超低渗透砂岩SiO2纳米颗粒吸附滞留特征

纳米颗粒因其独特的纳米效应在提高原油采收率具有广泛的应用前景,但超低渗储层孔喉细小,纳米颗粒的吸附滞留对其储层物性影响较大。基于SiO₂纳米流体在超低渗岩心中的驱替实验,结合紫外可见分光光度实验测试纳米颗粒在岩心中吸附量,并采用扫描电镜观察了驱替结束后岩心切片。研究结果表明,随着纳米流体质量分数(0.01%～0.50%)的增加,岩心注入压力升高,纳米颗粒滞留率增大(7.60%～87.50%)、渗透率损失率最高可达96.46%。后续NaCl溶液驱替仅可带走少许吸附不稳定的游离态纳米颗粒,但未明显缓解吸附滞留情况,纳米颗粒已在岩心中形成了有效封堵。为了不影响后续流体的注入,超低渗砂岩注入SiO₂纳米流体的质量分数不能大于 0.01%。驱替结束后岩心切片的 SEM 扫描图像显示,纳米颗粒集中吸附在岩心前段的孔喉和基质表面,占据流体渗流通道,引起孔喉结构变化。纳米流体浓度越大,颗粒聚集现象越明显。     

深水疏松砂岩储层微粒运移损害的控制方法

中国南海深水疏松砂岩油气层钻完井作业中，易发生微粒运移、堵塞，造成储层损害，需要探索微粒运移损害的控制方法。选用南海深水疏松砂岩储层岩样，通过微粒吸附和释放实验以及岩心动态损害评价实验，探讨了纳米材料控制微粒运移损害的作用效果；实验分析了纳米颗粒吸附对岩石表面形貌、粗糙度及电性的影响；利用微粒与吸附纳米颗粒的岩石孔壁之间的相互作用能计算模型，分析了不同离子强度下储层微粒与岩石孔壁之间的总相互作用势能及作用机制。结果表明，纳米颗粒能有效控制深水储层微粒的运移，将其吸附并固定在孔壁表面。随着流体离子强度增加，控制运移的作用效果增强。其中，纳米氧化铝NP-1的作用效果最好，可明显提高深水储层岩心的渗透率恢复值，并且与深水钻井完井液具有良好的配伍性。模型计算结果表明，吸附纳米颗粒后，岩石孔壁与储层微粒之间的总相互作用势能下降，有利于岩石孔壁吸附、固定微粒，原因是纳米颗粒的吸附增加了岩石表面粗糙度及黏附力矩，也影响了表面电荷分布，有利于降低排斥势垒，并使初级势阱加深，提高岩石表面固定微粒的能力。因此，深水钻完井中，可通过加入纳米颗粒、适当提高工作液矿化度来减少微粒运移引起的储层损害。     

海上油田注水井复合纳米降压增注技术研究

为解决海上油田注水井压力升高过快,欠注现象严重的问题,在室内复配了一种适合于海上油田注水井的复合纳米降压增注物料体系。进而评价了该体系的稳定性、界面活性、防膨性能、改变岩石润湿性能以及降低微粒运移伤害能力,还通过岩心驱替实验评价了其降压增注效果。结果表明,该复合纳米降压增注体系具有良好的稳定性和界面性能,在储层温度下放置50 d后界面张力仍然可以稳定在10-2 mN/m的数量级。体系对岩心粉末的防膨率可以达到96.7%,并且可以有效改变岩石表面润湿性。使用该复合纳米降压增注物料处理后的驱替液颗粒总数以及粒径中值都明显降低,说明其具有较好的降低微粒运移堵塞的可能性。岩心驱替实验结果表明,经增注措施处理以后压力降低率均可以达到35%以上,可见复合纳米降压增注物料体系具有明显的减阻效果,能够满足海上油田注水井长期降压增注的需要。     

致密储层纳米增注技术研究与应用

针对魏家楼致密储层油藏注水压力上升快的问题，引入了纳米增注技术，通过微细管和岩心驱替实验装置对纳米增注技术的增注原理和影响因素进行了分析。结果表明：纳米增注剂能够改变岩石润湿性，可使亲水储层改变为中性或亲油储层，减少亲水储层孔喉表面形成的水膜的厚度；纳米增注剂还可吸附在孔喉表层，使孔喉表层的水化膜剥离，增大孔喉有效半径，降低流体阻力，从而增加地层吸水能力。微细管驱替实验表明，质量分数为0.010%的纳米增注液，对直径为50～100μm的微细管降压效果较好，降压率最大可达30.1%;天然岩心驱替实验表明，纳米增注液注入量为1倍孔隙体积、吸附时间大于36 h时，降压效果较好，降压率达40.0%。魏家楼油田降压增注现场试验结果表明，纳米增注剂能使注水井注入压力降低2.4 MPa。该研究结果对致密储层油藏高压欠注井治理具有很好的应用价值。     

