气湿性纳米SiO_2颗粒对岩心润湿反转及解水锁机理

使用气湿反转剂能解除凝析气藏等温降压开采过程中产生的液锁损害,但目前的气湿反转剂存在价格高、用量大、气湿反转效果差等缺点。为此,通过采用改进的Stober法制备均一粒径的纳米SiO_2颗粒,再对其表面进行功能化修饰,合成出了具备气湿反转功能的纳米颗粒,其最佳合成条件为,正硅酸乙酯和氨水的用量均为1~2 m L,非离子型氟碳表面活性剂FG24的浓度为0.3%。通过接触角法、Owens二液法和自吸吸入法研究了纳米SiO_2颗粒对岩心润湿性的影响。研究表明,用0.3%气湿性纳米颗粒流体处理岩心,水相和油相在岩心表面的接触角可由未处理时的23°和0°增至157°和135°;岩心的表面能由67.9 m N/m降至0.23 m N/m;岩心的液相饱和度由87%和73%降至3.5%和32%,水相和油相的自吸速率由0.26和0.27 m L/min在2 h内降至0。实验还测定了气、油相在气(油)-纳米流体-岩心体系中的接触角,探索分析了气湿性纳米SiO_2颗粒的作用机理。结果表明,该纳米颗粒具备良好的气湿反转功能。     

新型耐温耐盐气润湿岩心的制备及性能评价

为了解非离子型气湿反转剂在改变砂岩表面润湿性方面的作用效果,获得气润湿性良好的砂岩地层,提高凝析气藏的生产能力,分别采用接触角法和Owens二液法考察了非离子型表面活性剂处理前后砂岩岩心的气润湿程度和表面自由能,研究了无机盐、温度和pH值对气润湿性的影响及气润湿反转的有效期。结果表明,质量 分数为0.3%的非离子型氟碳表面活性剂（FG24）可将岩心表面的润湿性由液润湿性反转为强气润湿性,水相和油相在岩心表面的接触角由处理前的36.0°和0°分别增至141.3°和108.0°,且岩心的表面自由能由71.0 mN/m急剧降至3.29 mN/m。在pH值为1～10、无机盐溶液质量浓度为100 g/L、温度140℃范围内,油水相在岩心表面的接触角均大于90°;岩心可在60 d 内保持强气润湿性。FG24 可将岩心表面反转为強气湿性,并具有良好的耐盐性和耐温性。图4 表1 参14     

纳米沸石咪唑酯骨架颗粒性能评价与驱油效果

为分析纳米沸石咪唑酯骨架（ZIF）颗粒作为纳米驱油剂对提高原油采收率的作用,以六水合硝酸锌、2-甲基咪唑为原料,在室温与水相条件下制备了纳米ZIF-8颗粒。对其微观结构进行了表征;将纳米ZIF-8颗粒分散在水中得到纳米流体,研究了该流体的稳定性,通过测定油水界面张力和接触角分析其提高采收率机理;最后通过岩心驱替实验评价了纳米ZIF-8驱油体系的驱油效率。结果表明,纳米ZIF-8颗粒的平均直径为65.8 nm,相态单一无杂质;当加量不高于0.03%时,纳米ZIF-8颗粒在水中的分散性良好,Zeta电位绝对值约30 mV,具有较高的稳定性。在模拟地层水和低矿化度水中添加0.03%的纳米ZIF-8颗粒,油水界面张力值分别降至4.66、3.97mN/m,比未添加时降低了75.77%、73.25%;纳米流体在岩心切片表面的接触角分别由114°、109°降至78°、73°,岩石表面润湿性转为水湿,更有利于油膜的剥离。岩心驱替实验中,用地层水驱替至无油产出后转注0.03%的纳米ZIF-8流体,在地层水和低矿化度水中的采收率分别提高8.25百分点、10.7百分点,提高采收率效果较好。     

