纳米驱油剂的应用与效果分析

纳米驱油剂的应用与效果分析

魏宁

身份证号：230281198903201646

摘要：针对低渗透油藏，采用表面活性剂修饰的纳米二氧化硅（SiO2)，对其进行表面修饰，并对其进行基础性质表征，并对其进行室内模拟驱油试验。研究发现，纳米驱油微粒的尺寸很小，油水界面张力很低，亲水性能好，对原油有一定的静态吸附作用。纳米驱油剂能够替代普通水驱不到的封闭细孔隙内的剩余油，并能有效地将吸附在孔隙表面的油分离开来，对片状、密集分布的剩余油具有更好的驱替效果。

关键词：低渗透油藏；纳米驱油剂；原油采收率；渗透率；增注驱

在常规油气储量日趋枯竭、勘探与开发水平提高的背景下，低渗透性油气藏已逐步替代了常规油气，已成为我国油气勘探的重要方向。由于低渗油藏具有“三低两高”的特点，使得该类油藏的常规注水难度较大，压力较大，难以达到配注要求。因此，加大对低渗性油藏的开采力度，增加水驱波及体积，提高驱替效率，是今后油田开采的重要方向。近年来，国内外学者对纳米化学驱进行了广泛的研究，发现其在低渗性油藏中的应用效果显著，已逐步成为油田开发的一个新的发展方向。采用不同的硅烷偶联剂对二氧化硅进行表面修饰，并对其进行了优化；在此基础上，采用核磁共振等手段，研究纳米驱油剂的制备、性质和在低渗透油藏的可行性，阐明纳米驱油剂增大水驱波及范围的机制，为提高水驱采收率提供理论依据。目前，国内外学者多集中在纳米驱油剂的开发和性能评估上，而对其在增注驱过程中所起到的作用却鲜有报道。在此基础上，开展长6油层组分天然岩心及室内模拟驱替试验，研究其在油藏中的渗流特性及驱油特性，探索其与化学驱的有机结合方式，实现对原油采收率的大幅提升。

1 试验段

1.1材料和设备

以硅烷偶联剂修饰的纳米二氧化硅为主要组分，以蒸馏水、甲基硅油、化学纯为溶剂，以15-25%的固体含量的纳米级驱油剂；煤油，25℃时的密度为0.783克/立方厘米，粘度为1.318mPa.S，长6井区2个柱状自然岩芯和2个矩形自然岩芯显微模型。

1.2试验方法

1.2.1对纳米驱油材料的基础性质进行评估

(1)颗粒大小的分布特征。采用激光衍射仪测量了0.1%的纳米级驱油剂在不同粒径范围内的粒径分布。(2) 界面张力的变化。根据 SY/T5370-2018 《表面及界面张力测定方法》，采用旋转液滴界面张力仪，在30℃，5000 r/min条件下，分别测量了0.1%~0.5%的纳米驱油剂和煤油在30-70℃范围内的稳态界面张力和0.1%纳米驱油剂-煤油的稳态界面张力。(3)润湿性。玻片原有的浸润性是亲水性的，在玻片上涂上甲基硅油，干燥后在玻片上形成一层油膜，从而改变了浸润性和亲水性。参考 SY/T 5153-2017《油藏岩石润湿性测定方法》，采用接触角计，在30℃条件下，对具有不同润湿性的玻片进行了润湿接触角的测试。(4) 静态吸收性能（static absorbance）。按照纳米驱油剂的波长曲线，选择了220 nm的紫外-可见光谱；制备0.1%的纳米驱油剂，在10份质量分数的基础上，采用蒸馏水作为空白对照，分别测量10种浓度的纳米驱油剂的吸光值，绘制出该体系的吸光率-质量百分比标准曲线；将1号天然岩芯残留废物粉碎成粉末（100目，也就是0.147毫米），然后将其分为3个小组，每个小组10克，将每个小组的岩心粉用50 mL的0.1%纳米驱油剂溶液浸渍24小时；用蒸馏水作为空白对照，用蒸馏水测定上清液的吸收情况；以此为基础，以吸光度-质量百分比标准曲线为参照，对上清液中纳米粒驱油剂的质量百分比进行校正，从而得到三组纳米驱油剂的静态吸附量。

