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納米技術(shù)展望 與在石油工業(yè)中的應(yīng)用,1,目 錄,一、納米技術(shù)概況 二、納米技術(shù)的應(yīng)用 三、納米技術(shù)在石油工業(yè)上的應(yīng)用前 景預(yù)測 四、納米技術(shù)在油田上的研究與應(yīng)用,2,一、納米技術(shù)概況,愛因斯坦預(yù)言： 未來科學(xué)的發(fā)展無非是 繼續(xù)向宏觀世界和微觀世界進(jìn)軍。,3,定義 納米是一個長度單位，把 10-9 m 的長度定為 1 nanometer . 納米科技 是指在納米尺度上研究物質(zhì)的特性和相互作用，以及利用這些特性的科學(xué)和技術(shù).,4,納米(Nanometer),數(shù)千納米 (生物細(xì)胞,如紅細(xì)胞),百萬納米 (大頭針頭),數(shù)十億納米 (2米高為 20億納米 ),納米尺度 10個氫原子為1納米 DNA分子約為2.5納米,小于1納米 (原子的直徑為十分之幾納米),5,什么是納米技術(shù)？ 納米技術(shù)是在納米尺度內(nèi) 通過對原子、分子的操縱 通過對物質(zhì)反應(yīng)、傳輸和轉(zhuǎn)變的控制 ? 實現(xiàn)創(chuàng)造新的材料、器件 ? 充分利用它們的特殊的性能,6,納米技術(shù)—新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù) 納米技術(shù)是21世紀(jì)科技發(fā)展的制高點,是新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù)。,7,8,中國占 多少份額,9,投資情況 1997年 2000年 美國 1.93 4.98 日本 1.98 4.2 德國 1.91 3.7 印度：加大投入發(fā)展納米產(chǎn)業(yè) 單位：億美元,10,名人預(yù)測 喬納森.斯彭斯--美國耶魯大學(xué)中國現(xiàn)代史教授 中國在21世紀(jì)魔術(shù)般的成為超級先進(jìn)國家， 納米技術(shù)是可選擇的重要途徑。 羅雷爾--諾貝爾物理獎獲得者 七十年度重視微米技術(shù)的國家都已成為發(fā)達(dá)國家， 現(xiàn)在重視納米技術(shù)的國家有可能成為下一世紀(jì)的 先進(jìn)國家,11,環(huán) 境 納米技術(shù)能消除水中小于200納米和空氣中 小于20納米的污染物。 環(huán)境探測器 納米結(jié)構(gòu)反應(yīng)器,12,拉 脹 基 元 國內(nèi)拉脹材料的研究現(xiàn)狀： 北京大學(xué)（合成、復(fù)合） 洛陽工學(xué)院（復(fù)合） 鄭州大學(xué)（合成） 成都科技大學(xué)（共混）,13,拉脹基元的分子設(shè)計 σxy= –0.4492 σyx= –0.0731 σxz= – 0.0009 σzx= –0.0042 σyz= 0.0096 σzy= 0.2835,14,近期可能的突破： 1.基于“拉脹基元”概念合成的拉脹聚合物 2.拉脹性分子復(fù)合材料（拉脹基元+非拉 脹聚合物）,15,拉張材料研究 北大、鄭大等,16,2.國外納米技術(shù)的研究水平,1959年查德·費曼提提出分子、原子基礎(chǔ)上加工材料。 80－90年代STM掃描隧道、ATM原子顯微鏡的出現(xiàn)為納米的研究提供了最直觀的手段，加速了納米技術(shù)的研究和發(fā)展。,17,◆美國在納米結(jié)構(gòu)組裝體系，高比表面納米顆粒制備與合成、納米生物學(xué)方面均處于領(lǐng)先地位。 ◆歐洲主要在納米器件、納米儀器、陶瓷和其它結(jié)構(gòu)材料方面的研究中處于領(lǐng)先。日本在納米復(fù)合材料方面具有優(yōu)勢。 ◆美國在納米技術(shù)研究開發(fā)上每年投入5億美元，參與該計劃研究的有國防、能源、航天等有關(guān)部門。現(xiàn)在，歐、日都建立了各自的研究中心開展納米技術(shù)的研究。,18,我國每年投入納米技術(shù)的經(jīng)費約700萬美元，主要集中在納米材料的合成與制備方面。盡管在納米碳管、材料方面都取得了很大的成績，但與歐美、 日在納米器件的研究方面差距很大。