尽管油溶性催化剂能够通过更充分的接触提高活性，但仍存在催化剂与油相分离的问题。因此，研究人员提出了兼具水溶性和油溶性的优点的两亲性催化剂。Chen 等设计合成了两亲性金属螯合物-芳族磺酸铁，改善了阳离子在油中的分散性，有助于催化剂在油水界面保持稳定。实验结果表明，200℃下稠油表观黏度降低了90.7%。现场测试中不仅黏度降低了82.3%，稳定性也显著提高。随后，Chen 等又合成了一种新型的Gemini 催化剂，以过渡金属为活性中心，Gemini 表面活性剂为配体。在170℃下， 在实验室和现场测试中黏度均降低了90% 以上。

         催化剂的另一重要类型是非均相催化剂，包括固体酸、天然沸石。Strausz 等采用四氟硼酸（HF·BF₃）作为活性催化剂对富含沥青、焦油砂和沥青质的稠油进行水热裂解。结果表明，通过解聚和氢化反应，转化率高达56%，主要产物为挥发性有机化合物和烷基苯。虽然HF·BF₃ 在降黏改质方面效果明显，但是其水溶性会带来后续的回收问题。因此，研究人员开始对其他固体催化剂如杂多酸、改性氧化锆进行开发。闻守斌等将H₄SiW₁₂O₄₀ 用于胜利油田稠油降黏，240 ℃下反应36h 后，黏度下降了67%以上。并且当H₄SiW₁₂O₄₀ 与储层矿物共同作用时，黏度进一步降低到73%。Chen等发现Keggin 型纳米K₃PMo₁₂O₄₀ 和H₃PMo₁₂O₄₀ 由于其在酸性和氧化还原方面的独特特性，也能使得超稠油黏度大幅度降低。Jing 等 利用Ni²⁺ 和Sn²⁺ 改性SO₄^2－/ZrO₂， 证明了改性SO₄^2－/ZrO₂ 能催化胜利油田稠油的水热裂解反应，使得胶质、沥青质、硫和氮含量显著降低。此外，天然沸石是一种经济丰富的矿产资源，当适当活化具有一定酸性后，也可作为催化剂。Junaid 等使用菱沸石和斜发沸石作为催化剂，得出天然沸石能够有效去除杂原子的结论。研究人员还发现沸石的多孔结构能够吸附多余的组分，沸石的酸性能够提供大量的氢离子以稳定中间裂解分子，是一种完全不同于临氢裂解机理的离子机理。

        近年来，纳米材料引起了越来越多的关注。由于纳米级材料的独特特性，例如高催化活性、高比表面积、多孔介质内有效传输等，纳米催化剂逐渐被开发运用于稠油水热裂解中。李伟等制备纳米镍微乳液，并将其应用于辽河超稠油的水热裂解。研究表明，纳米Ni 微乳液能够促进脱硫、沥青质转化，降低黏度。在提质、乳化和稀释的协同作用下， 50 ℃下沥青质的降黏率达到98.9%。除黏度降低外，改质后的稠油H/C 比明显增加，胶质、沥青质及含硫量明显下降。Noorlaily 等尝试采用微波辅助共沉淀法制备NiO 纳米颗粒用于稠油水热裂解催化剂。作者以NiCl₂·6H₂O 为镍源，反应合成了平均粒径为65 nm，平均比表面积为158 m²/g 的NiO 球形纳米颗粒。催化剂活性测试的结果表明，在水热裂解反应中加入NiO 纳米颗粒可使稠油黏度降低22%。Li 等利用碳纳米材料替代过渡金属催化剂，在约150℃的低温下，较短时间内稠油黏度便降低了96% 以上，保证降黏效果的同时还能节约运营成本。Hashemi 等报道了含有三金属（W、Ni 和Mo）胶体纳米粒子微乳液作为催化剂，并证明了他们能够增强沥青质的采收率。为了阐明潜在机理，Shokrlu等探讨了纳米粒子的金属类型、大小和浓度对催化活性的影响，并认为上述参数非常重要，应该对进行组合优化以达到更好的性能。

        不可否认，水热催化裂解技术是提高稠油采收率的一项很有前途的技术，它将稠油储层变为地下炼油厂，同时实现原油改质和采收。过渡金属盐、过渡金属有机化合物等水溶性催化剂仍属于催化剂的主流，但是催化剂的回收、环境影响和高成本等问题限制了它们在稠油开发中的广泛应用。超分散纳米催化剂由于其耐热性、可回收性、多反应活性位点等优异性能将会成为未来的研究重点。然而，还需要进一步确定纳米颗粒催化的最佳反应条件和反应机制。同时，一些纳米粒子的合成方法对于现场应用来说太过复杂，还需进一步优化合成工艺。

