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研究现状：现有石油开采技术尤其是极端井况下的防护、传感、检测与控制技术等方面难以满足新兴采油技术的发展需求。同时，由于开采难度增大，石油污染等环境问题也逐年严重，制约石油经济的可持续发展。研究结论：1、以超材料、智能涂层为代表的功能微纳结构有望应用于采油工程技术与装备领域。通过微纳特征结构的有序设计，获得传统材料所不具备的特殊性质，从而提高石油装备在防护、传感、抗腐蚀等方面的能力，提高石油装备的稳定性与可靠性，为目前石油领域所面临的技术难题提供全新的解决思路。2、以微纳马达、智能微球材料为代表的功能微纳机器人有望应用于提高采收率新材料开发领域。通过微纳结构特殊设计，可对狭小空间内的剩余油进行有效开采，并能根据自身物理化学特征，感知记录地层信息，实现剩余油的实时监测和高效开采，有效提高稠油、页岩油等资源的开发效率。3、以3D打印技术为代表的功能结构制造技术有望应用于储集层流体微流动研究领域。通过3D打印技术制备标准岩心，可为实验提供标准的可重复样品，进行系统性实验操作和理论分析。结合CT、聚焦离子束扫描电镜等实验手段，可对微纳孔隙内地层流动进行定量评估，大幅减少现场实验成本，对指导矿井驱油剂选择及提高开采效率具有巨大作用。

研究流程：

1.功能微纳结构潜在应用（表1）2.功能微纳结构研究现状

（1）运动型功能微纳结构——微纳马达

（2）固定型功能微纳结构——超材料

（3）微纳结构新兴制造方法——3D打印

3.微纳结构设计与制造技术在石油领域应用前景

（1）提高采油工程技术与装备领域

（2）提高采收率新材料开发领域

（3）应用于储集层流体微流动研究领域

图文说明：1、功能微纳结构潜在应用功能微纳结构因其作用属性及特征不同，其典型应用领域也存在差异。目前，运动型功能微纳结构——微纳马达的典型应用主要集中在微纳尺度的药物输送与手术、环境修复、传感检测、微纳加工等领域，结合石油领域发展需求，运动型微纳结构在油质检测、微孔隙驱油、石油污染清理、石油勘探及石油运输管道清洁等领域具有极大的潜在应用价值（见表1）。另一方面，固定型功能微纳结构——超材料的典型应用则集中在电磁、热、声、光等特征的调控方面，包括减振降噪、隐身、传播路径调控、超分辨成像等，结合石油装备需求，未来将在井下设备隔振、特殊传感元件、管道防护等领域具有突出的应用潜力（见表1）。2、功能微纳结构研究现状（1）运动型功能微纳结构——微纳马达

微纳马达是一种微米—纳米尺度的动力装置，它能将介质环境中的光能、电能、磁能以及化学能等转化成机械能，从而实现直线、圆圈以及螺旋等特定的运动。

目前，针对微纳马达的研究主要集中在以下几个方面：①微纳马达驱动机理，探索微纳马达新的驱动方式，提高微纳马达的环境适应性，扩展微纳马达的应用前景；②微纳马达集群行为，针对微纳马达单体间相互作用及集群机理开展研究，并探索集群体微纳马达的应用前景；③微纳马达的潜在应用，探索微纳马达在生物医疗、微纳传感、环境保护等领域的潜在应用，并研究微纳马达在微纳加工、微操作等方面的应用前景。（2）固定型功能微纳结构——超材料通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，获得超出自然界原有普通物理特性的微纳结构，可实现热隐身、声波及光波定向一定频传输，满足特殊环境下的材料需求。将超材料应用于石油领域，将为采油技术及高端装备的发展提供新的研究方向。超材料根据其调控对象，主要分为电磁超材料、热学超材料、声学超材料3大主要方向，以及部分力学或机械超材料。（3）微纳结构新兴制造方法——3D打印3D打印是近年来快速发展的先进制造技术，又称增材制造、快速原型、分层制造、实体自由制造等。不同于传统的材料去除加工技术，3D打印以数字化模型为基础对材料进行逐层叠加，最终实现“自下而上”的材料累加制造。微纳3D打印的典型应用：超材料；微型机械零部件；生物支架；一体化机电器件；微纳机器人；新型光学器件；4D打印新型传感器与驱动器。3、微纳结构设计与制造技术在石油领域应用前景（1）提高采油工程技术与装备领域全面提升采油工程技术与装备水平是解决中国资源供需矛盾的重要途径，而微纳结构超材料和仿生工程技术将有望实现关键技术装备和井下仪器的升级换代，并大幅降低能耗及开发管理成本，为石油工业可持续发展储备新型技术。（2）提高采收率新材料开发领域中国老油田含水已超过90%，剩余油分布十分复杂，注水驱油的开发难度越来越大。聚合物驱后检查井资料表明油层中仍有大量高度分散的剩余可动油，未波及油层岩石孔隙通道半径小、迂曲度大、内壁粗糙、毛细管力作用显著，水驱、聚合物驱均难以有效波及，开发难度不断增加，而微纳米材料合成及功能化技术为低渗透、超低渗透以及非常规油气开发提高采收率新技术提供了思路和可能性。（3）应用于储集层流体微流动研究领域非常规油气储集层具有孔隙小、结构复杂、比表面积大、黏土矿物类型丰富等特点，致使流体在储集层狭小空间内流动时产生强烈的微流动效应，包括稀薄效应、表面张力效应、低雷诺数效应、多尺度多相态效应等，以达西公式为基础的渗流理论已经难以满足研究需求和开发预测，因此亟待开发孔径参数可调、重复可控的物理模拟模型，来开展流体在储集层复杂微孔道中的渗流规律研究，3D打印技术是针对此需求最合适的工具。文献来源：刘合,金旭,周德开,杨清海,李隆球.功能微纳结构在石油领域潜在应用[J].石油勘探与开发,,45(04):-.

院士成果（点击链接跳转）：

1、四川盆地页岩油气

2、页岩油地质评价标准

3、致密油地质评价标准

4、全球海陆变迁的主要原因

5、石化工业发展概况与展望

6、如何做好地质工程一体化

7、中国陆上四大天然气产区

8、全球油气资源潜力与分布

9、中国大气田科学开发的内涵

10、油气资源不是少了，而是多了？

11、新能源在碳中和中的地位与作用

12、中国三大类型盆地油气分布规律

13、笔石生物在页岩气勘探中的意义

14、美国“页岩气革命”无法完全复制、

15、地质工程一体化：“异化”现象与建议

16、非常规油气概念、特征、潜力及技术

17、非常规油气与常规油气的区别和联系

18、中国页岩气勘探开发进展及发展展望

19、页岩气水平井与压裂的工程基础问题

20、一个经典的砂岩地震正演模型分析实例

21、页岩油形成机制、地质特征及发展对策

22、页岩油地下原位转化的内涵与战略地位

23、石油不是更受人们青睐，而是备受质疑了

24、四川盆地深层震旦系大气田形成的有利条件

25、陆相油气地质理论在中国中西部盆地的重大进

26、中国陆上，深井、超深井，钻完井技术现状与建议

27、引经据典、博古论今、多方论证：河道砂地震分析

28、中国陆相页岩油类型、资源潜力及与致密油的边界

29、非常规油气对经典石油天然气地质学理论的突破及意义

30、四川盆地传统和非常规震旦纪陆相天然气系统的特征及意义

31、陆相富有机质页岩与泥岩的成藏差异及其在页岩油评价中的意义

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