凝析气藏氟碳气湿反转剂FC-1的室内研究

本文采用核壳乳液聚合法制备了一种氟碳气湿反转剂FC-1,采用红外光谱表征了共聚物的结构,对FC-1处理前后岩心的接触角、表面能谱、扫描电镜和透射电镜等表征。结果表明:FC-1为含氟丙烯酸酯共聚物。FC-1对岩石有良好的气湿反转能力,处理后的岩心表面由强亲液转变为疏油疏水的中性气湿。经10%FC-1溶液处理并经100℃热处理12 h后的岩心,蒸馏水在其表面的接触角最高可达124.98°,正十六烷在其表面的接触角可达84.69°,表面能降低至8.33 mJ/m2。     

致密砂岩气藏润湿性对液相圈闭损害的影响

致密砂岩储层易因外来工作液入侵造成严重的液相圈闭损害,岩石表面润湿性对于液相圈闭损害程度具有重要影响。使用氟碳表面活性剂Zonyl8740处理岩心,降低岩心表面能,制得不同润湿程度的岩心。通过岩心驱替和毛管自发渗吸实验分别研究了气湿岩心和液湿岩心的束缚水饱和度、自吸油水动态;建立初始含水饱和度岩心流动实验,对比了钻井液加入气湿反转剂前后液相圈闭损害率。实验表明,致密砂岩表面由液湿反转为优先气湿可大幅度减弱毛管自吸效应、降低自吸液量和最终滞留饱和度。气湿反转剂可有效减少钻井液对储层液相圈闭损害。对预防致密砂岩储层液相圈闭损害具有一定指导意义。     

纳米流体驱提高原油采收率的三维孔隙尺度模拟

基于不同渗透率岩心的三维微观模型,采用流体体积法对纳米流体驱油进行数值模拟;利用实验测得的含SiO2纳米颗粒的悬浮液界面张力、接触角和黏度,针对质量分数为0～1%、具有不同粒径的SiO2纳米颗粒的水基悬浮液,研究了纳米颗粒质量分数和粒径、驱替液流速、原油黏度和岩心渗透率对纳米流体驱油效率的影响。研究表明:采收率随着颗粒质量分数的增加而增加,纳米颗粒质量分数增加到0.5%时,与水驱相比采收率可提高约19 个百分点;纳米流体驱油采收率随着纳米颗粒粒径的减小而增加;在毛管数接近临界值的注入模式下使用纳米流体驱油对高黏低渗储集层提高采收率最为有效,且提高采收率幅度随着驱替速度的增加而减小;原油黏度越大,岩石渗透率越小,纳米流体驱油提高采收率的效果越明显。图16表2参37     

表面活性剂提高致密油藏渗吸采收率研究

为了明确表面活性剂改变岩石润湿性及降低界面张力的特性对致密油藏渗吸采油的作用效果,获得表面活性剂渗吸采油的有利条件,通过测量岩心接触角和表面活性剂溶液与油间的界面张力,研究了3 种常用表面活性剂重烷基苯石油磺酸盐（ZPS）、十二烷基苯磺酸盐（SDBS）和磺基甜菜碱（SB）对致密岩心渗吸采收率的影响,分析了自发渗吸机理。结果表明,阴离子表面活性剂改变岩心润湿性的能力好于非离子表面活性剂,两种阴离子表面活性剂（ZPS、SDBS）将岩心表面由油湿反转为水湿,非离子表面活性剂（SB）降低了岩心表面接触角,但未达到润湿反转的效果;油湿岩心介质在注入水溶液中不发生渗吸,表面活性剂引起的接触角改变可实现油湿岩心渗吸采油;岩心原始润湿性影响渗吸采收率,渗吸采收率增幅从大到小依次为水湿岩心>中性岩心>油湿岩心;三种表面活性剂均可使界面张力降至最佳渗吸界面张力范围10^-1～10^-2mN/m,油水界面张力的降低有利于提高岩心自发渗吸采收率。图1 表1 参12     

