近日，纪佳馨、赵明伟教授团队在页岩储层压裂增产技术领域取得新进展，相关成果以“Mechanism of phosphate-induced superlubricity at the shale/proppant interface for enhanced migration efficiency”为题，发表于《Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects》。Colloids and Surfaces A是胶体与界面科学领域国际知名期刊，专注发表胶体与界面物理化学及工程应用方面的研究成果。论文工作由中国石油大学（华东）机电工程学院纪佳馨副教授、研究生朱凤鸣、梁辰、本科生李宇涵联合油田化学重点实验室等单位共同开展。该研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中央高校基本科研业务费、泰山学者项目、深层油气全国重点实验室等项目联合资助。
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论文面向页岩油气高效开发重大需求，针对水力压裂过程中支撑剂在页岩裂缝远场运移效率低、界面摩擦阻力大导致支撑剂分布质量差的关键科学问题开展研究。研究团队通过实验测试与分子动力学模拟相结合的方法，创新性提出磷酸作为水基润滑添加剂与压裂液协同注入的技术方案，系统揭示了磷酸对页岩/支撑剂界面摩擦行为的调控机制；同时开发了SiO₂/H₃PO₄/Al₂O₃三层分子动力学模拟体系，突破了界面氢键网络与流体动压效应协同润滑机制的原位表征难题。
磨损表面SEM-EDX分析
磷酸润滑下页岩/支撑剂界面分子动力学模拟构型
研究表明：磷酸溶液可将页岩/陶瓷支撑剂界面摩擦系数从0.45显著降低至0.05，降幅近90%；在磨合阶段，磷酸分子与水分子通过氢键形成稳定的水化分子层，实现边界润滑状态下的摩擦降低；在稳定磨损阶段，磨粒磨损使摩擦副表面粗糙度降低，润滑膜厚度增加，流体动压效应成为维持超低摩擦的主导因素。论文进一步探明了磷酸浓度、pH值、载荷及转速对磨合时间的影响规律，即磨合时间与磷酸pH值和体积成正比，与载荷和转速成反比。相关成果从分子尺度阐明了磷酸诱导页岩/支撑剂界面超润滑的内在机制。
本研究为页岩气水力压裂中支撑剂高效运移与优化分布提供了新的理论依据和技术支撑，对提升页岩油气商业化采收率具有重要意义。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2026.139886