水驱高含盐储层渗透率变化机理实验研究

为了研究高含盐油藏水驱渗透率变化机理，在岩心薄片微观孔隙模型实验的基础上，研究了高含盐油藏水驱储层渗透率在不同驱替速率、含盐量、岩心渗透率、注入水性质、驱替孔隙体积倍数等条件下的变化，并且对驱替过程中孔隙变化的微观图像进行了对比。实验结果表明，水驱后渗透率的变化趋势随着岩心渗透率和含盐量以及驱替条件的不同而不同，驱替过程中发生了微粒运移的现象。分析表明，盐的溶解是该类储层渗透率变化的根本原因；以胶结物形式存在的可溶性盐的溶解造成了岩石颗粒的脱落和运移，直接影响储层渗透率的变化。     

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。     

疏松砂岩微粒运移主控因素及矿场影响特征

疏松砂岩油藏开发中微粒运移堵塞造成的油井产液能力大幅下降问题是制约该类油藏开发效果的关键节点。为了搞清微粒堵塞的机理及主控因素,根据PX油田铸体薄片观察微观孔喉特征,利用激光刻蚀制备了微观孔隙结构模型,模拟了不同粒径、黏度、流量、浓度下的微粒运移堵塞机理。系统评价了微粒粒径与喉道比值、流体黏度、固相颗粒浓度、流量等对微粒运移/堵塞的影响。认识到微粒浓度、微粒粒径和孔喉大小、流体黏度、驱替速度是影响微粒运移的主控因素。微粒粒径与喉道直径之比大于2/3时容易形成大规模堵塞。矿场中不同含水阶段微粒运移的影响因素不同,流体黏度、产液波动、含水上升、生产制度调整等都会造成微粒运移堵塞。     

低渗透油藏毛细作用评价方法研究

毛细作用贯穿低渗透油藏开发全过程,毛细作用改变能力直接影响提高采收率幅度。本文以低渗透油藏孔喉尺寸为依据,研发了一套以毛细管/管束、微计量、可视化评价为核心的毛细作用分析系统,将不同流体在多孔介质中内的运移状态等效为在不同尺寸毛细管/管束中的渗流,准确评价驱替液的启动压力梯度和毛细阻力,反映不同类型驱油剂的注入效果与微观扩大波及体积能力。实验选取了水、甜菜碱表面活性剂与纳米SiO_2驱油剂等5种典型驱油剂,通过注入不同直径(0.3~10μm)的毛细管,评价了不同驱油剂的启动压力梯度和毛细阻力。室内评价结果显示:在实验选用的亲水、疏水毛管条件下,纳米SiO_2驱油剂降低毛细阻力能力均优于水与常规甜菜碱表面活性剂;亲水改性纳米SiO_2对毛细阻力降低幅度最大,且毛细管越细(≤1μm),注入性改善优势越明显,说明该类纳米材料可以降低驱替介质可注入的"门槛"渗透率,从而扩大常规水驱波及不到的波及体积,有望进一步提高低/特低渗透储层注入效果。     

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     

渤海L油田注水井欠注原因及对策分析

渤海L油田部分注水井投注后表现出注入压力快速升高、注入困难的情况,注水量无法满足油藏配注量。为此对L油田注水井欠注原因进行分析,通过岩心驱替实验评价储层岩石敏感性、钻完井液损害以及注入水对储层伤害,采用静态配伍性实验评价注入水与地层水之间的配伍性。结果显示储层具有强速敏损害,而部分注水井在投注初期注入量即远远超过了速敏损害临界注入量,造成了不可逆的微粒运移伤害。钻完井顺序工作液对岩心渗透率损害率可达35.5%～48.2%,单一注入水对岩心渗透率损害率达31%～35.2%,钻井液固相侵入和注水水质长期超标造成的储层损害是L油田注水井普遍注入能力较差的关键原因。建议L油田新井返排后投注或在投注初期进行酸化减弱钻井液损害,初期注入量应控制在速敏临界流量之下,逐级提高注入量避免发生微粒运移伤害,同时加强注入水悬浮物含量、含油量以及硫酸盐还原菌等关键指标的控制。     

SiO2纳米流体在低渗透油藏中的驱油性能和注入参数优化

为研究纳米流体在低渗油藏中的驱油性能,采用实验室自主研发的具有一定疏水性的SiO2纳米颗粒,研究了SiO2纳米流体的稳定性及其对界面张力的影响,并通过低渗岩心驱替实验评价了SiO2纳米流体的驱油性能,优化了该纳米流体的注入参数.研究结果表明,纳米SiO2颗粒的粒径中值约为50 nm;纳米SiO2颗粒加量为0.15％时,...     

