納米聚硅降壓增注劑

鄭州東申石化科技有限公司納米聚硅減阻增注劑的原理及應(yīng)用1目錄前言DS-Z納米減阻增注技術(shù)DS-Z納米減阻增注技術(shù)簡(jiǎn)介DS-Z實(shí)驗(yàn)室增注性能及機(jī)理研究DS-Z現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)展望2一、前言低滲透油藏的特點(diǎn)及開發(fā)技術(shù)低滲透油藏水驅(qū)開發(fā)存在的問題國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀納米增注技術(shù)的發(fā)展及施工效果國(guó)外納米增注技術(shù)及施工效果國(guó)內(nèi)納米增注技術(shù)及施工效果3低滲透油藏的特點(diǎn)及開發(fā)技術(shù)滲透率低[（0.3?15）×10-3μm2]，孔隙度小（5%?20%）。依靠天然能量開采,油井一次采收率很低（約為17%）。水驅(qū)開發(fā)成為低滲透油田的主要開采方式（最終采收率可達(dá)26.9%）。4低滲透油藏水驅(qū)開發(fā)存在的問題

低滲油井注水壓力高、注水量小、注采不平衡，從而造成滲流阻力大。因此常存在注水壓力迅速上升，注水量快速下降，甚至注不進(jìn)水的問題，造成產(chǎn)油量的迅速遞減。

注水阻力不斷增大原因：巖隙表面極性，水化膜的形成注水過程中易形成水垢所含粘土遇水膨脹

造成了注水喉道變小，滲透率下降。

ABC5國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀酸化技術(shù)（目前普遍使用）：

用強(qiáng)酸對(duì)注水井進(jìn)行處理。顯效快。但對(duì)于滲透率很低的油田效果差,有效期短(一般不足3個(gè)月)，綜合施工成本很高。納米增注技術(shù)（近年來發(fā)展）：

采用具有釘扎基團(tuán)的強(qiáng)親油疏水性納米聚硅材料處理注水井。大大延長(zhǎng)了施工有效期(一般大于6個(gè)月),綜合施工成本較低。6納米增注技術(shù)的發(fā)展國(guó)外技術(shù)及施工效果國(guó)外—俄羅斯的“泡雷希爾”制備方法：利用γ射線激活的添加劑對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行化學(xué)改性粒徑5－100nm，疏水親油材料適用范圍：滲透率〉30毫達(dá)西的中低滲油田施工方式：柴油攜帶，注入吸附7在國(guó)內(nèi)（勝利油田和中原油田）施工效果8國(guó)內(nèi)技術(shù)及施工效果采用原位表面修飾技術(shù)制備的納米聚硅材料粒徑10－20nm，超疏水親油適用范圍：滲透率大于10毫達(dá)西的中低滲透油田施工方式：柴油攜帶，注入吸附MGS-Z1納米聚硅增注劑9

2004年在勝利油田施工30余口井，有效率大于80%，有效期大于6個(gè)月。梁14-71井初步嘗試酸化+注入吸附施工方式。顯示了很好的應(yīng)用前景。10納米增注技術(shù)應(yīng)用中存在的問題使用柴油作為攜帶劑施工：造成能源的浪費(fèi)；成本高（每口井?dāng)y帶劑用量大8噸-15噸）；在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用中存在安全隱患，不利于環(huán)境保護(hù)。增注施工條件苛刻（達(dá)標(biāo)清水），使用范圍窄（低、中滲油田）。11二、DS-Z納米減阻增注技術(shù)以硅酸納或硅酸酯為納米聚硅的成核試劑，含羥基、羧基、氨基等釘扎基團(tuán)和飽和碳鏈及全氟碳鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)的偶聯(lián)劑作為納米微粒的表面修飾劑，制備納米減阻增注劑DS-Z。調(diào)節(jié)水及水油體系的極性（表面能），同時(shí)選擇既可良好分散納米微粒又可分散于水相的有機(jī)溶劑制備納米聚硅水基分散攜帶劑。將酸化工藝和納米注入吸附工藝結(jié)合使用，提高增注效果。首先對(duì)施工井進(jìn)行酸化作業(yè)，然后將分散于油-水混合體系中的納米微粒注入井下，關(guān)井一定時(shí)間后正常配注。（一）、DS-Z納米減阻增注技術(shù)簡(jiǎn)介12（二）、DS-Z實(shí)驗(yàn)室增注性能及機(jī)理研究DS-Z納米聚硅的表征

