莱斯大学：工程师们利用纳米尺度方法解决“产出水”问题

莱斯大学的工程师们已经开发出磁性纳米颗粒，可以将油井中产出的油滴分离出来。图示：粒子吸进大量的油，然后被吸引到磁铁

油和水易分离，但它们的混合程度足以在油藏采出水中形成稳定的水包油乳剂。莱斯大学的科学家们已经开发出了一种基于纳米颗粒的溶液，这种溶液可以有效地去除99%以上的乳化油，这些油在经过其他处理后会残留下来。

化学工程师Sibani Lisa Biswal的实验室制造了一种磁性纳米颗粒化合物，可以有效地将原油液滴从产出水中分离出来，而且现有方法已被证明是无效的。

这项研究发表在英国皇家化学学会期刊“Environmental Science: Water Research & Technology”《环境科学:水研究与技术》上。

采出的水和油来自生产井。它通常包括注入储层的化学物质和表面活性剂，以将石油从地下深处的微小孔隙或裂缝中推到地面。在压力和肥皂表面活性剂存在的情况下，一些油和水会形成稳定的乳剂，它们会一直粘合到表面。

虽然现有的方法可以将大部分的油从生产流程中分离出来，但支持该项目的Shell Global Solutions公司的工程师告诉Biswal及其团队，最后5%的油往往会顽固地乳化，很难回收。

化学和生物分子工程以及材料科学和纳米工程的副教授Biswal说：“注入油中的化学物质和天然表面活性剂通常能稳定油水界面，导致水里的油滴难以分解。”

莱斯大学实验室在磁性粒子方面的经验和胺方面的专业知识，由前博士后研究员和第一作者Qing Wang提供，他将这两种技术结合了起来，将胺添加到磁性纳米铁颗粒中。胺携带一个正电荷，帮助纳米粒子找到带负电荷的油滴。一旦胺找到这种油滴，二者就会结合。然后磁体可以将液滴和纳米颗粒从溶液中拉出，从而实现分离。

“通常很难设计出纳米颗粒，它们不会简单地聚集在储层流体中常见的高盐度中，但它们在产出的水中相当稳定。”Biswal说。

研究人员在实验室用模型油和原油制成的乳剂上测试了增强纳米颗粒。

在这两种情况下，研究人员都将纳米颗粒插入乳剂中，他们只需用手和机器简单摇动，就能在几分钟内打破油-水键，形成油-纳米颗粒键。一些油浮到顶部，同时把试管放在磁铁上，把注入的纳米管拉到底部，在中间部分留下清水。

Biswal说，最重要的是，纳米颗粒可以用溶剂清洗，在石油回收时可以重复使用。研究人员详细介绍了六种化合物的成功充放电循环，并推测它对其他更多化合物仍然有效。

她说，她的实验室正在设计一种流动反应器，可以批量处理产出的水，并自动回收纳米颗粒。这对工业和海上石油钻井平台等地方都很有价值，因为这样的话，处理过的水可以被送回海洋。