纳米降压增注技术简介

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1、一、问题的提出：一、问题的提出：注水井注水井采油井采油井有效驱替压差有效驱替压差60MPa42MPa33MPa22MPa30m300mY25Y25井井4-10/454-10/45号岩心号岩心Zh38Zh38井井14-81/8514-81/85号岩心号岩心Zh61-23Zh61-23井井12-312-3号岩心号岩心Zh19Zh19井井9-39-3号岩心号岩心特低渗透砂岩储层油水相对渗透率曲线特低渗透砂岩储层油水相对渗透率曲线 随着含油饱和度下降，油相相对渗透率急剧下降，并很快降为零，水相相对渗透率上升缓慢随着含油饱和度下降，油相相对渗透率急剧下降，并很快降为零，水相相对渗透率上升缓慢 低渗油藏中

2、一部分注水压力来自于水湿岩石孔隙内表低渗油藏中一部分注水压力来自于水湿岩石孔隙内表面水化层对水的吸附阻力，注水启动压力梯度相当程度上面水化层对水的吸附阻力，注水启动压力梯度相当程度上是克服水膜吸附阻力。是克服水膜吸附阻力。2 2、降低注入水流动阻力方法？降低注入水流动阻力方法？利用纳米材料来进行降压增注作业：利用纳米材料来进行降压增注作业： 俄罗斯对该技术俄罗斯对该技术的研发的研发较早。在西西伯利亚、秋明较早。在西西伯利亚、秋明等地区处理等地区处理200200口井口井, , 试验效果良好。试验效果良好。 国内中石化集团公司在国内中石化集团公司在20002000年从俄罗斯引进该技术，年从俄罗斯引

3、进该技术，试验试验1212口高压欠注井，并开展了相关室内实验。口高压欠注井，并开展了相关室内实验。 中石化集团公司下属企业与有关院校合作，采用中石化集团公司下属企业与有关院校合作，采用“仿制仿制”的方法研制出了纳米产品，并进行了现场试验，的方法研制出了纳米产品，并进行了现场试验，部分有效。部分有效。 纳米是长度单位，原称毫微米，就是纳米是长度单位，原称毫微米，就是1010的的-9-9次方米（次方米（1010亿分之一米）。纳米科学与技术，亿分之一米）。纳米科学与技术，简称为纳米技术，是研究结构尺寸在简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1 1至至100100纳纳米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说

4、米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说来，人们往往用细如发丝来形容纤细的东西，来，人们往往用细如发丝来形容纤细的东西，其实人的头发一般直径为其实人的头发一般直径为20-5020-50微米，并不细。微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为为5 5微米，也不算细。简而言之，微米，也不算细。简而言之，1 1纳米大体上纳米大体上相当于相当于4 4个原子的直径。个原子的直径。 泡雷希尔具有极强的憎水亲油性和很大的比表面积：泡雷希尔具有极强的憎水亲油性和很大的比表面积：1 1）将吸附在孔隙内表面的水膜赶走，从而有效地扩大孔径；）将吸附在孔隙内表面的

5、水膜赶走，从而有效地扩大孔径；2 2）材料颗粒被吸附在孔隙通道表面，其卓越的憎水性能，）材料颗粒被吸附在孔隙通道表面，其卓越的憎水性能，大幅度降低了注入水在孔隙中的流动阻力；大幅度降低了注入水在孔隙中的流动阻力；3 3）避免了水化现象的发生，阻碍泥土颗粒的膨胀和扩散。）避免了水化现象的发生，阻碍泥土颗粒的膨胀和扩散。1 1）既然有水膜，那么具有极强憎（疏）水性的纳米粒子如何吸附）既然有水膜，那么具有极强憎（疏）水性的纳米粒子如何吸附到孔壁？到孔壁？2 2）吸附到孔壁后，是单层吸附还是多层吸附？如何分布？其厚度）吸附到孔壁后，是单层吸附还是多层吸附？如何分布？其厚度是否小于水膜厚度？是否小于水膜