双疏性表面处理预防致密储层水相圈闭损害实验研究

传统的屏蔽暂堵技术不能有效防止致密储层中工作液的侵入,而以往靠降低界面张力排驱液相的方法效果短暂。在工作液中加入氟表面活性剂,增大润湿接触角,是一种降低毛管力减弱毛管自吸的新方法。润湿实验筛选出能将致密砂岩由液润湿改变为气润湿的氟表面活性剂。100℃下将岩心片浸泡在含所选氟活性剂的滤液中处理40 min,岩心片与滤液和水的接触角分别为120°和110°。毛管自吸、岩心流动实验表明,处理后岩心总吸水量降低了60%,自吸速率较处理前降低了40%～50%,驱替速率约是处理前的2倍。表明,氟活性剂能够有效改变储层岩心的润湿性,具有预防水相圈闭损害的应用潜力。     

凝析油气藏气湿反转解水锁的实验研究

气湿反转是目前解决油气藏水锁损害的有效方法之一.通过溶胶-凝胶法和氟烷基甲基丙烯酸共聚物Zonyl 8740的修饰,使岩心表面的润湿性发生了气湿反转.通过做接触角测量实验,发现溶胶的陈化时间、溶胶-凝胶处理时间、热处理温度、氟化浓度和氟化时间对岩心的浸润性有明显的影响.毛细管上升实验结果表明,用溶胶和Zonyl 8740处理后,气/水体系和油/气体系中的润湿性由优先液湿转变为气湿.利用扫描电子显微镜对处理岩心表面的形貌和能谱进行分析显示,用溶胶和Zonyl 8740共同处理岩心后,岩心表面具备了微细的粗糙结构和低表面能物质.岩心驱替实验结果表明,通过Zonyl 8740处理后,岩心中水的渗透率比未处理时增大了4倍.     

一种新型气湿反转剂的合成与性能评价

气湿反转剂通过改变低渗凝析油气藏近井地带的润湿性,将液润湿转变为气润湿,能够有效解决油气藏的水锁危害.将多巴胺接枝到以甲基丙烯酸十二氟庚酯和丙烯酸为单体合成的含氟丙烯酸酯聚合物中,得到了一种具有强黏附性的气湿反转剂.通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、紫外可见光谱分析,证实了多巴胺确实引入到了合成的合氟丙烯酸酯聚合物中.接触角测量结果表明,该气湿反转剂能够有效地将岩心的润湿性由液湿改变为气湿.通过岩心自发渗吸实验发现,在气/水体系和油/气体系中,经该气湿反转剂处理后,岩心中液体的饱和度分别由处理前的59％和50.9％降到了38.9％和48.1％.岩心耐冲刷性实验结果表明,经该气湿反转剂处理的岩心表面耐冲刷性好.     

陆相页岩气水平井段井壁失稳机理及水基钻井液对策

鄂尔多斯盆地陆相页岩气井水平段井壁失稳问题,是制约该盆地延长区块中生界上三叠统延长组页岩气资源勘探开发的重大工程技术难题。为此,采用X射线衍射分析获取页岩矿物组分特征,并分析其理化特征、比表面积及微观结构,在此基础上研发了基于纳米封堵的低自由水活度页岩水基钻井液体系(PSW-2),并现场应用于5口陆相页岩气水平井,保障了其长水平段钻进井眼的稳定性。研究结果表明:①该区延长组页岩黏土矿物含量高,属弱膨胀、易分散、多层理裂缝地层,井壁失稳是力学、物理化学、钻井机械扰动等因素综合作用的结果 ;②页岩平均孔径为4.494～8.502 nm,毛细管作用明显、吸水能力较强、水化不均匀,导致页岩局部强度下降,易形成突发性垮塌;③研制的PSW-2体系API滤失量低于2.8 mL、滚动回收率为95.15%(接近于油基钻井液98.25%的回收率)、线性膨胀率低至1.38%,润湿角由干岩样的26°增大为56.5°;④该钻井液体系浸泡后抗压强度增加至95.806MPa,接近于原岩的强度(110.70MPa)。结论认为,该水基钻井液体系通过微纳米成分封堵页岩孔隙、降低液相活度提高抑制性、减弱页岩毛细管自吸效应的多元协同,破解了井壁失稳的难题。     