纳米聚硅材料在低渗透油田中的应用

在低渗透油田注水开发过程中，普遍存在注水井注入压力长期居高不下、注入量低、单井注入压力差异大等问题，采用纳米聚硅材料可以缓解这一问题。岩心驱替实验、微观驱油实验表明，纳米聚硅材料改善注水效果的机理是能够改变岩石润湿性、提高水相相对渗透率，其强憎水特性能够驱替吸附在孔隙内表面的水膜、扩大孔径等。现场应用表明：纳米聚硅材料能降低注水压力，提高注水量，具有较好的经济效益。图3表2参11     

纳米吸附法降低岩石微孔道水流阻力的实验研究

研究了疏水性纳米SiO₂颗粒在岩石微孔道孔壁的吸附对岩石孔壁的阻力特性的改变机制,探讨了纳米SiO₂降压增注机理。疏水性纳米颗粒吸附在地层岩石微孔道表面并形成纳米吸附层,使亲水孔壁表面呈现强疏水性并形成水流滑移层,较大幅度地降低了流动阻力,从而提高了水流速度。通过润湿性变化、吸附电镜扫描等系列实验,证明了岩石微孔道中产生纳米滑移效应的可能性。流动实验结果表明,经含纳米颗粒流体处理后,岩心的水相渗透率大幅度提高,平均达到47%。同时用Lattice Boltzmann方法(LBM)模拟了含疏水性纳米SiO₂颗粒流体处理前后的实际渗流问题,间接计算出了纳米颗粒吸附造成的滑移长度。     

强碱三元体系对岩心渗透率的影响规律

强碱三元体系注入油层后,碱与矿物组分发生化学反应及物理变化。强碱溶蚀岩石表面,溶蚀产物及黏土颗粒在油层渗流通道上运移沉淀,对渗流造成较大伤害。以A油田为研究对象,从碱对矿物组分的溶蚀性入手,通过渗流实验,借助扫描电镜及能谱分析仪等,分析了强碱对储层的伤害机理及溶蚀后的矿物组分变化,进而研究对岩心渗流能力的影响。岩心渗流实验结果表明,强碱三元体系长时间驱替后,注入压力上升约140 kPa,岩心渗透率平均下降18%。岩心原始孔隙结构在强碱的溶蚀和渗流冲刷下严重破坏,高岭石和蒙脱石等晶体结构被破坏。长时间驱替后,碱溶反应生成的沉淀物及脱落的黏土颗粒运移堵塞和附着在孔喉通道壁面,使岩心的渗流能力下降。扫描电镜结果表明,驱替前、后岩石矿物表面特征发生变化,颗粒运移,元素含量也随之变化,进一步验证了强碱三元体系对岩心渗透率的影响规律。     

含有纳米SiO_2的注入水改善储层渗透率实验研究

注入水与地层水混合后产生的盐类沉淀(特别是CaSO_4)不仅会堵塞储层的孔隙、降低储层渗透率、减少油气产量,还会对注入和生产设备造成损害。文章针对油田注水工艺过程中出现的实际问题,以现场采集的岩心、地层水以及配制的不同矿化度的注入水为基础进行了岩心驱替实验,记录了不同温度、注入水体积条件下的实验数据,计算了岩心渗透率的变化情况,研究了含纳米SiO_2颗粒的注入水对储层渗透率的影响规律,对比添加纳米SiO_2前后岩心的渗透率计算结果。实验结果表明,纳米SiO_2在减少CaSO_4沉淀和保护储层方面具有积极的作用,能够有效的防止CaSO_4沉淀对储层的损害。在40℃条件下,未添加纳米SiO_2时1~#注入水的平均相对渗透率仅为0. 261,添加纳米SiO_2后上升至0. 92。在25℃～40℃范围内,岩心的渗透率随温度的增加而增加;在40℃～80℃范围内,岩心的渗透率随温度的增加而呈降低的趋势。     

低渗透砂岩储层微粒运移伤害实验研究

姬塬油田G83区长4+5油藏为低渗透砂岩储层,随着开发注水压力持续上升,欠注井逐年增多,且大多数欠注井多次治理无效。为了明确注水开发过程中微粒运移现象及其变化特征,确定运移微粒成分,并优化注水技术政策,开展了长岩心、正反向驱替流动实验,长岩心大流速岩心驱替实验及驱出物X衍射分析等。研究表明：存在明显的微粒运移现象,运移微粒以方解石、伊利石和绿泥石为主,合理的技术政策执行可减弱微粒的脱落和运移。     

