加水分解ポリアクリルアミド（HPAM）の温度および塩耐性を向上させることは、増進油回収（EOR）におけるその効果的な適用にとって重要です。ナノセルロースの豊富さ、ナノスケール、高い油水界面吸着効率により、EORアプリケーションで大きな注目を集めています。本研究では、スルホン化およびアルキル化修飾によって新しい種類の表面機能化された両親媒性トニケートセルロースナノクリスタル（TCNCs-M2）が成功裏に調製され、HPAMと相乗的に使用してハイブリッドフラッディングシステム（0.2 wt% HPAM + 0.1 wt% TCNCs-M2）を形成しました。TCNCs-M2の構造のおかげで、ハイブリッドシステムはHPAM溶液と比較して、増粘能力（塩分8044 mg.L−1の塩水中で65 °Cで粘度が48.94 %増加）、温度耐性（25–90 °C）、塩耐性（塩分8044 mg.L−1）、粘弾性および老化安定性においてより強力な性能を示しました。これらの向上は、ハイブリッドシステムにおける疎水性相互作用に加えて、強い水素結合および静電反発によるものです。さらに、ハイブリッドシステムはHPAM溶液（16.4 %）よりも高い油回収率（22.8 %）を示しました。これらの結果は、新しく調製された両親媒性ナノセルロース/HPAMハイブリッドシステムが過酷な条件の貯留層に対する効果的な油置換剤となる可能性があることを示しています。

近年、石油資源の採掘の増加と生産の減少に対応して、油田開発技術における研究と革新がますます重視されています。化学的フラッディング（ポリマー、界面活性剤、アルカリ、およびその組み合わせ）やガス注入、熱的方法などの強化油回収（EOR）処理は、継続的な実践的探求の後に大幅な改善がなされ、油田で広く適用されています。シンプルで低コストであるため、ポリマーフラッディングは、特に中国の油田でこれまでに最も広く利用されているEOR方法です。しかし、最も広く使用されているポリ（アクリルアミド）の部分加水分解物（HPAM）は、厳しい貯留層条件に非常に影響を受けやすく、そのEOR効率に深刻な影響を与えます。特に高温および塩分濃度の高い層では顕著です。HPAMの誘導体（疎水性ポリ（アクリルアミド）など）は、アクリルアミドと他の機能性モノマーの共重合によりHPAMの温度および塩耐性を改善することができますが、これらの共重合体には、長い溶解時間、低分子量、複雑な調製などのいくつかの欠点があり、油田での応用を妨げています。最近、ポリマーとナノ粒子の複合フラッディングシステムが新しいEOR方法としてますます注目を集めています。ナノ粒子懸濁液は、低透過性貯留層において注入圧力を低下させ、EOR性能を改善する能力を持っています。ナノサイズ、大きな表面積、高い熱伝導能力により、ナノ粒子は原油と岩石表面の間にウェッジフィルムを形成することで、岩石表面の湿潤性を変化させることができます。ナノ粒子がポリマー溶液に導入されると、ポリマー分子とナノ粒子の間の相乗効果により、ポリマー分子とナノ粒子の水素結合を介した架橋が進み、分子ネットワーク構造が強化され、ポリマー溶液の流動特性が向上します。さらに、ナノ粒子とポリマー分子はカチオンを引き寄せる競争を行うため、高温の塩溶液中でポリマー分子の分解がある程度回避されます。SiO2、CaCO3、TiO2粒子などの従来の非球形ナノ粒子に加えて、ナノシート、ナノフィブリル、ナノロッドなどの異方性ナノ粒子も優れたEOR性能を示し、油水界面でその長軸が界面に平行になるように配向し、ドロップレット界面上に多層のナノ粒子を持つネットワークを生成します。

ナノセルロースは、再生可能で環境に優しいナノ材料として、エマルジョン安定化やEORにおいて重要な注目を集めています。その理由は、ナノセルロースの棒状の形状と高いアスペクト比が、より高い吸着エネルギーに寄与するためです。ナノセルロース分散液の物理化学的特性、包括的なレオロジー、安定性、油/塩水/岩の界面挙動については、以前にWeiらによって徹底的に調査されました。実験結果は、ナノセルロース流体の安定性およびEOR関連特性（塩および温度耐性）が、過剰な負の電荷と立体障害を導入するための表面修飾によって大幅に改善できることを示しました。注目すべきは、チュニケートから分離されたチュニケートセルロースナノクリスタル（TCNC）が、より安定したセルロースIβ形態で構成されており、他のバイオリソースからのセルロースナノクリスタルと比較して、より高いアスペクト比、ヤング率、およびより多くのヒドロキシル官能基を示すことです。これらの特徴は、ポリマー分子との安定した架橋ネットワークの形成を促進し、表面修飾のための優れた基盤を提供するため、油田アプリケーションにおける潜在的な有用性を高めます。しかし、TCNCはポリマーとの互換性が悪いです。このハイブリッドは、弱い反発力のために電解質中で凝集しやすく、これにより注入および多孔質媒体内での深部移動において、この組み合わせの洪水が問題になる可能性があります。私たちの以前の研究では、ポリマーとTCNCのハイブリッドシステムにアニオン性界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム（SDS）を添加することで、SDS、ポリマー、TCNCの相乗効果により、システムの安定性とEOR性能が明らかに改善されることを発見しました。SDSは、疎水性基とポリマー骨格との間の疎水性相互作用を通じてポリマー分子と相互作用し、これによりTCNCとポリマー鎖によって形成される三次元ネットワークの強度が強化されます。SDSはまた、その優れたエマルジョン性能により、油とハイブリッドシステム間の移動比を低下させることができます[26]。これらの利点を総合的に考慮し、親水性の負の基と疎水性の基を両方持つ新しい表面修飾TCNCを合成し、この両親媒性TCNCを高温・高塩濃度の貯留層用のHPAM洪水システムに導入することを決定しました。私たちの知る限り、この研究はこれまで行われていません。

この研究では、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルスルホネート（CHPS-Na）とドデシルトリメトキシシラン（WD-10）を使用して、両親媒性TCNC（TCNCs-M2）を調製するために二段階の修飾プロセスが採用されました。TCNCs-M2の構造は、それぞれFT-IR、TG、XRD、XPS、TEMおよびAFMを用いて特性評価されました。次に、TCNCs-M2をHPAMと混合して均一なハイブリッドシステム（HPAM/TCNCs-M2）を得ました。HPAMとTCNCs-M2の相互作用メカニズムが分析されました。その後、HPAM/TCNCs-M2の分散安定性、温度耐性、塩耐性、せん断耐性、及び粘弾性モジュラスなどの流動特性が評価され、模擬油層条件下で優れた増粘能力、温度耐性、塩耐性、せん断耐性、及び粘弾性特性を示しました。最後に、コアフラッディングテストが実施され、得られたデータはHPAM/TCNCs-M2ハイブリッドシステムの油回収率が22.8％であり、HPAM溶液（16.4％）よりも高いことを示し、HPAM/TCNCs-M2ハイブリッドシステムが実用的な応用の見込みを持つことを確認しました。