Spontaneous imbibition for mixed-wettability states in sandstones induced by adsorption from crude oil

Wettability control by methods that are of practical relevance to oil recovery is an ongoing problem in wettability research. The preparation of mixed-wettability cores by adsorption from an asphaltic crude oil at elevated temperature and pressure has been investigated. After aging, crude oil was displaced by flow of decalin, an intermediate solvent that was compatible with the crude oil with respect to asphaltene precipitation but not likely to cause undue desorption of polar components of crude oil from pore walls. The decalin was in turn removed by flow of refined oil.In tests of the stability of the induced wetting states obtained by this approach, imbibition measurements were repeated for up to six cycles of imbibition and drainage. In most cases, wettability changed slightly towards water wetness after the first cycle, but there was comparatively little or no change for further cycles of spontaneous imbibition and forced drainage. Factors in preparation of mixed-wet cores such as the volume of decalin used to flush crude oil from the core and the temperature of flushing were investigated during the course of development of the experimental procedures. Once established, the induced wetting states were stable with respect to further flushing with decalin and also to flushing with toluene, a stronger solvent for asphaltenes.In experiments on displacement of brine by high viscosity refined oils, the initial water saturation of mixed wet cores could be readily reduced to much lower values than the water saturation that was present at the time of aging. However, in contrast to the drastic reduction in imbibition rate for cores aged at low water saturation, low initial water saturation obtained by this means had very little effect on subsequent spontaneous imbibition. This observation is consistent with the concept of mixed wettability postulated by Salathiel (1973) [JPT (1973) 12616] that the distribution of water at the time of aging controls the distribution of adsorbed components of crude oil.     

低渗透油藏裂缝动态渗吸机理实验研究

根据低渗透油藏裂缝与基质交渗流动的理论模型和物理模型,建立了裂缝与基质之间动态渗吸的实验方法并就裂缝内驱替速度、油水黏度比、润湿性,初始含水饱和度等参数对动态渗吸效果的影响进行了实验研究.对于低渗透裂缝性油藏,在压力梯度作用下水在裂缝内流动,同时由于毛细管力作用水渗吸到基质内,渗吸到基质中的水将油替换出来渗流到裂缝中,注入水再将裂缝中的油驱替到出口端,这就是裂缝与基质之间的交渗流动.动态渗吸实验结果表明:在本实验条件下,存在一个最佳驱替速度(3.0 mL/h),渗吸效率最高为35.5%;在一定的驱替速度范围内,由干毛细管力与黏性力的共同作用,渗吸效果最好.亲水岩心的动态渗吸效果最好.油水黏度比越小,动态渗吸效果越好.初始含水饱和度越高,毛细管力越小,动态渗吸效果越差.图6参20     

基于疏水型纳米二氧化硅的页岩气盐水钻井液

由于页岩地层层理和裂缝发育,且具有水化性,因此在钻井作业中常面临井壁稳定、降摩减阻、岩屑清除等难题。为此,优选了疏水型纳米二氧化硅作为泥页岩封堵剂,以减少水分侵入,抑制泥页岩水化膨胀。通过钻井液常规性能测试、扫描电镜分析,评价了不同纳米二氧化硅对盐水钻井液的影响。结果表明:①疏水型纳米二氧化硅具强疏水性与强吸附性,能吸附在泥饼上,形成纳米颗粒隔水层,有效降低滤失量;②纳米二氧化硅加量为1%~3%时,疏水型固体纳米二氧化硅可使钻井液滤失量降低48.7%,疏水型纳米二氧化硅分散液可使钻井液滤失量降低41.67%,但固体颗粒易团聚,易失去纳米颗粒特性;③在180℃、NaCl含量25%、分散液加量3%条件下,钻井液滤失量为8.2mL;在室温~180℃下,钻井液水活度稳定在0.815~0.849,页岩膨胀率在4%左右,具有较强的抑制性;钻井液的润滑系数稳定在0.11~0.12,润滑性能较好。综合考虑滤失量、稳定性和性价比等因素,选定基于3%疏水型纳米二氧化硅分散液和25%NaCl的钻井液体系为最优配方。      

