固體顆粒，在穩(wěn)定泡沫中更具有極大的應(yīng)用前景和優(yōu)勢[16]。本文作者詳細(xì)介紹了納米顆粒穩(wěn)定泡沫的機理，綜述了納米顆粒穩(wěn)定泡沫在提高采收率和泡沫壓裂液中的應(yīng)用，并對今后的研究方向和應(yīng)用前景進行了展望。

1 納米顆粒穩(wěn)定泡沫的機理

表面活性劑能幫助形成泡沫的其中一個原因便是泡沫的表面具有彈性，這意味著氣泡可以抵擋外界的沖擊。當(dāng)氣泡收到擠壓、拉伸和變形時，局部的表面張力梯度能引起表面的收縮，以達到復(fù)原的作用[17]。加入納米顆粒以后，在合適的接觸角下，納米顆粒會吸附在氣液界面，進一步增加泡沫表面的彈性。與表面活性劑所不同的是，這個吸附能非常大，是一種不可逆的吸附，吸附能的計算由BINKS[18]在2002年提出，具體見式(1)。

式中，E為吸附能，J；r為納米顆粒的半徑，10–9m；γαβ為氣液間的界面張力，N/m；θ為納米顆粒在界面的接觸角，（°）。例如對于80nm的顆粒吸附在CO2/水的界面（γαβ=0.02N/m）接觸角為90°時，吸附能在50℃可達到90000kT（k為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度）。

正因為表面活性劑會動態(tài)地吸附和脫附于界面，納米顆粒這種不可逆的吸附才能更有效地穩(wěn)定泡沫，增加泡沫的表面彈性，提高馬朗格尼效應(yīng)。另外吸附在界面的納米顆?？梢宰璧K液相在液膜中的流動，延緩液膜的變薄，從而阻止泡沫的粗化和并聚。

1.1 部分疏水型納米顆粒穩(wěn)定泡沫

納米顆粒能吸附在氣液界面，一個重要的因素便是顆粒的潤濕性，它由接觸角定義θ，相當(dāng)于表面活性劑的親水親油平衡數(shù)[19]。當(dāng)接觸角微微高于或者低于90°下產(chǎn)生的泡沫都非常穩(wěn)定。圖1中經(jīng)過改性的部分疏水納米顆粒吸附在氣液表面形成單層膜可以很好地穩(wěn)定泡沫[20]。

圖1 部分疏水納米顆粒吸附在氣液界面穩(wěn)定泡沫示意圖[20]

除了單獨的部分疏水納米顆粒穩(wěn)定泡沫[21]，表面活性劑和部分疏水型納米顆粒共同穩(wěn)定泡沫也是現(xiàn)在研究的熱點之一[22]。SUN等[23]在2015年發(fā)現(xiàn)部分疏水的納米SiO2顆粒和陰離子表面活性劑SDS的混合物一起，可以對產(chǎn)生的泡沫起到協(xié)同穩(wěn)定的作用。協(xié)同穩(wěn)定泡沫的機理是帶負(fù)電的陰離子表面活性劑在帶正電的疏水納米顆粒的分散液中，由于靜電的相互作用，SDS分子會吸附在SiO2納米顆粒的表面。在適合的濃度下，被表面活性劑吸附的納米顆粒同時吸附在氣液表面，形成了一個空間阻礙層，不僅能增加氣泡表面的彈性，還能進一步阻礙液相的流動，從而起到一個協(xié)同穩(wěn)定泡沫的作用。

1.2 親水型納米顆粒穩(wěn)定泡沫

部分疏水型的納米顆?？梢杂行Х€(wěn)定泡沫，但是原始商業(yè)化使用的納米顆粒都是絕對親水或者疏水的，必須通過潤濕性的改變才能使得顆粒表面具有活性。常規(guī)改變潤濕性的方法是對納米顆粒進行均勻表面涂層，例如對完全親水的SiO2顆粒進行表面硅烷化處理[24]。這就增加了納米顆粒的成本。因此研究者們提出了將親水型納米顆粒與表面活性劑一起協(xié)同穩(wěn)定泡沫的理念[25-26]。

