二氧化硅纳米颗粒与低矿化度水对Berea砂岩润湿性的影响

为了研究亲水SiO₂纳米颗粒与低矿化度水对无黏土人造Berea砂岩岩心润湿性的影响，在不同纳米颗粒质量分数和盐水矿化度下开展了毛管压力、界面张力、接触角和Zeta电位测试及动态驱替实验，采用美国矿务局(USBM)润湿性指数量化砂岩润湿性的改变，评估纳米颗粒的稳定性和滞留性及纳米流体提高原油采收率的效果。研究表明，SiO₂纳米颗粒与低矿化度水混合驱替可以使砂岩更加水湿。随盐水矿化度降低、纳米颗粒质量分数增加，油水界面张力和接触角均减小；当盐水矿化度降至4 000 mg/L，纳米颗粒质量分数增至0.075%时，润湿性改变最为明显，此时原油采收率提高约13个百分点。盐水矿化度为4 000 mg/L、SiO₂纳米颗粒质量分数为0.025%时，纳米颗粒滞留引发的渗透率伤害最小。     

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     

低渗透砂岩润湿性对水驱和复合驱采收率的影响

在砂岩岩心渗透率小于50×10-3μm2条件下,考察驱替相润湿接触角分别为37,86,126和167°的驱油效果,对应水驱采收率平均值依次为16.18%,15.47%,13.94%和9.02%,复合驱采收率依次为21.12%,17.33%,13.53%和5.26%。结果表明,除强亲油性外,其他润湿性对岩心水驱采收率的影响不显著。复合驱提高采收率幅度随润湿性由亲油到亲水变化逐渐提高,其平均值与润湿接触角呈二阶线性负相关关系,即润湿接触角越小,采收率越高,接触角为37°时提高采收率最大。低渗透孔隙微毛细管对原油的捕集作用是制约驱油效率的关键因素,应用复合驱应重点从降低油水界面张力和改变岩石润湿性2方面考虑克服毛管对原油的捕集束缚。     

纳米驱油剂在增注驱油中的作用*

为分析纳米驱油剂在低渗储层增注驱油中的作用,评价了以硅烷偶联剂改性的纳米SiO₂为主要成分的纳米驱油剂的基本性能,通过枣湾区块长6储层天然岩心和微观模型驱替实验研究了纳米驱油剂的流动特征和驱油特征。结果表明,纳米驱油剂中的纳米颗粒粒径较小,具有较低的油水界面张力、良好的亲水性及一定的静态吸附能力。30℃下,0.1%纳米驱油剂的油水界面张力为0.784 mN/m,在亲水和亲油载玻片上的润湿接触角分别为22.5°和16.2°,在长6岩心表面的平均静态吸附量为0.0033 mL/g。纳米驱油剂可以驱替常规水驱波及不到的圈闭在小孔隙中的残余油,且能剥离吸附在孔隙表面的油,对片状集中分布残余油的驱替效果好于网状分散分布的残余油。在微观模型和天然岩心中注入1 PV 0.1%纳米驱油剂后,水驱渗透率分别提高55.2%~56.7%和34.3%~55.4%,驱油效率分别提高10.9%~21.6%和6.1%~10.1%,增注驱油效果较好。     

纳米淀粉流体提高原油采收率

为了进一步促进纳米驱油技术在低渗透油藏中的高效应用,亟需开发新型的纳米驱油产品。纳米淀粉颗 粒作为一种环境友好型的材料,分布广、价格相对低廉、性能优异,具备大幅度提高采收率的潜力。通过室内静 态实验、岩心驱替实验、微观可视化实验、CT扫描实验等手段,从纳米淀粉流体的基本物性、提高驱油效果、扩大 波及体积等方面研究了其提高采收率的过程和机理。研究结果表明,质量浓度为5000mg/L的纳米淀粉流体因 其亲水性和较小的粒径（30nm）可改变水分子的赋存状态,使水相变温度从102℃升高至110℃,使得岩石表面 的润湿接触角从78°降至34.2°,使油水界面张力从20mN/m降至0.56mN/m,注入压力下降39.6%。在微观可 视化模型中,纳米淀粉流体可以明显降低多孔介质中的含油饱和度,特别是多孔介质固体表面的油膜量明显 减少,提高驱油效果明显。在低渗透岩心中,纳米淀粉溶液的驱替前沿更加均匀,与水驱相比具有更大的波及体积。由于较大的波及体积、较高的驱油效率以及良好的润湿性等,注入0.4PV质量浓度为5000mg/L的纳米淀 粉流体后,低渗透岩心的采收率增幅达21百分点。研究结果可为低渗透油藏的提高采收率提供一种新的技术参考。     

