摘要：新型納米材料2-D納米黑卡已被證實可有效提高低滲-致密油藏采收率，展現出優異的油水界麵特性。但是2-D納米黑卡與油水界麵相互作用的微觀機理仍不明確。應用Lammps建立2-D納米黑卡油水界麵模型，針對常溫常壓（298 K，1 atm）條件下2-D納米黑卡在油水界麵的特性進行分子動力學模擬，分析2-D納米黑卡個數對不同分子在油水界麵的密度分布、油水界麵厚度、油水界麵覆蓋率、分子間相互作用能和界麵張力變化率等5個關鍵參數的影響規律。模擬結果表明：當2-D納米黑卡界麵覆蓋率近似為1時，界麵處油水及納米片分子密度分布基本達到穩定，2-D納米黑卡界麵密度峰值幾乎不再增長，密度峰變寬；油水界麵厚度為24.4?，油水界麵相互作用能為-4164 kcal/mol，界麵張力比率為0.767，且這3個量達到相對穩定狀態。本研究可對2-D納米黑卡室內實驗和礦場應用濃度優選提供理論依據和指導，為納米片驅油機理的研究奠定理論基礎。

低滲透油氣資源在國內外油氣資源中占有十分重要的地位，而且隨著石油勘探程度的逐步加深，其所占的比例還將繼續增大。但是由於低滲透儲層與中高滲透儲層相比，在滲流機理、開發方式、采收率方法和經濟效益等方麵都有明顯差異，低滲透油藏存在開發難度大、采收率低和效益差等特點，同時，由於低滲透儲層的比表麵積大，表麵活性劑吸附損失大，化學驅開發低滲油藏具有較大的局限性，因此需研發新型注劑提高采收率，其中，納米顆粒在提高采收率方麵具有較大潛力。

納米顆粒自身的材料、濃度、形狀、尺寸等因素對采收率提高幅度至關重要，同時，當納米顆粒處於不同外界環境（鹽度、pH值、溫度、壓力等）中時，提高采收率幅度也不相同，其提高采收率作用機理在於降壓增注、降低界麵張力、降低乳狀液黏度、改變潤濕性、改善流度比、防止黏度膨脹、延長瀝青沉澱時間等。通常應用納米顆粒製備納米乳液、納米催化劑、納米流體來提高原油采收率。目前，油田化學驅開采中用的納米顆粒主要是球形納米顆粒，其很長一段時間內在油田開采中發揮著重要的作用。二氧化矽球形納米顆粒在降低油水界麵張力、改變潤濕性、合成高穩定性材料等方麵發揮著巨大的優勢。隨著新型納米技術的不斷發展和應用，越來越多的納米驅油技術被應用於提高原油采收率。

為了提高低滲-致密油藏的原油采收率，中國石油大學（北京）自主研發了片狀新型納米材料2-D納米黑卡，它不同於球形納米顆粒與油水界麵的“點-麵”接觸，而是鋪展在油水界麵形成“麵-麵”接觸。實驗表明，2-D納米黑卡在潤濕、乳化、降黏、降低界麵張力等方麵發揮了很好的效果，但其微觀性質尤其是分子層麵與油水界麵的相互作用尚未得到係統描述。本文運用分子動力學模擬方法研究納米黑卡在油水界麵的微觀驅油機理，從分子層麵優選納米黑卡的最優濃度，為納米黑卡實驗提供理論指導。

1實驗部分

1.1材料與儀器

2-D納米黑卡，自製；煤油、石油醚、乙醇。

dIFT雙通道動態界麵張力儀，芬蘭Kibron公司。

1.2界麵張力的測定

在45℃下，采用旋轉界麵張力儀測定不同濃度的2-D納米黑卡溶液與煤油間的界麵張力。

1.3 2-D納米黑卡在油水界麵的模擬方法

本次模擬運用Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator（LAMMPS）開源軟件執行，利用Visual Merchandise Design（VMD）軟件對模型結構進行可視化，建立納米流體模型進行模擬研究納米黑卡在油水界麵微觀作用機理。

1.3.1分子模型的構建

2-D納米黑卡具有雙層結構，由大小為30Å×40Å×12Å的二硫化鉬納米片與直鏈烷烴構成。假設理想狀態下二硫化鉬納米片無晶格缺陷，其活性位點位置確定可參見文獻，且全部被C18H38直鏈烷烴接枝，如圖1所示。

圖1 2-D納米黑卡分子結構圖

同時，為了研究納米片尺寸對界麵張力的影響，建立納米片尺寸分別為15Å×20Å×12Å、30Å×40Å×12Å和60Å×80Å×12Å納米片模型。

采用SPC/E模型描述水分子間相互作用，該模型中由於H原子質量小，對水分子間的H—H和H—O相互作用可忽略不計。選取C10H22為油相，原子間的相互作用勢采用CHARMM勢函數來描述。VA8模型在研究二硫化鉬結構和振動特性時具有較高的準確性，故選取其來描述納米片原子間的相互作用。以直鏈烷烴為改性劑改變納米片的親油親水性，采用CHARMM力場來描述原子間相互作用。采用6/12 Lennard-Jones（LJ）計算水分子、油相分子和納米黑卡之間的相互作用，截斷半徑分別為10Å和12Å。所構建的油水界麵體係由31 500個油分子和17693個水分子組成，並將納米黑卡置於所構建的油水界麵體係中。如圖2所示，油水界麵上層部分的碳氫鏈表示油分子，油水界麵下層區域代表水分子。

圖2納米黑卡油水界麵分布圖