BINKS等[27]在2008年發(fā)現(xiàn)空氣含水泡沫可以被親水型的納米SiO2顆粒和陽離子表面活性劑CTAB協(xié)同穩(wěn)定。其穩(wěn)定泡沫機理是，在一定濃度CTAB下，一部分自由的CTAB以起泡劑的角色存在于基液中用于起泡，一部分CTAB由于靜電力和范德華力吸附在呈負(fù)電的親水SiO2納米顆粒上，此時CTAB疏水的尾部暴露在外，使得被吸附的SiO2顆粒變得疏水。改變了潤濕性的SiO2顆粒足以吸附在起泡后的空氣/水的界面，從而穩(wěn)定泡沫（如圖2）。但由于部分CTAB吸附在納米顆粒上，因此協(xié)同穩(wěn)定泡沫的泡沫體積要略小于相同濃度CTAB起泡的體積。

圖2 親水型納米顆粒與陽離子表面活性劑穩(wěn)定泡沫示意圖

基于以上的理念，CUI等[28]將呈正電的親水CaCO3分散液與陰離子表面活性劑SDS混合物，得到了穩(wěn)定的空氣泡沫，而且NaCl的加入不僅可以提高SDS在顆粒表面的吸附效率，而且能提高表面活化的納米顆粒在空氣/水界面的吸附。

納米顆粒在氣/液表面不可逆的吸附，體現(xiàn)了其在穩(wěn)定泡沫上不同于表面活性劑的獨特優(yōu)點。部分疏水型和親水型的納米顆粒都可以穩(wěn)定泡沫，但是由于成本的影響，本文作者認(rèn)為親水型納米顆粒和表面活性劑協(xié)同穩(wěn)定泡沫更具有應(yīng)用前景。納米顆粒在泡沫流體系統(tǒng)的存在是一個復(fù)雜的問題，具體應(yīng)用到油氣開采的不同領(lǐng)域中時，需要更加深入地研究納米顆粒與泡沫之間的相互作用、納米顆粒與表面活性劑的匹配機制等。

另外在石油行業(yè)中，關(guān)于泡沫的流變性還沒有確切的評價標(biāo)準(zhǔn)，更別說加入納米顆粒的情況了。同時泡沫質(zhì)量對泡沫流變性影響非常大，而泡沫質(zhì)量在地層中的變化歸根結(jié)底是泡沫析水的影響，因此找到影響泡沫析水的主要因素，可以為后來學(xué)者更精確地對泡沫流變性的表征提供思路。

2 納米穩(wěn)定下泡沫驅(qū)提高采收率

納米顆粒穩(wěn)定泡沫雖然不算新興技術(shù)，但在石油工業(yè)領(lǐng)域尚還處于室內(nèi)研究階段，其中最多的研究方向要屬提高采收率。由于泡沫在地層中具有較高的黏度，可以避免驅(qū)替前緣呈指狀穿入被驅(qū)替相油區(qū)的現(xiàn)象，而且泡沫具有“堵大不堵小”和“堵水不堵油”的特點，特別適用于非均質(zhì)性的地層。泡沫驅(qū)既可以改善波及效率，又可以提高驅(qū)油效率，是一種很具前景的提高采收率方法[29]。但是泡沫的穩(wěn)定性一直是阻礙泡沫驅(qū)進一步應(yīng)用的挑戰(zhàn)，而室內(nèi)實驗已經(jīng)證明納米顆?？梢越鉀Q這個問題，現(xiàn)在可在有條件的地區(qū)給予小型試驗的支持，為以后的現(xiàn)場應(yīng)用提供指導(dǎo)。

2.1 納米顆粒穩(wěn)定下的二氧化碳泡沫驅(qū)

