一、油田胶体材料
山东大学胶体与界面化学研究所长期从事油田化学特别是钻井/完井和驱油复合胶体材料的研究工作,多项技术现场试验取得了成功,得到推广。开发的“多元金属氢氧化物正电胶的制备及应用技术”已在临盘、华北、胜利、大港、塔里木、四川等油田进行了现场试验和推广,解决了传统钻井液完井液的稳定措施与井壁稳定和油气层保护措施相互矛盾的难题,该产品能明显提高钻井速度、稳定井壁、保护油气层、提高油产量、降低钻井成本等; 近年在“863 计划”、科技支撑计划的滚动支持下形成的环保型石蜡纳米钻井液技术已经在中石油、中石化和中海油的许多矿区得到推广应用500多井次,获得明显的油层保护效果据统计,平均单口油井增产原油9.5%,使我国油气层保护技术上了一个新台阶;山东大学较早在国内开展碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱油体系提高采收率的研究,在国家六五至十五重点攻关项目的支持下,与大庆油田、胜利油田、新疆油田等合作进行的现场实验均取得良好效果,覆盖地质储量一亿吨以上,并开发了基于天然产物的廉价三元驱油体系,在华北油田留62井组试验证明,产出液的含水量明显降低,产油量明显增高。据统计,平均综合含水由77.4%降至46.5%,平均日产油从6.6吨升至18.6吨;针对碱的使用使管线以及地层结垢而制约复合驱油技术在高盐油藏的推广应用问题,近年来又提出了复配表面活性剂与聚合物加合增效的技术路线,解决无碱条件下难以取得超低界面张力的难题,创新发展二元复合驱油理论,提出的二元复合驱油技术,成为当前国内水驱油田提高采收率的主导技术之一。该技术在胜利油田现场应用效果显著,2006年到2008年间,试验区块已合计增产408.3万吨;另外还开发了系列多效复合泡沫驱油体系,由于可以选择性地封堵高渗透带,增大波及系数,调整吸液剖面,并且具有封堵水流不封堵油流的特性,同时显著降低油/水界面张力,增大毛管数,提高油滴的分散能力,改善原油的流动性,可一次性地大幅度提高采收率;其中抗盐多效泡沫驱油体系用于提高常规油藏及超高矿化度油藏的采收率,耐高温多效泡沫驱油体系用于提高注蒸汽稠油热采采收率,地层自生泡沫驱油体系丰富泡沫工艺形式,用于深部调剖、解堵、压裂等。该项技术已在胜利油田推广应用220余井次,平均油汽比增加高于0.2,含水降低10%以上,累计增油17.2万吨,取得显著的效果。目前该项技术已成为胜利油田改善高含水稠油油藏开发效果的主导技术。
另外山东大学胶体化学研究所针对油田聚合物注入过程中油井大量出聚导致产油量大幅度降低的问题,提出了用水溶性阳离子高分子堵聚的新方法,通过阳离子高分子与油井中的聚合物相互作用可以达到有选择地封堵高渗透层的目的。现场试验20多口井,井口出聚浓度平均降低50%以上,油井含水下降3~25%,目前累计增油4万吨以上(未考虑周围油井的同时收效)。这不仅为油田堵聚提供了一种新方法,而且为更加有效地利用聚合物驱油技术,如聚合物驱前调剖、聚合物驱后进一步提高原油采收率等提供了一种新的材料和方法。
山东大学与中国石油管道科技中心合作,开发了水基、醇基、油基三种高效减阻剂,解决了粘弹性高聚物悬浮分散系统稳定性的难题,满足了不同地区、不同季节对产品耐温性能的要求。2002年以该项目整体技术组建了中国威普管道技术有限公司,建成了我国第一条年产2000m3规模的工业生产线,该生产线经多年的生产业已成熟,目前已建成我国第二条工业化年产5000m3生产线,两条工业化生产线总设计年产量可达7000m3规模。系列减阻剂的研制成功,打破了国际减阻剂市场被国外极少数公司垄断的局面,使我国成为继美国后掌握该核心技术的第二个国家,并以此建立了相应的行业标准,实现了我国管道运输工程领域的技术跨越。该项目获2008年国家技术发明二等奖。