离子组成及矿化度对低矿化度水驱采收率的影响

低矿化度水驱提高采收率对注入水和地层水的离子组成有一定的要求。在室内砂岩岩心驱替实验的基础上,采用对比的方法,研究了注入水和地层水的离子组成对低矿化度水驱提高采收率的影响。结果表明：在进行三次采油模式下的低矿化度水驱时,地层水中含有二价阳离子Ca²⁺或Mg²⁺均可提高采收率,且Ca²⁺的效果要好于Mg²⁺;只有注入水的矿化度低于油藏油水系统低矿化度效应启动阈值时,采收率才会提高。分析实验结果确定,地层水中含有二价阳离子Ca²⁺或Mg²⁺,以及注入水的矿化度低于由油藏油水系统决定的矿化度阈值,是实现低矿化度水驱提高采收率的必要条件。     

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,界面张力最低,为0.55 mN/m;纳米SiO₂颗粒加量在0.15%以下时体系具有较好的稳定性,浓度越高,体系稳定性越差。岩心驱替实验表明,在渗透率20×10^-3μm2的低渗岩心中,SiO₂纳米流体可以有效降低含水率,降低注入压力,最佳的注入参数为:注入速率0.1 mL/min、注入量0.5 PV、加量0.15%,在此条件下可提高采收率25.41%。SiO₂纳米流体可用于低渗透油藏提高采收率。所合成的具有一定疏水性的SiO₂纳米颗粒可用于低渗透油藏高效提高采收率。     

低矿化度水及十六烷基羟丙基磺基甜菜碱表面活性剂的驱油作用

为进一步提高老油田水驱采收率,以低矿化度下的地层水和表面活性剂十六烷基羟丙基磺基甜菜碱（HHSB）溶液为对象,通过室内物理模拟研究了它们在低渗多孔介质中的流动特征及驱油特征。研究结果表明,低矿化度下地层水及表面活性剂溶液与岩石表面作用更强、流动阻力更小。低矿化度（4700 mg/L）地层水、高矿 化度（47000 mg/L）地层水与岩心润湿接触角分别为83°和84.5°;低矿化度下质量分数0.3%的十六烷基羟丙基磺基甜菜碱（HHSB）溶液在岩石表面吸附损失量为23.33%,而高矿化度下HHSB溶液在岩石表面吸附损失量仅为16.73%;经岩石表面吸附后,低矿化度表面活性剂溶液与原油界面张力为0.0045 mN/m,而高矿化度表面活性剂溶液与原油界面张力为0.008 mN/m。提高采收率实验结果表明,高矿化度水驱、低矿化度水驱的采收率分别为32.5%和33.8%;高矿化度水驱（采收率32.5%）后转低矿化度水驱、高矿化度水驱后转高矿化度表面活性剂驱、高矿化度水驱后转低矿化度表面活性剂驱分别可提高采收率1.3%、6.2%和8.2%,总的采收率分别为33.8%、38.7%和40.7%;低矿化度水驱（采收率33.8%）后转低矿化度表面活性剂驱可提高采收率7.3%,总采收率为41.1%。低矿化度水驱加后续低矿化度表面活性剂驱的组合方式可使采收率达最高。图5 表4 参14     

泡沫驱前预注低矿化度水提高油湿砂岩原油采收率

为提高泡沫驱原油采收率,通过室内岩心驱替实验研究了预注低矿化度水再进行泡沫驱的驱油效果以及原油组成及注入水矿化度对该驱替方式驱油性能的影响。研究结果表明,低矿化度水驱能反转岩石润湿性,将油湿岩石改变为水湿岩心。采用矿化度130000 mg/L的模拟地层水水驱至98%后注入2 PV的低矿化度水(矿化度2784 mg/L)再按气/起泡剂溶液体积流量1∶1交替注入氮气和质量分数为0.1%的起泡剂溶液2 PV,泡沫驱最高封堵压力为0.242 MPa,低矿化度水驱后泡沫驱比水驱提高采收率14.20%。低矿化度水驱与泡沫驱能产生协同作用,低矿化度水驱后续泡沫驱过程生成了稳定泡沫,提高了泡沫在多孔介质中的封堵能力,从而大幅度提高原油采收率。随着原油酸性组分含量和注入水矿化度的降低,岩心亲水性会更强且泡沫驱性能更好。图4表3参13     

ROS驱油表面活性剂在高温高盐油藏中的应用

研究了 ROS 驱油表面活性剂用于华北油田晋45断块的有关性能,包括溶解性、界面张力性能、耐高温性能、吸附性能以及岩心驱替实验。结果表明,ROS 驱油表面活性剂在晋45断块地层水中具有良好的溶解性和耐高温性能;当 ROS 质量分数大于0.2%时,油水界面张力可以达到10~(-3)mN/m 的超低值;在设计注入质量分数0.3%附近,吸附量小于1.0 mg/g,能够满足华北油田晋45断块对表面活性剂驱油的要求;质量分数为0.2%的 ROS 驱油表面活性剂驱可比水驱提高采收率13.3%。