CO2泡沫驅(qū)可以有效控制CO2的流度，解決CO2易于呈指狀穿入油區(qū)、由于密度低沿地層向上而波及效率降低等問題。WORTHEN等[30]在沒有用表面活性劑，在1200～3000psi（1psi=6.895kPa）下用超臨界狀態(tài)的CO2流體與50%硅烷化覆膜的部分疏水納米SiO2顆粒穩(wěn)定泡沫，產(chǎn)生的CO2泡沫可以在23h下保持透明穩(wěn)定，可以有效用于CO2泡沫驅(qū)。

YU等[31]在2013年將納米SiO2分散液與超臨界的CO2一起注入砂巖巖心，產(chǎn)生CO2泡沫。實驗測定了泡沫的流度和顆粒的滯留情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米顆粒穩(wěn)定下的CO2泡沫不僅能在水驅(qū)后提高砂巖的采收率，而且?guī)r心的滲透率幾乎不變，說明納米顆粒不會堵塞地層，可以在孔隙中運移傳輸。一年后YU等[32]用同樣的方法研究了不同潤濕性SiO2顆粒對產(chǎn)生CO2泡沫的影響，研究得出部分疏水的SiO2產(chǎn)生的泡沫起泡性和穩(wěn)泡性最好，不僅減少了CO2泡沫的流度，而且提高了表觀黏度。

另外SAN等[33]研究了不同礦化度對納米穩(wěn)定下CO2泡沫的影響，發(fā)現(xiàn)在一定濃度下NaCl和CaCl2對泡沫的起泡性、穩(wěn)泡性、流度的控制都有促進作用，但是多價離子對CO2泡沫的穩(wěn)定性有抑制作用。

縱觀以上的研究得出，納米顆粒除了能在油藏條件下很好穩(wěn)定CO2泡沫，還能提高CO2泡沫的黏度，從而控制流度。然而，室內(nèi)的實驗主要都以部分疏水型的納米顆粒為主，而且沒有表面活性劑存在，但泡沫也可以被親水型納米顆粒與表面活性劑協(xié)同穩(wěn)定泡沫，因此考慮親水型的納米顆粒來穩(wěn)定泡沫，進一步減少成本，是今后的研究方向之一。另外地層深度下的地層水礦化度都較高，不同離子對CO2泡沫的促進與抑制機理還需要進一步深入研究。

2.2 納米顆粒穩(wěn)定下的氮氣泡沫驅(qū)

相比于CO2，N2的性質(zhì)更加穩(wěn)定，不會腐蝕地面設(shè)備與井下管柱，并且密度低、靜水壓頭低，適用于中淺深度油氣藏。為了解決N2泡沫的不穩(wěn)定性，SUN等[34]將部分疏水SiO2與陰離子表面活性劑SDS一起注入微模型和砂巖充填模型中驅(qū)油，以評價泡沫的穩(wěn)定性和提高采收率效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SiO2/SDS泡沫比SDS泡沫的熱穩(wěn)定性更好，而且對均質(zhì)抑或非均質(zhì)的地層都有很好的驅(qū)油性質(zhì)。

SINGH等[35]用熒光顯微鏡下觀察到納米顆粒存在于泡沫的Plateau邊界中，有效延緩了泡沫的析水和粗化。在水驅(qū)后，注入納米SiO2顆粒和表面活性劑協(xié)同產(chǎn)生的泡沫，采收率能提高10%左右。

為了進一步節(jié)約成本，EFTEKHARI等[36]用煤的副產(chǎn)物納米級飛灰顆粒與陰離子表面活性AOS一起注入到多孔介質(zhì)中，研究產(chǎn)生N2泡沫的起泡性和穩(wěn)泡性。實驗發(fā)現(xiàn)加入納米飛灰以后，泡沫起泡性更好，驅(qū)出來的油也更多，并且在油存在時，比單獨AOS產(chǎn)生的泡沫具有更佳的穩(wěn)定性。