山东大学硅基胶体材料重点实验室研制成功无机向热性聚合凝胶系统提高原油产出率的工艺技术,该凝胶有助于在矿层设置可倾斜的挡板,调节渗漏,使矿岩的水渗透性降低75~97%。降低渗透性的程度越高,矿岩的原水饱和度和渗透性越大,可提高石油的产量和降低开采井产油的含水量,这种凝胶试剂具有较高的生态安全性,对人体无害,可以在20~300°С温度范围内使用,油井产油的含水量降低10~50%。
二、军用胶体材料
山东大学硅基胶体材料山东省重点实验室还与材料学院联合开发了硅基胶体材料胶粘剂、各种高温硫化硅橡胶、模具胶、各种室温硅橡胶(硅凝胶)、耐高温密封胶、耐高温涂料、织物整理剂(硅基胶体材料乳液)等各种硅基胶体材料,如在硅橡胶产品研发方面,就有高强度、高撕裂、高透明、耐高温、阻燃和医用硅橡胶、模具胶、各种室温硅橡胶等一系列技术成果,并有多项专利,具体硅橡胶类成果高强度硅橡胶ST-4600、精密铸造型芯硅橡胶、耐烧蚀粘接剂、SD-04耐高温封口胶、ST01高强度抗撕裂硅橡胶、耐高温高强度硅橡胶(300~350°C)、高强度阻燃硅橡胶ST-ZF-1、ST-R-01流动性高强度室温硫化硅橡胶、医用高强度透明硅橡胶、耐候绝缘硅橡胶、家电用液体硅橡胶、软模用硅橡胶等。硅基胶体材料已应用于我国航空航天多个型号的飞行器,受到原国防科工委的表彰,并被确定为硅基胶体材料国防研发基地。
三、胶体材料应用
山东大学完成了多种氧化物超细粉体的水溶性胶体溶胶制备技术的研发,例如碱性、酸性、中性、大颗粒、高纯度等系列二氧化硅溶胶产品的开发,系列产品广泛用于涂料、精密铸造、耐火材料、纺织、造纸、印刷、石油化工、电子等各行业,多种产品成功替代进口产品用于电子、抛光、涂料等行业;以无机盐为催化剂,通过多级活化装置活化激活Al-H2O水解反应并使之维持,从而最终获得纯度高达99.999%的高纯氧化铝溶胶,用于高压钠灯管、荧光粉原料、催化剂载体、人工晶体等行业;在温和条件下将钛酸四正丁酯在酸性水溶液中水解、回流,从而制备了锐钛矿型纳米氧化钛溶胶。
山东大学纳米材料化学实验室开发了氧化硅、氧化铝、氧化锆等氧化物气凝胶材料,制备的气凝胶材料具有耐高温、轻质、高效隔热、良好力学性能(抗弯强度≥1.5MPa)和加工性能等优点,综合性能处于国内领先水平,高温热导率、力学性能指标达到国际先进水平,用于环保、高效的民用绝热保温领域;开发的高温陶瓷纤维增强增韧气凝胶复合材料具有可调节的密度和纤细的纳米多孔网络结构,此结构的控制制备使其能够有效限制固态热传导和气态热传导,具有隔热性能优越、耐高温性能良好、耐火焰烧穿性能独特和化学性能稳定等特点,可用于新型航天器和导弹热防护系统、军用热电池、装甲车辆、核潜艇等领域。
山东大学纳米材料化学实验室开发的超细钛酸钡材料、纳米氧化锌及氧化锆等系列材料的溶胶-凝胶结合水热制备技术已用于实际生产,并实现出口创汇,还与山东大学晶体所联合开发了溶胶-凝胶工艺技术制备氧化铝、氧化钛、莫来石(3Al2O3·2SiO2)、氧化锆-氧化钇及钛酸钡等氧化物陶瓷长纤、短纤、晶须等,具有高强度、高模量、超常耐热性和耐高温氧化性,可在更高温度下保持很好的抗拉强度,表面活性好,易于与金属、陶瓷基体复合;同时还具有热导率小、热膨胀系数低、抗热震性好等优点。氧化钛纤维不仅具有相当高的光催化活性,而且易于回收过滤,易与被处理体系分离,是具有较好发展前景的光催化材料。