DS-Z納米聚硅的分散性和疏水性

實(shí)驗(yàn)室模擬巖芯驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

1

以柴油為攜帶劑DS-Z的增注作用2乳液作為攜帶劑DS-Z的作用3納米聚硅乳液增注機(jī)理13DS-Z納米聚硅的表征MGS-Z納米聚硅的透射電鏡照片MGS-Z型聚硅納米微粒的XRD圖譜

納米聚硅的熱分析圖譜14DS-Z的分散性和疏水性濃度wt%油水乳液柴油T%四氯化碳T%0.5穩(wěn)定95.297.51.0穩(wěn)定92.595.32.0穩(wěn)定88.293.43.0穩(wěn)定80.289.54.0/79.086.0MGS－Z在溶劑中的分散性柴油四氯化碳水15501A型超級(jí)數(shù)顯恒溫水浴循環(huán)水式多用真空泵改進(jìn)的模擬巖芯管接收瓶實(shí)驗(yàn)室模擬巖芯驅(qū)替實(shí)驗(yàn)16DS-Z對(duì)低滲透巖芯孔隙度的影響圖B孔隙度為14.48%的模擬巖芯經(jīng)NPS-Z處理后的有效孔隙度變化（↑56%）圖A孔隙度為22.22%的模擬巖芯經(jīng)NPS-Z處理后的有效孔隙度變化（↑32%）×巖芯的總體積巖芯孔隙中的水體積100%孔隙度?=17DS-Z對(duì)低滲透巖芯水化膜厚度的影響L=W0Wρ0Sω上式中：L：水化膜的厚度W0：吸附水的質(zhì)量W：實(shí)驗(yàn)砂的質(zhì)量

ρ0：水的密度Sω：實(shí)驗(yàn)沙子的單位重量的比表面積（假設(shè)水化膜的表面積近似等于模擬巖芯的表面積；采用BET法測(cè)量單位重量模擬巖芯的比表面積Sω，通過模擬巖芯驅(qū)替試驗(yàn)測(cè)得吸附水的質(zhì)量）

181以柴油為攜帶劑DS-Z的增注作用DS-Z對(duì)水流速度的影響圖B孔隙度為14.48%的模擬巖芯經(jīng)MGS-Z處理前后水流速變化曲線（↑80%）圖A孔隙度為22.22%的模擬巖芯經(jīng)MGS-Z處理前后水流速變化曲線（↑50-100%）19圖A孔隙度為22.22%的模擬巖芯經(jīng)DS-Z處理后水化膜厚度的變化（↓0.2nm，7%）圖B孔隙度為14.48%的模擬巖芯經(jīng)DS-Z處理后水化膜厚度的變化（↓1.27nm，31%）20DS-Z對(duì)低滲透巖石表面潤(rùn)濕性的影響DS-Z型納米聚硅處理前后巖芯表面形態(tài)SEM對(duì)比圖

a,c）處理前；b,d）處理后21水滴在巖芯表面的接觸角

a）純巖芯（9°）

b）純柴油處理后（82°）

C）MGS-Z處理后（140°）22

MGS-Z對(duì)粘土礦物膨脹和運(yùn)移的影響

未處理及經(jīng)不同溶液浸泡處理后的粘土塊表面水接觸角粘土塊原粘土塊經(jīng)1.0‰的DS-Z/柴油溶液浸泡后經(jīng)1.5‰的DS-Z/柴油溶液浸泡后接觸角（度）測(cè)不出接觸角（水立刻鋪展）117

140能明顯看出粘土在MGS-Z/柴油溶液浸泡后，表面吸附一層納米聚硅。23DS-Z處理前后粘土塊遇水的溶脹情況A）加水前；B）加水瞬間；C）30min24小結(jié)MGS-Z型納米降壓增注劑可以改變巖石表面的潤(rùn)濕性。在孔隙度適宜范圍內(nèi)，納米聚硅可增大巖芯的孔隙度，減小巖石表面水化膜的厚度。納米聚硅能夠防止粘土膨脹.252乳液作為攜帶劑DS-Z的作用復(fù)配添加劑用來調(diào)節(jié)乳液和水的混合溶液的極性，與NPS-Z相匹配。乳液：水=10-20：80-90；DS-Z占混合溶液的1.0‰-1.5‰；添加劑占混合溶液的0.5％-1.5％。