6、厚度？3 3）憎水表面的降阻机理？）憎水表面的降阻机理？1 1）纳米颗粒的表面特征、纳米材料研制；）纳米颗粒的表面特征、纳米材料研制；2 2）纳米颗粒突破水膜与岩石孔壁强力吸附的本质；）纳米颗粒突破水膜与岩石孔壁强力吸附的本质；3 3）吸附纳米颗粒的孔壁具有什么样的润湿性特征？什么条件下）吸附纳米颗粒的孔壁具有什么样的润湿性特征？什么条件下可以降低流动阻力？可以降低流动阻力？1 1）不同尺度、不同比表面积的纳米）不同尺度、不同比表面积的纳米SiOSiO2 2材料；材料；2 2）不同尺度、不同比表面积的纳米）不同尺度、不同比表面积的纳米ZnOZnO材料；材料；3 3）不同尺度、不同比表面积的纳米

7、）不同尺度、不同比表面积的纳米TiOTiO2 2材料材料；图图1 纳米材料的纳米材料的TEM图（图（ Shu1-1 ） 任何任何SiOSiO2 2进入纳米尺寸进入纳米尺寸(1100nm)(1100nm)时都具有神奇的特性，如：小尺寸效应、量时都具有神奇的特性，如：小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。使纳米微粒结构非常特殊地表现出子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。使纳米微粒结构非常特殊地表现出奇异的物理、化学特征，具有卓越的光、力、电、热、放射、吸收等特殊功能。作奇异的物理、化学特征，具有卓越的光、力、电、热、放射、吸收等特殊功能。作为改性剂的纳米为改性剂的纳米SiO

8、SiO2 2是无定型白色粉末（指团聚体），表面存在不饱和残键及不同是无定型白色粉末（指团聚体），表面存在不饱和残键及不同键合状态的羟基，分子状态呈现三维硅石结构。键合状态的羟基，分子状态呈现三维硅石结构。 图图2 2 纳米材料的纳米材料的TEMTEM（透射电镜）图（透射电镜）图（ Shu2Shu23 3 ）图图3 3 纳米粒子水平和竖直岩心表面的纳米粒子水平和竖直岩心表面的SEMSEM照片照片2 2、纳米颗粒与孔壁的吸附、纳米颗粒与孔壁的吸附 陈兴隆、秦积舜、李治平等人做实验研究注水井增注用的陈兴隆、秦积舜、李治平等人做实验研究注水井增注用的4 4种商品表面亲油改性种商品表面亲油改性纳米二氧化

9、硅改变岩石表面润湿性的能力。纳米二氧化硅改变岩石表面润湿性的能力。K Kg g为为0.010.010.1m0.1m2 2的胜利义北砂岩岩的胜利义北砂岩岩心，洗油后浸泡在盐水中使表面亲水，注入心，洗油后浸泡在盐水中使表面亲水，注入0.50.53.0PV 1.5g/L3.0PV 1.5g/L的纳米二氧化硅柴的纳米二氧化硅柴油悬浮液，静置不同时间，用自吸吸入法测定岩心相对油悬浮液，静置不同时间，用自吸吸入法测定岩心相对润湿指数润湿指数WW( (水、油润湿指数水、油润湿指数之比之比) )。结果表明，。结果表明，WW值随注入量增大按指数关系减小，注入量值随注入量增大按指数关系减小，注入量3PV3PV时达

10、到稳定值，时达到稳定值，注入量相同时随静置时间注入量相同时随静置时间(18(184040小时小时) )延长而减小；在注入量延长而减小；在注入量2PV2PV、静置、静置4040小时条小时条件下除件下除829829外的外的3 3种样品使亲水岩心种样品使亲水岩心(W=1.7)(W=1.7)变亲油变亲油(W(W1.0)1.0)，俄罗斯产品，俄罗斯产品101101效果效果最好，最好，W=0.5W=0.5。用光学投影法测量并图示表面亲水岩石薄片依次浸泡在煤油、纳米。用光学投影法测量并图示表面亲水岩石薄片依次浸泡在煤油、纳米二氧化硅柴油悬浮液、盐水中时接触角随浸泡时间的变化。在煤油中，大理石和灰二氧化硅柴油