1.2.2纳米驱油剂对原油的增注驱替效果

按照 SY/T5336-2006 《岩心分析方法》及 SY/T5345-2007 《岩石中两相流体相对渗透率测定方法》，按以下程序，在30℃条件下，对天然岩样或显微样的驱油试验进行了研究。(1)在自然岩心或微模型中进行饱和蒸馏水后，对其进行驱油试验，并在驱油过程中记录其排出量，即为自然岩心或显微模型的原始含油率。(2)在某一驱替压力下，一次注水超过5 PV，直到天然岩芯或微尺度模型中的液流稳定，不再有油水流出，则记录一次注水排出量，同时测量一次注水渗透率，作为空白控制组。(3)将1 PV的纳米驱油剂注射到自然岩芯或显微模型中，放置24小时；(4)在同样的顶替压力下进行5 PV或更多的二次注水，直到天然岩芯或微观模型中的液流稳定，不会再有原油流出，然后记录二次注水的排量和二次注水的渗透率，完成试验。

2结论和探讨

2.1纳米驱油剂的基础特性研究

2.1.1粒径分布规律

研究了不同粒径的纳米驱油剂的粒径分布。用硅烷偶联剂对其进行修饰，得到了粒径范围为7.0-130.0 nm、平均11.5 nm的纳米二氧化硅粒子，这表明修饰后的纳米SiO2粒子具有很好的分散能力，有利于分散到纳米孔内。

2.1.2相界面的张力

在不变的温度（30℃）下，0.1%的纳米驱油剂的油/水界面张力是最小的（0.784 mN/m)，然后随着其质量含量的增加而增加，达到了0.107 mN/m。在30℃时，当纳米驱油剂的质量百分比为0.1%时，其油/水界面张力为0.079 mN/m，随着温度的升高，其减油性能也随之下降。研究表明，在含0.1%浓度、30℃条件下，纳米驱油剂的油水界面张力最小，可有效地将吸附在孔喉上的原油从孔隙中抽走，减少液滴在小孔喉中由于变形而作的功，从而更容易将小孔喉中的原油排出，从而达到提高原油采收率的目的。

2.1.3静态吸附性能

用蒸馏水作空白对照，测定了不同浓度的纳米级驱油剂的吸光率。结果表明，10g岩芯粉经50 mL0.1%纳米驱油溶液浸渍24小时后，其在岩芯粉上的吸附能力得到明显提高。研究结果表明，纳米驱油剂对岩心具有较好的吸附性能。

2.2纳米驱油剂的增注驱替效应

2.2.1细观顶替效应

注入1 PV的纳米驱油剂后，两个区块的注水渗透率及驱油效率都有显著提高。研究结果表明，纳米驱油剂对水驱的渗透率有明显的改善作用，而且其增注驱效果更好。首先，开展束缚水条件下的一次水驱试验，获得剩余油形态，利用SZX16体片显微镜（4.8倍）观测一次注水前后煤油的分配情况。一次驱后，3#细观模型中段A2段可动油含量较低，但在A1、A2段，可动油含量显著降低，剩余油主要集中在A2段；4#显微模型右下侧B2区域可动油含量无显著变化，但左侧B1区域可动油含量显著降低，残留油以网络形式散布于整个模型中。结果表明，普通水驱效果不佳，剩余油仍然很多，具有很大的驱油潜力。

以片状、密集的残留油逐步被驱离，其它部位无明显变化，二次水驱后残留油呈分散状态；4#储层只驱出了很小一部分，总体含油面积没有明显改变，剩余油仍然呈网络状，说明纳米驱油剂对片状、密集分布的残留油具有较好的驱替作用，而且能够驱出常规水驱所无法驱出的可动流体，提高了驱油效率。

一次注水之后，剩余的原油主要是被截留在微小孔隙内的原油和吸附在孔隙表面的原油；注入纳米驱油剂，经过两次注水后，这些残留油逐步被驱出，二次水驱后残留的原油以细小的带状形式存在于较小的孔隙中。由此可以看出，纳米驱油剂对普通水驱不到的细孔隙具有很好的渗透能力，能够有效地将吸附在孔隙中的油分离开来。

2.2.2岩心置换效应

注入1 PV的纳米驱油后，两块岩心的注水渗透率都得到了改善。二次注水后，油珠仍能被排出，且油水分离较好，无乳化现象。研究结果表明，纳米驱油剂对水驱的渗透率有明显的改善作用，而且其增注驱效果更好。

3结论

本项目拟采用硅烷偶联剂对纳米SiO2进行表面修饰，使其尺寸更小，制备的纳米驱油剂的油水界面张力低、亲水性好、静态吸附性能好，对分散的片状残留油的驱替比网络状的残留油具有更好的驱替作用，可有效地捕捉小孔隙内的剩余油，提高水驱渗透率，提高驱油效率，实现增注驱油。

参考文献：

[1]张威、刘新、张玉玮.国内外致密油的概况及勘探与开发状况.中国石油与技术论坛，2013,32-44.