含1.5‰的MGS-Z型納米聚硅的混苯乳液26乳液的增注性能經(jīng)DS-Z乳液處理前后的水流速變化曲線（↑200%）

用添加劑處理后水的流速變化曲線（↑40%左右）增注初期：表面活性劑脫附產(chǎn)生大量泡沫，增幅不大；待泡沫消失后，流速明顯提高；隨后，表面活性劑逐步流失，流速趨于穩(wěn)定，增幅穩(wěn)定在200%。27孔隙度和水化膜厚度的變化模擬巖芯經(jīng)納米聚硅的乳液處理后有效孔隙度的變化（↑46%）模擬巖芯經(jīng)納米聚硅的乳液處理后水化膜厚度的變化（↓1.45nm，34%）28納米聚硅乳液的破乳

A)含0.15%的DS-Z的乳液B)加入酸洗、鹽泡后石英砂瞬間C)稍攪拌后的(B)29破乳后納米聚硅在有機(jī)介質(zhì)中的分散性能有機(jī)溶劑透光率/%破乳后納米聚硅MGS-Z納米聚硅甲苯(5‰)以純甲苯為參比83.082.6柴油(5‰)以純柴油為參比87.288.0CCl4(5‰)以純CCl4為參比91.190.0

303納米聚硅乳液增注機(jī)理

乳液下井后遇鹽破乳，納米聚硅從乳液中釋放出來驅(qū)趕走水化膜，吸附于巖石表面，使其由親水性轉(zhuǎn)變成疏水性，從而減小注水流動(dòng)阻力；同時(shí)疏水表面阻止水的侵入，從而避免粘土膨脹和水垢的附著，大大延長(zhǎng)增注有效期；脫附出來的表面活性劑也起到一定的降壓增注作用。31（三）、DS-Z的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

選井條件1、井身狀況良好。2、油層滲透率大于5х10-3um2。3、油水井注采對(duì)應(yīng)關(guān)系良好。4、水井注水量偏低，但能注進(jìn)水的井可優(yōu)先考慮。5、注入水水質(zhì)必須達(dá)標(biāo)，一般污水回注井含油量不能超標(biāo)。32使用方法1、一般每米油層使用1-1.5Kg2、配制方法：用柴油作攜帶劑，按1-1.5‰配制。用油水混合液作攜帶劑配制：先將納米材料溶入攜帶劑中，再與水按1：4稀釋。納米材料濃度達(dá)1-1.5‰。33施工工藝酸化工藝+納米注入吸附工藝結(jié)合

1、按設(shè)計(jì)書進(jìn)行管線清洗，下入施工管柱。2、按設(shè)計(jì)要求配制所需入井液。3、對(duì)施工管線試壓，對(duì)油層進(jìn)行予處理。4、按施工工序擠入所需入井液。5、關(guān)井2-3天，轉(zhuǎn)入正常注水。

34中原油田現(xiàn)場(chǎng)增注（柴油攜帶）序號(hào)井號(hào)注水層位增注日期增注前增注后累積增水量注水壓力注水量注水壓力注水量133-204S3上305.6.1541.710393540002N33-104S2下6-705.7.1041.62238554290333-15S2下6-705.8.1838.02835825200433-218S2下2-305.8.2538.7263578504035江蘇油田試采二廠現(xiàn)場(chǎng)增注（油水混合體系攜帶）井號(hào)施工日期措施前平均日注水m3措施前平均壓力MPa措施后日注水m3措施后注水壓力MPa備注 高7-1506.011517.54515.9繼續(xù)有效莊2-5606.6.825183016.88個(gè)月莊2-5608.062016.52011.1繼續(xù)有效莊2-41A06.053017.53016.115個(gè)月，污水回注

高7-2206.10因油層不連通，無效高14-406.822202521.1繼續(xù)有效

06年1月至08年8月，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了6井次，有效5井次，正在實(shí)施井3口。平均單井有效期285d，見效井平均單井有效期380d，累計(jì)增注2.82×104m3，并繼續(xù)有效。36（1）地質(zhì)情況：井型注水井構(gòu)造位置金湖凹陷高7斷塊人工井底1943.15m最大井斜/位置23。/791.66m水泥返高712.00m油補(bǔ)距3.99套管規(guī)范Ф139.7mmX7.72mmX1957.29m

高7－15井37（2）處理層數(shù)據(jù)層位層號(hào)井段m厚度mK（10-3um2）Ф（%）Ef2316-211879.8~1894.08.5Ef2323-261905.4~1921.511.5（3）井史日期泵壓MPa油壓MPa套壓MPa日配注m3/d日注水m3/d備注05.112019.219.15542.6