除了常規(guī)的N2泡沫驅(qū)，針對高重度、高黏度的稠油油藏時，N2蒸氣泡沫驅(qū)油技術(shù)不失為一種有效的提高采收率方法。為了克服泡沫穩(wěn)定性和大量添加劑損失等問題，KHAJEHPOUR等[37]在油藏條件下，優(yōu)選了SiO2納米顆粒的濃度和表面活性劑的種類，并將二者協(xié)同產(chǎn)生的泡沫用于巖心驅(qū)油實驗。研究表明納米顆粒的加入能更好地降低流度，控制蒸氣泡沫。

無論CO2泡沫抑或N2泡沫，室內(nèi)實驗已表明泡沫的起泡性、穩(wěn)泡性、流度控制效果和提高采收率效果在加入納米顆粒后都能有效地提高。如何將納米顆粒穩(wěn)泡與油田化學(xué)技術(shù)相結(jié)合，進一步應(yīng)用于現(xiàn)場，是必須要邁出的一步。此外我國在油氣開采領(lǐng)域正從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣跨越，而納米顆粒穩(wěn)定下的泡沫在應(yīng)用于非常規(guī)油氣資源時，納米顆粒在地層中的流動和滯留是否會對低孔低滲的非常規(guī)油資源造成傷害是必須要解決和回答的問題。

3 納米穩(wěn)定下泡沫壓裂液

水力壓裂作為一種開采油氣藏主要的增產(chǎn)措施，還存在著一些不足，例如常規(guī)的水基凍膠壓裂液對地層的傷害高、對水資源需求量大，特別對于外來液體易于引起黏土礦物膨脹、分散、運移，即水敏性強的地層會導(dǎo)致滲透率的進一步降低。泡沫壓裂液具有對地層傷害小、液相向地層滲濾低、黏度高、攜帶支撐劑能力強、易于從地層排出的優(yōu)點，正好適用于水敏性嚴(yán)重的低滲地層[38]。然而在高溫高壓下泡沫的不穩(wěn)定性，限制了其應(yīng)用。針對以上問題，研究者們提出用納米顆粒穩(wěn)定泡沫，并對該新型壓裂液進行了一系列的分析與評價[39]。室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬的結(jié)果都表明納米顆粒在穩(wěn)定泡沫和提高液體效率方面都有獨特的優(yōu)點，但加入納米顆粒是否會增加壓裂液對地層的傷害，是一直爭論的焦點。本文作者認(rèn)為超分散的納米顆粒是不會產(chǎn)生傷害的，但如何保持地層條件下納米顆粒的分散性，是值得深思的。

EMRANI等[40]在2015年分析了在有納米顆粒（SiO2和Fe2O3）的加入下，對 CO2/AOS泡沫性能的影響，結(jié)果表明納米顆粒加入可以提高CO2泡沫的穩(wěn)定性，其中SiO2的效果最佳。同年，LV等[41]研究了部分疏水SiO2和陰離子表面活性劑SDBS穩(wěn)定下泡沫的性質(zhì)，包括流變性、懸砂性、液相向地層的滲濾程度和對地層的傷害。TEM圖片顯示SiO2/SDBS泡沫下的微觀結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，這對壓裂液的性能至關(guān)重要。實驗數(shù)據(jù)表明SiO2顆粒的加入雖然傷害性略有增加，但壓裂液懸浮支撐劑和降低液相向地層滲濾的能力都有明顯的增強。

XIAO等[42]在2016年用泡沫回流裝置深入研究了納米SiO2顆粒和陰離子表面活性劑ANS協(xié)同穩(wěn)定下的超臨界CO2泡沫的流變性，分析了支撐劑在CO2泡沫下的運移和沉降，實驗得到以下結(jié)論：第一，高礦化度下需要高剪切速率才能產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫；第二，納米顆粒的加入使得泡沫在原油存在下能保持一定的穩(wěn)定性；第三，支撐劑的沉降速度可以由泡沫流變性來控制。

