纳米材料提高油气采收率技术研究及应用

结合近20 a来国内外纳米材料矿场应用案例,从纳米材料的分类和驱油机理2个方面进行了梳理及论述,对纳米材料在提高油气采收率的技术优势及存在问题进行了分析,探讨并展望了未来纳米材料应用于提高采收率领域的关键与发展方向。目前应用于提高采收率的纳米颗粒按材料主要分为金属氧化物、有机颗粒和无机颗粒3类;纳米材料的驱油机理通常是多种机理的结合;片状纳米材料具有独特优势,其中,新型2D智能纳米驱油技术已成功开展了多次矿场试验,在提高采收率领域的应用潜力巨大。     

2-D智能纳米黑卡稳定乳状液的机理

为揭示二维纳米片状材料(黑卡)对乳状液稳定性的影响,以扶余油田长春岭和三队区块原油为例,在水油体积比为7∶3的条件下,研究质量分数为0.005%的2-D智能纳米黑卡流体对原油乳状液稳定性的影响。通过稳定性分析仪和界面流变仪表征乳状液稳定性大小和界面膜强度,通过观察乳状液的微观形状和粒径分布分析黑卡增强乳状液稳定性的机理。研究结果表明,黑卡尺寸约为70×100(nm),厚度为0.65数1.2 nm。在原油和0.01%稳定剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)组成的乳状液中加入黑卡后形成Pickering乳状液,乳状液的析水速度变慢,乳状液的稳定析水率从75.71%数78.57%降至65.71%数72.86%;乳状液稳定性提高,稳定性指数(TSI)值由4.73数5.64降至2.71数3.84;乳状液膜的强度增强,体系流变学特征由黏性转变为明显的弹性。黑卡作用的Pickering乳状液的背散射光曲线可分为乳状液破乳区、过渡区和乳状液聚并区3个区域。黑卡能改变稳定剂亲水-亲油平衡,将W/O型乳状液转变为O/W型乳状液,形成液滴尺寸为0.1数5μm大小的乳状液,大幅降低原油黏度。黑卡同时具有亲水-亲...     

阴-非/阴离子型起泡剂协同增强泡沫耐盐性

矿化度影响起泡剂的发泡能力和生成泡沫的稳定性,不同类型起泡剂复配可以发挥协同效应,增强泡沫耐盐性。选取矿化度分别为0、50、100、150 g/L的4种配液水和α-烯基磺酸钠(AOS)、十二烷基硫酸钠(SDS)和阴-非离子表面活性剂(SS-163)3种表面活性剂配制起泡剂溶液,发泡后再注入矿化度为220 g/L的盐水,模拟泡沫注入地层后与高矿化度地层水接触的过程,通过Waring Blender法评价表面活性剂体系的起泡性能,并提出盐敏指数概念,初步定义了适用于起泡剂单剂与起泡剂复配体系的盐敏性强弱评价标准。结果表明,当用盐水配液时,表面活性剂复配体系的耐盐性能优于单一表面活性剂体系。配液水矿化度对阴离子型表面活性剂AOS、SDS起泡性能的影响极大,而对阴-非离子表面活性剂SS-163的影响较小。在配液水矿化度100～150 g/L区间内存在耐盐性临界点C,当矿化度小于C时,AOS与SDS按质量比1∶1复配的效果最好;当矿化度大于C时,SDS与SS-163按1∶1复配的效果最优。以起泡剂平均盐敏指数和标准差为依据,可将单一起泡剂盐敏性划分为弱盐敏、中等盐敏及强盐敏3个级别;根据复配体系中是否含有弱盐敏表面活性剂和盐敏指数平均值与标准差,可判断复配体系盐敏性的强弱。图14表1参28     

适用于缝洞型油藏的自修复预交联凝胶的制备与性能评价

为了解决高温高矿化度塔河油田缝洞型碳酸盐油藏的高含水率问题,研发出一种耐高温（140 ℃）和耐超高 矿化度（240 g/L）的自修复预交联凝胶（SPG）,可直接使用高矿化度水将改性HPAM、六亚甲基四胺、邻苯二酚和 硫脲等溶解,加入无机物CCH提高稳定性。考察了SPG的流变性能、微观结构及对裂缝岩心封堵效果。研究结 果表明,该凝胶体系的三维网状结构更饱满紧密,脱水周期延长;凝胶初始黏度为77.1 mPa·s,成胶后强度可达 H—I 级,30 d 内脱水率仅为5%,对裂缝岩心的封堵率在90%以上。SPG体系具有良好的注入性、抗剪切性和抗 冲蚀性,在裂缝发育充分的缝洞型碳酸盐岩储层中具有应用潜力。     

2-D智能纳米黑卡在低渗透油藏中的驱油性能评价

针对低渗透油藏渗透性差、孔喉狭小和岩层致密等特点,研制了片状2-D智能纳米黑卡驱油体系。研究了2-D智能纳米黑卡的微观结构、润湿性、界面性质、稳定性、乳化降黏性,通过一维岩心驱替实验考察了岩心渗透率、纳米黑卡浓度以及原油黏度对2-D智能纳米黑卡溶液驱油效果的影响。研究结果表明,纳米黑卡尺寸约为60 nm×80 nm×1.2 nm,其与油水界面形成"面-面"接触,界面作用极强。纳米黑卡比表面积大,能在水相中均匀分散,可发挥润湿反转、乳化降黏、降低界面张力、降压增注等多重功效。岩心驱替实验结果表明,岩心渗透率、纳米黑卡浓度和原油黏度对驱油效果均有影响。在岩心渗透率为25×10^-3μm²、纳米黑卡加量为0.005%和原油黏度为25 mPa·s时,2-D智能纳米黑卡溶液的驱油效果较好,原油采收率增幅为18.10%。片状2-D智能纳米黑卡可充分发挥"智能找油"功能,适用于低渗透油藏提高驱油效率。图10表2参28     

2-D智能纳米黑卡微观驱油机理可视化实验

由中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院自主研发的2-D智能纳米黑卡是一种具有尺寸小、比表面积大等优势的片状纳米材料(尺寸为80×60×1.2 nm,比表面积约57 m2/g)。本文使用不同孔隙度、渗透率的二维可视化模型,进行2-D智能纳米黑卡微观驱替可视化实验。通过分析岩心渗透率、颗粒浓度和注入速率等因素对驱油效果的影响,研究在微观条件下该纳米材料的微观渗流机理和运移规律。研究表明,该材料具有优异的亲水亲油平衡性,能够改变岩石表面润湿性,在两相界面产生楔形渗透压,形成微观回旋流,相对于以往如SiO2等球型纳米颗粒,具有更大的表面接触性。2-D智能纳米黑卡可有效驱替地层剩余油,剥离微小孔喉壁面上的油膜,扩大低渗层波及体积,提高原油采收率。图38参22     

缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝中的N_2运移特征

缝洞型碳酸盐岩油藏中裂缝发育程度高,非均质性极强,注气开发是一种行之有效的开发方式。为研究N_2在裂缝中的驱油效果以及波及规律,在满足相似准则条件下利用油藏地质资料设计制作两套室内物理模型,研究N_2在不同开度裂缝中的驱油效果、波及路径和运移特征。研究结果表明:不同开度裂缝的驱油效果存在明显差异,毛管阻力和重力分异作用是影响N_2波及路径主要因素。建立无量纲指数ω分析对比毛管力和重力分异作用的相对大小,预判N_2在裂缝中的运移特征,对缝洞型碳酸盐岩油藏生产动态研究具有一定的指导意义。图17表2参17