（3）井史

38（1）預(yù)處理液12m3（2）增注劑12m3（DS-Z分散于含水80%的油水乳液）（3）頂替液12m3：0.5%TDC-15（TDC-15防膨劑60Kg+清水）

高7-15井納米聚硅施工前后壓力變化

增注前注水壓力20MPa，平均日注30.2m3/d；施工后初期注水壓力16MPa，日注55m3/d。目前有效期已達(dá)23個(gè)月。39第一口用納米聚硅增注施工的注污水井。措施后該井在相同注水量條件下，井口油壓比措施前下降4.45MPa(月平均)。視吸水指數(shù)由施工前的平均值1.37m3/d.MPa增加到增注后的1.94m3/d.MPa。有效期15個(gè)月。莊2-41A井40莊2-41A井措施前后視吸水指數(shù)隨時(shí)間變化曲線41江蘇油田試采一廠現(xiàn)場(chǎng)增注實(shí)驗(yàn)

（油水混合體系攜帶）沙32-8井注水量m3/d泵壓MPa油壓MPa施工前14.323.021.8施工后31.821.921.3沙32-8井納米聚硅施工前后注水量變化42瓦32X井（2006.12.26）注水量m3/d油壓MPa套壓MPa施工前20.524.622施工后25.25.25.0瓦32X井納米聚硅施工前后注水量變化43經(jīng)納米聚硅增注前后瓦32X井的壓力變化44小結(jié)采用含水80%的油水混合體系作為攜帶劑在多個(gè)油田實(shí)驗(yàn)，取得了很好的增注效果，并很大程度上降低了施工成本。江蘇油田分公司施工注水井30余口，效果良好，目前正在大面積推廣。長(zhǎng)慶油田施工處理了3口酸化、壓裂等多種工藝無效的超低滲透井（滲透率＜10×10-3μm2），效果顯著，表明該納米聚硅材料不但適用于中低滲透油田，還可擴(kuò)展到超低滲透油田。在多個(gè)油田進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，施工有效率大于90%，平均有效期大于240天。該產(chǎn)品不但適用于中低滲透油田，還成功適用于超低滲透油田，并且在污水回注井中取得了很好的效果，顯示了無可替代的優(yōu)勢(shì)。45三、純水基納米聚硅增注技術(shù)純水基納米聚硅增注技術(shù)，完全實(shí)現(xiàn)以水取代柴油和混苯等有機(jī)物，使施工更為經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

a)水基納米聚硅乳液照片b)透射電鏡照片

46(一)增注機(jī)理1.超疏水性的納米聚硅釋在微孔道表面充分吸附，形成超疏水薄膜，使得由于注水沖刷而具有親水性能的巖石表面轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂性魉阅?，?dǎo)致注入水通過孔隙時(shí)的流動(dòng)阻力大大降低。2.納米聚硅微粒還能夠包覆在粘土表面，阻止注入水的浸入，起到防膨作用；而脫附出來的表面活性組分劑具有親水基和親油基兩種基團(tuán)，也能吸附在巖石表面，使巖石表面由親水反轉(zhuǎn)為親油，改變巖石表面的潤(rùn)濕性，提高水相的相對(duì)滲透率。47（二）施工工藝將酸化工藝和納米注入吸附工藝結(jié)合使用1.對(duì)施工井進(jìn)行酸化作業(yè)，保證清除巖隙中形成的污垢，以防影響納米聚硅的吸附效果。2.將納米聚硅水乳液體系注入井下，利用酸化后巖隙內(nèi)的化學(xué)環(huán)境誘導(dǎo)乳液破乳，超疏水性的納米聚硅釋放出來，使其在微孔道表面充分吸附，形成超疏水薄膜，使得由于注水沖刷而具有親水性能的巖石表面轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂性魉阅埽瑢?dǎo)致注入水通過孔隙時(shí)的流動(dòng)阻力大大降低，注入水得以順利流過

481、現(xiàn)場(chǎng)施工的井號(hào)為T106、B22162、施工前后注水量對(duì)比(三)現(xiàn)場(chǎng)使用介紹49（3）應(yīng)用及效果時(shí)間液體類別工藝方式注入時(shí)間(min)注入劑量(m3)壓力（MPa）排量(m3/min)5月30日17:10-17:3