相国寺储气库储层微粒运移伤害实验研究及应用

储气库强注强采、反复注采的生产特征决定了储层特征在不断变化,使用常规方法难以准确评价微粒运移对储层的伤害大小。为了给储气库注采方案的科学制定提供实验技术支持,以碳酸盐岩裂缝-孔隙型储气库储层为研究对象,针对储气库实际生产,建立了一套基于生产特征的实验方法;采用岩心伤害评价仪、扫描电镜及浊度仪开展微粒运移对储层伤害的实验研究,定量分析驱替压差递增、波动、正反向的变化引起微粒运移对储层的损害大小。研究结果表明:①基于生产特征建立的实验方法,驱替方式为压差递增、波动、正反向,驱替压差1.5～10 MPa,实现了模拟实际生产全特征的实验评价;②碳酸盐岩裂缝-孔隙型储气库储层微粒运移的第一临界压差4 MPa,第二临界压差8 MPa;③驱替压差波动更容易使前期堵塞孔喉的微粒发生进一步运移,产生自然解堵或新的堵塞,4～8 MPa的驱替压差产生解堵的效果,8～10 MPa的驱替压差产生新的堵塞;④驱替压差方向的变化,可使微粒在喉道及孔隙中来回振荡,使部分大微粒破碎成小微粒进而运移出,使储层渗透率在一定程度上得到改善,缓解储层的伤害。结论认为,碳酸盐岩裂缝-孔隙型储气库在注、采过程中控制一定的生产压差,不但能够满足生产需要,而且减小地面设备负荷,同时能有效缓解由于微粒运移导致的储层伤害。     

改性纳米二氧化硅流体的制备及其降压增注规律

为降低油藏注水压力，使用非离子表面活性剂吐温80分散改性纳米二氧化硅，通过室内实验研制了一种用于降压增注的纳米流体。研究了该体系的分散性，考察了体系的润湿反转性能；通过岩心驱替实验，研究了不同注入量、不同岩心渗透率下纳米流体的降压增注规律。实验结果表明，该纳米流体具有良好的分散性能，平均粒径约为15 nm，且润湿反转能力较好，可将岩心表面接触角从35°增大到130°；当注入量为1.0 PV时，减阻率达45.31%；对渗透率为1.00×10^-3～20.00×10^-3μm²的岩心，纳米流体的降压增注效果较好，减阻率达35.00%以上。     

水气交替注入过程纳米颗粒对CO_2运移特征的影响

为了有效控制CO_2提高采收率和CO_2埋存过程中CO_2流体的流动性,在储层或砂岩含水层中注入纳米颗粒。室内实验采用CT扫描仪观察和测量CO_2驱替盐水/纳米颗粒溶液以及盐水/纳米颗粒溶液驱替CO_2的流动形态和流体饱和度。研究结果表明,纳米颗粒溶液实验中CO_2驱替前缘比较一致并且流体流动较慢,其初始CO_2饱和度和剩余CO_2饱和度要大于盐水实验中的初始CO_2饱和度和剩余CO_2饱和度。纳米颗粒使得CO_2与盐水产生稳定的乳状液,减小流体流动性,增加流体有效黏度。根据Land方程,盐水实验中C常量为2.45,纳米颗粒实验中C为2.25,因此CO_2注入方案的制定应尽量选取小的C常量,以减缓气水交替注入过程中CO_2的黏性指进,将更多的CO_2滞留或保存在地层中。     

活性SiO2纳米粉体改善油田注水技术研究

报道了用活性纳米SiO2粉体水基分散液改善注水井吸水能力的新技术并讨论了增注减压机理:在砂岩孔隙表面吸附,使表面由亲水变为亲油,提高水相相对渗透率,降低油相相对渗透率。所选活性纳米粉体为市售品,先使表面吸附一种阳离子表面活性剂,表面电荷由负变正,再吸附阴离子表面活性剂,制成强憎水性的活性纳米SiO2粉体。将这种表面改性粉体分散在2.0%的某种表面活性剂水溶液中,制成水基分散液。岩心驱替结果表明,0.2%的纳米SiO2粉体水基分散液改善岩心渗透率的效果,基本上可以达到0.2%的乙醇、柴油分散液的效果;当纳米粉体在水基分散液中的浓度为0.10%～0.25%时,驱替后、驱替前岩心渗透率比Ki/K0>1,最佳浓度为0.10%,这时Ki/K0=1.39。注入纳米粉体水基分散液前用预处理液处理含油岩心,可大大提高用3%NH4Cl溶液测定的岩心渗透率比Ki/K0,12%盐酸 8%NaOH溶液预处理效果最好,其次是8%NaOH溶液,12%盐酸再次之。介绍了用纳米SiO2粉体水基分散液处理中原文东油田6口注水井的增注减压效果。该技术特别适用于中渗油藏。图3表2参3。