3.4 纳米材料降黏

        如前所述，纳米颗粒由于其高催化性在稠油水热催化裂解具有很大的应用潜力。实际上，纳米颗粒具有强吸附性，与沥青质之间具有强亲和力，能够加快氧化、气化等反应速度。因此，纳米颗粒能够在不同条件下分解沥青质，这也意味着纳米技术的运用能够有效提高几乎所有热采技术的效率（如ISC、CSS、SAGD等）。

        图6为纳米粒子催化稠油蒸汽气化过程的示意图。首先，沥青质被吸附在纳米颗粒上，粘弹性网络解体。随后沥青质物质在蒸汽气化作用下进行分解，最后重质组分气化生成CO₂、H₂、CO、CH₄等。Nassar等选用了3种不同类型的金属氧化物纳米粒子Fe₂O₃、Co₃O₄和NiO用于稠油催化-蒸汽降黏。结果发现，Fe₂O₃、Co₃O₄和NiO分别将反应温度从500 ℃降至380 ℃、330 ℃和317 ℃。Franco等利用纳米SiO₂负载NiO和PdO催化剂研究沥青质吸附及蒸汽气化。结果表明，在沥青质蒸汽气化过程中，1%Ni和1%Pd功能化SiO₂能够催化产生更多的CH₄。Rezaei等在火烧油层的过程中加入了纳米SiO₂和纳米g-Fe₂O₃，大大改善了原油品质，降低了催化反应活化能。Hzashemi等将三金属（W、Ni和Mo）纳米颗粒分散于减压柴油中，进行蒸汽辅助重力泄油（SAGD）试验，证明了在典型的SAGD压力和温度条件下，三金属超分散纳米颗粒可以在油砂介质中运移。并且纳米材料的催化活性减少了含硫含氮气体的产生，减少了温室气体的排放。

        此外，纳米材料也常被用作智能纳米流体，提高稠油采收率。有学者评价了Fe₃O₄纳米颗粒作为稠油降黏剂的效果。当单独添加纳米颗粒时，黏度降低20%。而对于Fe₃O₄纳米颗粒与润滑油和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）组成的铁磁流体，温度为35 ℃和45 ℃时，降黏率分别为81%和96%。含铁磁流体的稠油在35 ℃下的黏度接近于不含铁磁流体的稠油下在45 ℃下的黏度。这反映出在稠油中添加铁磁流体可以节省热能。Ahoee等首次研究了碳纳米管（CNT）作为稠油降黏剂的作用。使用直径为8～12 nm的多壁碳纳米管，添加不同的乳化剂，表面活性剂，增溶剂，稳定剂和溶剂形成不同的纳米流体。另外，通过连接油酸和六亚甲基四胺（HMTA）形成了亲水功能化的纳米复合材料（ZnO和CNT）。结果表明，CNT（E）纳米流体的性能最佳，80 ℃下稠油黏度降低96%。功能化的纳米复合材料均比纯纳米复合材料表现更好。蒸馏水中HMTA功能化的纳米复合材料的最佳降黏率为91.6%，而海水中油酸功能化的纳米复合材料的最佳降黏率为93.5%。研究者认为亲水功能化可以增强水溶性，从而促进纳米复合材料渗透到原油烃链中而不会聚集。但这项研究的问题在于没有探讨基载液对稠油黏度的影响，使得CNT作为降低黏度的作用模糊不清。

4.结论

1）乳化降黏成本低，降黏效果好，工艺简单，见效快，但是乳化剂对不同稠油的通用性及其自身的耐温耐盐性还需进一步提升。如何设计合成成本低、效果好、适应不同类型稠油和高温高矿化度地层环境的乳化降黏剂是迫切需要解决的问题。未来除了不断优化阴离子-非离子复合表面活性剂的合成路线，降低成本之外，还要利用计算机模拟手段深入分析降黏剂与稠油之间的相互作用。

2）油溶性降黏剂能耗低，可与稠油充分接触，有很大的开发前景。但降黏效果有限且应用成本较高，井下混合条件影响较大。因此，进一步研究降黏机理、设计开发高效廉价油溶性降黏剂及优化井下混合工艺是研究重点。

3）通过水热裂解与催化反应的结合，水热催化裂解降黏技术已成为一种很有前途的技术，但是开发高效、低成本、高活性、高选择性、应用广泛的催化剂之路仍道阻且长。超分散纳米催化剂是未来的研究重点。此外，寻找丰度高、易获取、价格低、安全环保的供氢体也十分必要。

4）纳米粒子作为吸附剂和催化剂在中深层稠油开采中具有很大的应用潜力，但该技术对于实际应用仍然不够成熟。纳米粒子自聚集及不同组分的稠油的选择性是其主要缺点。其次，纳米材料降黏机理仍旧模糊不清，未来还需要进一步研究以确定最佳反应条件和反应机制。