除了室內(nèi)的實驗研究，QAJAR等[43]針對納米顆粒穩(wěn)定的新型泡沫壓裂液，建立了新的耦合數(shù)學(xué)模型，模擬了有納米顆粒存在下壓裂液向地層滲濾和從地層排出的情況，比較了滑溜水、常規(guī)水基壓裂液和納米穩(wěn)定的泡沫壓裂液三者裂縫延伸的差異。模擬表明泡沫壓裂液從地層中排出迅速，是水基壓裂液排出地層時間的1/100倍。裂縫延伸結(jié)果顯示，高黏的壓裂液造寬縫和短縫，而低黏的水造長縫和窄縫。

以上研究表明，針對CO2泡沫壓裂液，納米顆粒對其性能的提高非常顯著。除了穩(wěn)定性的增加以外，納米顆粒在Plateau邊界中的存在可以減緩支撐劑的沉降和減小液相向地層的滲濾。然而，納米顆粒穩(wěn)定下的N2泡沫壓裂液還未有探索和研究。因此對于性質(zhì)穩(wěn)定、摩阻小、更適用于低壓低溫井的N2泡沫壓裂液，加入納米顆粒是很有研究價值的，并且確定兩種不同泡沫壓裂液的異同和適用范圍，也是很有必要的。另外對于特殊的超高溫深層，可以考慮加入黏彈性表面活性劑（VES）形成VES泡沫，因為當(dāng)VES的濃度超過臨界膠束濃度時，蠕蟲狀的膠束就會被納米顆粒吸附在表面，從而形成擬交聯(lián)的結(jié)構(gòu)[44]，進一步提高VES泡沫的黏度和穩(wěn)定性。最后，煤層氣作為重要的新型能源，而我國能源局也在“十三五”計劃期間加快了對煤層氣的勘探開發(fā)，是否可以將納米顆粒穩(wěn)定的泡沫壓裂液用于煤層氣的開發(fā)當(dāng)中，也是極具研究前景的。

需要注意的是，與泡沫驅(qū)要求泡沫擁有較長的穩(wěn)定時間不同，泡沫壓裂液要求泡沫流體有較高的黏度和良好的流變性，以便于攜帶支撐劑。所以在納米顆粒穩(wěn)定下的泡沫壓裂液的應(yīng)用中，研究者們更注重壓裂液懸浮支撐劑、降低液相向地層的滲濾和減少對地層傷害的能力。

4 納米顆粒穩(wěn)定泡沫的問題與展望

低油價雖然促使一些石油巨頭大幅度削減研發(fā)開支，但許多高校目前正在致力于將納米技術(shù)應(yīng)用于油氣開采領(lǐng)域，其中納米顆粒穩(wěn)定泡沫便是最近的熱門研究方向之一。當(dāng)然在納米顆粒穩(wěn)定泡沫進入實用化的道路中，認(rèn)為面臨的挑戰(zhàn)和今后的研究展望主要有以下幾個方面。

（1）納米顆粒穩(wěn)定泡沫的機理和影響因素還需要深入研究。例如在加入納米顆粒以后，界面之間相互作用力（范德華力、靜電力、空間排斥力、分離壓力）的變化規(guī)律還沒徹底完善。另外有學(xué)者發(fā)現(xiàn)加入非離子表面活性劑也能與納米顆粒協(xié)同穩(wěn)泡[45]，說明除了靜電吸附改變顆粒表面的潤濕性外，還有另外的穩(wěn)定泡沫機理。解決了這些問題，才能優(yōu)化納米顆粒和表面活性劑的濃度，從而將不同性能的泡沫應(yīng)用到不同的油氣開采領(lǐng)域當(dāng)中。

（2）現(xiàn)有石油行業(yè)中還未有關(guān)于泡沫流變性的確切標(biāo)準(zhǔn)，更別說納米顆粒穩(wěn)定下的泡沫流變性。影響泡沫流變性的最根本原因是泡沫的析水，因此研究常溫常壓下與地層條件下納米顆粒穩(wěn)定下泡沫的析水速率，結(jié)合理論的泡沫析水速率計算，找出影響泡沫析水的主要因素，可對泡沫流變學(xué)的表征提供方向和思路。