,3.國內(nèi)納米技術(shù)的現(xiàn)狀,19,4.納米科技涉及的領(lǐng)域 ①納米材料 ②納米器件 ③納米結(jié)構(gòu)的檢測與表征,20,納米技術(shù)的研究，通過改變微觀世界的結(jié)構(gòu)從而使宏觀表現(xiàn)出不同的特性，利用這些特性，應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電子、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域、制造出特殊功能的產(chǎn)品為人類服務(wù)，納米技術(shù)將對當(dāng)今世界的科技發(fā)展帶來革命性的飛躍。,5.納米技術(shù)的意義,21,,二、納米技術(shù)的應(yīng)用,民用:超小型高速計算機(jī)、民用建筑材料、納米醫(yī)學(xué)等研究方面都有廣闊的應(yīng)用前景。 工業(yè):納米陶瓷發(fā)動機(jī)、納米液體磁性密封材料等方面等在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。 軍事:隱形飛機(jī)、麻雀衛(wèi)星、針尖炸彈、“蒼蠅”飛機(jī)、“螞蟻士兵”,22,納米技術(shù)三大關(guān)鍵,納米技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展取決于以下三個關(guān)鍵技術(shù)的突破 ⑴超精度納米檢測與加工方法 ⑵納米材料 ⑶納米電機(jī)系統(tǒng),23,三、納米技術(shù)在石油工業(yè)上的應(yīng)用前景預(yù)測,1.在壓裂技術(shù)方面的應(yīng)用 ◆ 降低摩阻 通過納米材料改進(jìn)壓裂液性能，使流體內(nèi)摩阻大大降低，提高泵的實際排量，壓裂出更長更寬的裂縫，提高壓裂措施的有效率和增產(chǎn)幅度。 ◆ 改變壓裂液的剪切性－粘度關(guān)系 若納米材料加入壓裂液中，使壓裂液剪切粘度性能指標(biāo)變好，則可在相同地面粘度下提高砂比。,24,◆改變支撐劑的性能 好的支撐劑應(yīng)具有高彈性、高粘度、低破碎率和低密度。 通過納米材料的應(yīng)用，改變分子內(nèi)部相互之間的性質(zhì)，若使支撐劑密度降低到1左右，可采用清水或鹽水壓裂，可大大降低壓裂液對地層的傷害并降低壓裂成本。,25,目前支撐劑陶粒主要成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、 TiO2，通過納米材料對其結(jié)構(gòu)性能改善，提高強度降低破碎率，可以提高支撐裂縫導(dǎo)流能力，并延長支撐裂縫的有效期。目前納米材料在陶瓷性能改善上已取得了很大進(jìn)展，支撐劑成份與陶瓷成份相似，通過納米技術(shù)改善支撐劑的性能是完全可行的。,26,2.在石油管道防腐上的應(yīng)用,設(shè)備與容器的腐蝕都是從點蝕開始的，納米材料具有超細(xì)結(jié)構(gòu)，可以均勻滲透到防腐設(shè)備的每個細(xì)微之處。因此我們可以利用納米材料的超精細(xì)性能，在石油管道、設(shè)備、容器上形成一層致密的防腐膜，起到有效防腐的作用。,27,利用納米材料的雙疏性，把雙疏納米材料均勻處理分散到機(jī)采設(shè)備等的表面，這樣可使其既不粘油又不粘水，減少每次作業(yè)對管柱設(shè)備的清洗工作量，達(dá)到機(jī)采設(shè)備的自清洗，同時也可以利用這種特性制出免清洗作業(yè)服。目前已經(jīng)制造出了自清潔領(lǐng)帶和自清潔瓷磚。,3.管、桿、泵、容器及機(jī)采設(shè)備自清潔,28,在輸水管道內(nèi)涂上疏水納米材料，可大大降低水流阻力，同樣在輸送高粘稠油管道內(nèi)壁上的疏油納米材料，可減少油流粘滯阻力，降低摩阻，減小輸送壓力，因此納米材料這些性質(zhì)在管道流體輸送方面有著重要應(yīng)用價值。,4.在管道流體輸送方面的應(yīng)用,29,5.在聯(lián)合站油水分離方面的應(yīng)用,目前聯(lián)合站的油水分離是采用機(jī)械物理與化學(xué)破乳劑破乳相結(jié)合的方法進(jìn)行油水分離的，由于破乳劑性能受油水性質(zhì)影響較大，有時不能穩(wěn)定有效地分離油水，造成分離效果差，若利用納米的超界面性質(zhì)，進(jìn)行油水分離技術(shù)研究，可能取得意想不到的效果。