纳米二氧化硅对盐水钻井液性能的影响

在油气井钻进过程中,井壁发生缩径和掉块往往是由于泥页岩吸水膨胀导致的。针对这种情况,提出使用纳米二氧化硅封堵泥页岩的纳米级孔喉,从而降低其渗透率、减缓水分侵入的思路。通过测试钻井液的黏度、滤失量和膨胀量,评价了纳米二氧化硅对盐水钻井液性能的影响。室内实验结果表明,纳米二氧化硅改善钻井液性能,必须是在其抗盐的基础上才能实现,即需使用抗盐土配浆;浓度为1%~5%的纳米二氧化硅通过增加颗粒间的内摩擦力,既而提高了钻井液的黏度,然而纳米二氧化硅材料对于盐浓度比较敏感;纳米二氧化硅颗粒可以沉积在滤饼表面封堵滤纸孔隙,降滤失效果明显,滤失量降低率可达40.2%;其通过封堵黏土的孔隙,起到了抑制黏土吸水膨胀的作用。优选出的二氧化硅最优加量为3%,其抗盐可至12%;综合考虑滤失、膨胀量实验结果和性价比,选定3%NP+4%Na Cl+SWM-B为最优配方。     

Surface and core wetting effects of surfactants in oil-based drilling fluids

Surfactants are used in oil-based drilling fluids to emulsify water and to ensure that cuttings are wetted by oil. The products used are based on drilling conditions and are essentially the same for traditional oil-based and synthetic oil-based fluids. Although much of these surface active materials adsorb on cuttings and filter cake, it is still likely that core samples are exposed to significant concentrations. Additional contamination can occur in subsequent core tests if the oil samples used are themselves contaminated with the drilling fluid.Commercial surfactant packages from several sources have been selected for examination of their effects on the tests normally used to assess the extent of wetting change in crude oil/brine/mineral systems. These products were characterized with respect to their interfacial properties by measurements of interfacial tension as a function of concentration and brine composition. Wetting tests include measurements of contact angles on smooth mineral surfaces and rates of imbibition into porous media. The results show that even very low concentrations of surfactants, much lower than the amounts recommended for use in drilling fluids, can affect the wetting properties of mica surfaces and Berea sandstone cores.     

致密砂岩油藏动态渗吸驱油效果影响因素及应用

渗吸驱油作为致密砂岩油藏高效开发的一项重要技术措施,近年来受到越来越多的关注。致密砂岩油藏渗吸驱油效果的影响因素较多,以鄂尔多斯盆地某区块致密砂岩储层为研究对象,通过岩心动态渗吸驱油实验,评价了渗吸液类型、渗吸液浓度、渗吸液注入量、驱替流速、反应时间以及岩心渗透率对储层岩心动态渗吸驱油效果的影响。结果表明：渗吸液中加入非离子表面活性剂HYS-3能够显著提高动态渗吸驱油效率;渗吸液中表面活性剂的浓度越高、渗吸液注入量越大、反应时间越长、岩心渗透率越高时,动态渗吸驱油效率越高;随着驱替流速的增大,岩心动态渗吸驱油效率呈现出先增大后减小的变化趋势;动态渗吸驱油实验最优参数为：驱替流速为0.2 mL/min,渗吸液为0.5% HYS-3,渗吸液注入量为1.0 PV,反应时间> 48 h。矿场应用试验结果表明,实施注水吞吐动态渗吸驱油方案措施后,S油田5口井的日产油量是措施前的2倍多,含水率明显下降,增油效果显著。