11、悬浮液、盐水中时接触角随浸泡时间的变化。在煤油中，大理石和灰岩表面变亲油，纳米二氧化硅处理使接触角略有增大；在盐水中，经岩表面变亲油，纳米二氧化硅处理使接触角略有增大；在盐水中，经101101处理的大处理的大理石表面亲油性至少维持理石表面亲油性至少维持500500小时，其余样品处理的大理石迅速变为亲水，各种样小时，其余样品处理的大理石迅速变为亲水，各种样品处理的亲油灰岩表面在盐水中经过品处理的亲油灰岩表面在盐水中经过0 07070小时小时( (样品样品101)101)先后变为亲水。玻璃表先后变为亲水。玻璃表面在煤油中仍亲水，不同纳米二氧化硅处理玻璃的效果各不相同：迅速亲油化面在煤油中仍亲水，不

12、同纳米二氧化硅处理玻璃的效果各不相同：迅速亲油化(101(101和和727)727)，0 06060小时后变亲油小时后变亲油(829)(829)，接触角增大但仍亲水，接触角增大但仍亲水(902)(902)；处理后的亲油玻；处理后的亲油玻璃表面在盐水中迅速变强亲水，纳米二氧化硅不能使石英表面亲油化。璃表面在盐水中迅速变强亲水，纳米二氧化硅不能使石英表面亲油化。 3 3、润湿性变化、润湿性变化图图4 岩心表面（亲水）岩心表面（亲水）图图5 5 柴油处理后的岩心表面（亲油）柴油处理后的岩心表面（亲油）图图6 6 低浓度纳米液（亲油性增强）低浓度纳米液（亲油性增强）图图7 中等浓度纳米液（亲油性继续增

13、强）中等浓度纳米液（亲油性继续增强）图图8 8 滚动的水滴（润湿反转）滚动的水滴（润湿反转）4 4、降压实验岩心驱替：、降压实验岩心驱替：四块岩心，渗透率提高最大四块岩心，渗透率提高最大6060，平均，平均4747。小结小结1 1、纳米颗粒可以突破水膜与孔壁强力吸附。产生、纳米颗粒可以突破水膜与孔壁强力吸附。产生这种吸附的动力源有待深入研究。这种吸附的动力源有待深入研究。2 2、纳米吸附分为单层吸附和多层吸附；、纳米吸附分为单层吸附和多层吸附；3 3、纳米颗粒有团聚；、纳米颗粒有团聚；4 4、纳米颗粒吸附后能改变孔壁表面的润湿性，由、纳米颗粒吸附后能改变孔壁表面的润湿性，由亲水改变为强疏水（憎

14、水）；亲水改变为强疏水（憎水）；5 5、岩心流动实验证实了纳米颗粒吸附可以降低岩、岩心流动实验证实了纳米颗粒吸附可以降低岩心孔道的流动阻力。心孔道的流动阻力。疏水表面一定的粗糙度疏水表面一定的粗糙度可以较大幅度降低流动阻力可以较大幅度降低流动阻力5、降压机理：降压机理： 改变岩石表面润湿性，从而大幅度降低壁面边界层厚度，增大有效流动通道，大幅度降低流动阻力。天然超疏水表面较大幅度降低流动阻力（高雪峰、江雷）天然超疏水表面较大幅度降低流动阻力（高雪峰、江雷）初步初步LBMLBM模拟模拟(D2Q9)(D2Q9)：Slip Length: 0.102m Slip Length: 0.102m 处理后

15、，直线斜率变小，流体粘度降低。处理后，直线斜率变小，流体粘度降低。给定流速下的压降梯度：给定流速下的压降梯度：压差越大，粘度越大。压差越大，粘度越大。三、结论三、结论1 1、纳米降压增注技术有其内在的科学性。、纳米降压增注技术有其内在的科学性。2 2、纳米降压增注技术的机理可以初步归结为：、纳米降压增注技术的机理可以初步归结为： 纳米颗粒在岩心孔道内在多种力的作用下突破水膜与纳米颗粒在岩心孔道内在多种力的作用下突破水膜与井壁形成井壁形成强力吸附强力吸附，并使孔壁表面的润湿性由亲水转变为，并使孔壁表面的润湿性由亲水转变为强疏水，在孔壁形成强疏水，在孔壁形成水流滑移水流滑移，从而降低水流阻力。，从而降低水流阻力。3 3、纳米降压增注技术有待进一步探索和实践，但可以肯、纳米降压增注技术有待进一步探索和实践，但可以肯定的是，其将是解决低渗油田注水压力偏高问题的一个可定的是，其将是解决低渗油田注水压力偏高问题的一个可行方法。行方法。谢谢！谢谢！