,30,6.用納米材料改善提高油田常用橡膠件性能,目前油田常用橡膠件普遍存在耐溫性差，易老化等問題，通過納米材料的改性，提高橡膠件的質(zhì)量，特別對封隔器膠筒既要有硬度和彈性，又要具有耐溫、耐油的特點。,31,7．在油田污水凈化處理方面的應(yīng)用,可利用納米材料的高比表面的性質(zhì)，對污水進(jìn)行快速有效的凈化處理。,32,8. 在石油化工煉制中的應(yīng)用,◆ 催化劑是石油化工煉制中最重要的添加劑，它有三方的作用： ⑴ 提高反映速度，增加反應(yīng)效率 ⑵ 決定反應(yīng)路徑，有優(yōu)良的選擇性 ⑶ 降低反應(yīng)溫度,33,由于納米顆粒尺寸小，表面所占的百分比大，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配伍不全等導(dǎo)致表面的活性位置增加，這就使它具有了 作為催化劑的基本條件。納米粒子的表面形態(tài)研究指出粒徑越小，表面光華度變越差，形成了凸凹不平的原子臺階，增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面，在石油化工上通過使用新型的納米催化劑，可降低反應(yīng)條件并有利于合成新的化學(xué)物質(zhì)。,34,9.納米技術(shù)在提高采收率方面的前景,◆ 作為添加劑極大改善調(diào)剖堵水劑的性能 ◆ 在三次采油中，改變聚合物性能，發(fā)揮表界面活性作用提高采收率。 ◆ 遠(yuǎn)景設(shè)想制成納米工業(yè)機(jī)器人，進(jìn)入油層去采油。,35,四、納米技術(shù)在油田礦場研究應(yīng)用,我們研制出了一種粉體納米二氧化硅，顆粒直徑在10－30nm，比表面在640－900㎡/g，這種納米級的粉體具有超強的疏水性質(zhì)，利用這些性質(zhì)，用于油水井增產(chǎn)增注中。,36,㈠ 室內(nèi)試驗部分,⑴ 對SiO2表面的性質(zhì)改變研究： 砂巖的組成以SiO2 為主，一般砂巖中SiO2 含量在80％左右。為了便于實驗，以玻璃代替砂巖進(jìn)行實驗，測定表面潤濕性變化，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過納米材料處理后潤濕性發(fā)生了很大變化。潤濕性變化如演示所示。 （演示） 可以看出：潤濕角 39.0°轉(zhuǎn)變?yōu)?40°，表面潤濕性由親水轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉?37,⑵ 下圖是1mm和0.5mm兩組毛細(xì)玻璃管進(jìn)行毛細(xì)現(xiàn)象的對比實驗。 （演示） 從實驗中可以發(fā)現(xiàn)，處理后的毛細(xì)管力變?yōu)樗髯枇Γ虼丝梢詫⑸鲜鲈碛糜谟途滤?38,㈡ 動態(tài)實驗,人造砂巖巖心在不同驅(qū)替驅(qū)替液滲透率變化曲線,,39,㈢ 現(xiàn)場應(yīng)用,◆ 油井堵水 堵水原理 納米粉體材料可以破解油水膜，擴(kuò)大滲流通道，另一方面吸附在孔喉表面的粉體可以對水的流動產(chǎn)生毛細(xì)管阻力，從而起到堵水作用。 堵水井例 樁11井油井堵水，措施前日產(chǎn)液33.5m3，含水98.5％，日產(chǎn)油0.5t，2000.10.8采用粉體納米二氧化硅材料進(jìn)行堵水施工，措施后日產(chǎn)液日產(chǎn)液30.6m3，含水78.6％，日產(chǎn)油6.5t，截至目前，該井日產(chǎn)液28.1m3，含水89％，日產(chǎn)油3.0t，堵水效果顯著。,40,◆ 水井增注 增注原理 納米粉體材料可以破解喉道水膜，增大滲流通道，從而起到增注的作用。 增注井例 W92-113井屬文東油田鹽上開發(fā)單元，注水層位S3上5，3075.1-3098.0m,在36.2MPa注水壓力下日注水32 m3/d。 2001.4.1采用粉體納米二氧化硅材料進(jìn)行增注施工，措施后注水壓力36.2MPa降至35.9MPa，日注水量由47 m3/d升至113 m3/d；在注水壓力下降0.3MPa的情況下，日增注66 m3/d。增注效果明顯。,41,匯報完畢 謝謝！,歡迎納米專家把最新技術(shù)應(yīng)用于油田開發(fā),42,