納米降壓增注機理研究

納米降壓增注機理研究

上海大學：狄勤豐

ShanghaiUniversity將納米攜帶液注入地層，關井24～48小時，讓納米顆粒吸附到巖心孔壁，隨后進行正常注水。

ShanghaiUniversity通過納米吸附法降低儲層巖心孔道水流阻力的技術。納米降壓增注技術：一些注水井初期的注水壓力并不高，但隨著注水時間的增加，注水壓力逐漸增大。

ShanghaiUniversity一、問題的提出：有一個觀點：

ShanghaiUniversity水膜吸附阻力

低滲油藏中一部分注水壓力來自于水濕巖石孔隙內(nèi)表面水化層對水的吸附阻力，注水起動壓力梯度相當程度上是克服水膜吸附阻力。解決方法：1、提高注水壓力－－注水系統(tǒng)設備可能要更換，增加投入；2、降低注入水流動阻力－－方法？利用納米材料來進行降壓增注作業(yè)：

俄羅斯對該技術的研發(fā)較早。在西西伯利亞、秋明等地區(qū)處理200口井,試驗效果良好。國內(nèi)中石化集團公司在2000年從俄羅斯引進該技術，試驗12口高壓欠注井，并開展了相關室內(nèi)實驗。中石化集團公司下屬企業(yè)與有關院校合作，采用“仿制”的方法研制出了納米產(chǎn)品，并進行了現(xiàn)場試驗，部分有效。

ShanghaiUniversity試驗效果：

ShanghaiUniversity俄羅斯產(chǎn)品（泡雷希爾）的宣傳用語：

ShanghaiUniversity泡雷希爾具有極強的憎水親油性和很大的比表面積：1）、將吸附在孔隙內(nèi)表面的水膜趕走，從而有效地擴大了孔徑；2）、材料顆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動阻力；3）、避免了水化現(xiàn)象的發(fā)生，阻礙泥土顆粒的膨脹和擴散。問題：

ShanghaiUniversity1）、既然有水膜，那么具有極強憎（疏）水性的納米粒子如何吸附到孔壁？2）、吸附到孔壁后，是單層吸附還是多層吸附？如何分布？其厚度是否小于水膜厚度？3）、憎水表面的降阻機理？因此，納米降壓增注機理研究必須解決以下問題：

ShanghaiUniversity1）、納米顆粒的表面特征、納米材料研制；2）、納米顆粒突破水膜與巖石孔壁強力吸附的本質(zhì)；3）、吸附納米顆粒的孔壁具有什么樣的潤濕性特征？什么條件下可以降低流動阻力？二、納米降壓增注機理研究

ShanghaiUniversity1、納米材料研制；2、吸附證實；3、潤濕性改變；4、降壓實驗；5、降壓機理；1、研制了多種納米材料

ShanghaiUniversity1）、不同尺度、不同比表面積的納米SiO2材料；2）、不同尺度、不同比表面積的納米ZnO材料；3）、不同尺度、不同比表面積的納米TiO2材料。納米SiO2材料特征

ShanghaiUniversity圖1納米材料的TEM圖（Shu1-1）

ShanghaiUniversity圖2納米材料的TEM圖（Shu2－3）納米SiO2材料特征

ShanghaiUniversity圖3納米粒子的粒度分布（Shu1-1）

ShanghaiUniversity吸附與未吸附2、納米顆粒與孔壁的吸附

ShanghaiUniversity圖4納米粒子水平和豎直巖心表面的SEM照片2、重力的影響？

ShanghaiUniversity圖5納米顆粒與孔壁的吸附證實－－能否突破水膜？（1-5，3000）（2-7）

ShanghaiUniversity納米顆粒與孔壁的吸附證實－－能否突破水膜？圖6

ShanghaiUniversity納米顆粒與孔壁的吸附證實－－是否進入了巖心孔道？圖7

ShanghaiUniversity納米顆粒與孔壁的吸附證實圖8

ShanghaiUniversity3、潤濕性變化圖9巖心表面

ShanghaiUniversity圖10柴油處理后的巖心表面

ShanghaiUniversity圖11低濃度納米液

ShanghaiUniversity圖12中等濃度納米液（148.1°）

ShanghaiUniversity圖13滾動的水滴

ShanghaiUniversity4、降壓實驗－－巖心驅(qū)替：四塊巖心，滲透率提高最大60％，平均47％。

ShanghaiUniversity可以看出：1、納米顆粒可以突破水膜與孔壁強力吸附。產(chǎn)生這種吸附的動力源有待深入研究。2、納米吸附為單層和多層吸附；3、納米顆粒有團聚；4、納米顆粒吸附后的孔壁由親水轉(zhuǎn)變?yōu)閺娛杷?、巖心流動實驗證實了納米顆粒吸附可以降低巖心孔道的流動阻力。

ShanghaiUniversity疏水表面＋一定的粗糙度可以較大幅度降低流動阻力[1]CéCileCottin-Bizonne,Jean-LouisBarrat,Lydéricbocquet.low-frictionflowsofliquidatnanopatternedinterfaces.NatureMaterialLetters.2003,2:237-240.[2]WatanabeK，Yanuar，UdagawaH．DragreductionofNewtonianfluidinacircularpipewithhighlywater—repellentwall．JFluidMech．38l：225-238,1999.5、降壓機理：

ShanghaiUniversity天然超疏水表面研究新進展（高雪峰、江雷）

ShanghaiUniversity超疏水表面的成功構(gòu)建148.1°

146.4°

97.3°

ShanghaiUniversity感謝錢躍竤教授提供本資料

ShanghaiUniversity水流滑移

ShanghaiUniversity水流滑移的測量DirectMethod:ParticleImageVelocimetry(PIV)Near-fieldlaservelocimetryusingfluorescencerecovery.Fluorescencecross-correlations

最大滑移量：1μm

Indirectmethod:PressureDropVersusFlowRatemethod[7,8]DrainageVersusViscousForcemethod[9]

最大滑移量：

2.5μm

EricLauga，Microfluidics:TheNo-SlipBoundaryCondition

ShanghaiUniversity滑移長度計算公式：

ShanghaiUniversity

ShanghaiUniversity感謝錢、郭兩位教授

ShanghaiUniversity初步LBM模擬(D2Q9)：SlipLength:0.102μm

ShanghaiUniversity給定流速下的壓降梯度：

ShanghaiUniversity三、結(jié)論：1、納米降壓增注技術有其內(nèi)在的科學性。2、納米降壓增注技術的機理可以初步歸結(jié)為：納米顆粒在巖心孔道內(nèi)在多種力的作用下突破水膜與井壁形成強力吸附，并使孔壁表面的潤濕性由親水轉(zhuǎn)變?yōu)閺娛杷诳妆谛纬伤骰?，從而降低水流阻力?、納米降壓增注技術有待進一步探索和實踐，但可以肯定的是，其將是解決低滲油田注水壓力偏高問題的一個可行方法。

ShanghaiUniversity需要探索的內(nèi)容1、根據(jù)地層物性確定納米顆粒指標，進行納米材料研制；2、研制納米分散液；3、進一步探索納