（3）一些室內(nèi)研究所用的實驗材料是部分疏水的納米顆粒，必須要通過表面改性才能得到，這進一步增加了成本。但是當(dāng)前低迷的能源價格需要納米成本進一步低價化。優(yōu)化納米顆粒的濃度和考慮用親水型的納米顆粒和表面活性劑一起協(xié)同穩(wěn)定泡沫都是應(yīng)對的思路。

（4）目前納米穩(wěn)定泡沫在油氣開采中的應(yīng)用還僅僅停留在室內(nèi)實驗研究階段。關(guān)于納米穩(wěn)定下泡沫在地層中的滲流、納米顆粒在孔隙中的滯留、支撐劑在納米泡沫壓裂液中的沉降的相關(guān)數(shù)值模擬很少，現(xiàn)場的小型的試驗更是幾乎沒有。然而將實驗數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果相結(jié)合，應(yīng)用到現(xiàn)場的試驗是必須要進行的。這也能為解決納米顆粒對地層的潛在傷害提供依據(jù)。

（5）納米顆粒穩(wěn)定泡沫在提高采收率和泡沫壓裂液中的研究可以相互借鑒，但也需要認(rèn)清不同泡沫體系的差異和性能要求，例如泡沫壓裂液要求有較好的攜砂能力。除了這兩個方面的研究，相信隨著油氣開采納米時代的到來，納米穩(wěn)定泡沫還能應(yīng)用到泡沫酸化、泡沫排水采氣、泡沫壓井等中。

納米穩(wěn)定泡沫可以解決很多傳統(tǒng)油氣開采方法長期存在的難題。不論是全球研究熱點的頁巖氣和國家“十三五”計劃大力提倡開發(fā)的煤層氣，納米顆粒穩(wěn)定泡沫都有應(yīng)用的潛力。只待解決上述幾個的問題，納米技術(shù)就將譜寫油氣開采的新篇章。

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Research progresses on nanoparticle-stabilized foams in oil and gas production

YANG Zhaozhong1，ZHU Jingyi1，LI Xiaogang1，F(xiàn)EI Yang2，XU Binyu1
（1State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，Sichuan，China；2Australian School of Petroleum，University of Adelaide，Adelaide，South Australia 5000，Australia）

Recently，as nanotechnology transforms traditional production methods，researchers have put forward nanoparticles for stabilizing foams aiming at improving the poor stability of foams. Similarities and differences between partially hydrophobic and hydrophilic nanoparticles for stabilizing foams were described and discussed in detail，which demonstrated that the main mechanism of stabilization is irreversible adsorption of nanoparticles at water-and-gas interface. The newest applications of nanoparticle-stabilized foams in the fields of enhancing oil recovery and foam fracturing fluids were summarized. Illustrating that nanoparticles can not only enhance stability of foams，but also improve the efficiency of foam fluids. However，the current problems of nanoparticle-stabilized foams are complicated interactions between nanoparticles and foams，high cost of modified nanoparticles，potential damage to the formation with low porosity and permeability and the lack of industrial applications. Future development directions were introduced such as reducing cost by using hydrophilic nanoparticles and surfactants together，concentration optimization of nanoparticlesand surfactants according to different performance requirements of foams and applications to unconventional resources. Finally，the development potential of nanotechnology in oil industry was prospected.

petroleum；nanoparticles；foam；mechanism of stabilization；enhanced oil recovery；foam fracturing fluids

TE34；TE357

：A

：1000–6613（2017）05–1675–07

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.016

2016-10-10；修改稿日期：2016-11-15。

“十三五”國家科技重大專項（2016ZX044-04-02）及2015年西南石油大學(xué)科研“啟航計劃”。

楊兆中（1969—），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣藏增產(chǎn)改造理論、技術(shù)和非常規(guī)天然氣開發(fā)，E-mail：yzzycl@vip.sina.com。聯(lián)系人：朱靜怡，碩士研究生。E-mail：zhujingyizoe@163.com。