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^(-3)μm^2、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 m^2/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。

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-亲油两亲性质,可通过自吸附定向排布于液膜上,增加液膜强度,提高乳状液稳定性。图21表3参22。

2-D纳米黑卡室内评价及缝洞型碳酸盐岩油藏矿场应用

塔河油田是国内一种缝洞型碳酸盐岩油藏,具有巨大的开发潜力和广阔的开发前景。针对塔河缝洞型碳酸盐岩油藏孔、缝、洞介质发育且储层非均质性严重,天然能量底水开发过程中易形成水锥;注水开发过程中,驱替介质易从裂缝窜进并产出,导致井间富集大量剩余油,注水开发效果差的问题;注气过程中,易发生气窜等问题。为了克服以上问题,中国石油大学(北京)自主合成了具有亲水—亲油性的纳米黑卡材料并开展了纳米黑卡调驱潜力室内实验研究。纳米黑卡具有95 nm横向尺寸,0.5~1.5 nm的厚度。借助Turbiscan多重光散射仪筛选出体系最稳定的纳米黑卡浓度为50 mg/L;室内静态实验证明纳米黑卡能够寻找油水界面并形成黑卡吸附层,改变界面性质。再者,当纳米黑卡浓度为50 mg/L时,油水界面张力达到0.6 m N/m,将模拟油乳化成10~50μm的稳定乳状液,也能够将油湿石英片(116°)转变成中性润湿(91.2°)。根据二维可视化微观模型和细管模型证明纳米黑卡具有调驱的作用机理,一维岩心驱替实验表明纳米黑卡流体可使驱油效率增加9.2%。基于室内评价结果,初步在塔河TK779井组开展纳米黑卡调驱先导性矿场试验。在注入4900 m^3纳米黑卡后(纳米黑卡浓度50 mg/L),三口邻井显著受效,注入井组受效井累计增油2233.9 t,平均含水从82%降低至25.7%。纳米黑卡调驱作为一种高效、低廉的调驱技术,有望为缝洞型碳酸盐岩油藏后期开发提供重要的技术支持。

2-D纳米黑卡油水界面微观驱油机理分子动力学模拟

新型纳米材料2-D纳米黑卡已被证实可有效提高低渗-致密油藏采收率,展现出优异的油水界面特性。但是2-D纳米黑卡与油水界面相互作用的微观机理仍不明确。应用Lammps建立2-D纳米黑卡油水界面模型,针对常温常压(298 K,1 atm)条件下2-D纳米黑卡在油水界面的特性进行分子动力学模拟,分析2-D纳米黑卡个数对不同分子在油水界面的密度分布、油水界面厚度、油水界面覆盖率、分子间相互作用能和界面张力变化率等5个关键参数的影响规律。模拟结果表明:当2-D纳米黑卡界面覆盖率近似为1时,界面处油水及纳米片分子密度分布基本达到稳定,2-D纳米黑卡界面密度峰值几乎不再增长,密度峰变宽;油水界面厚度为24.4Å,油水界面相互作用能为-4164 kcal/mol,界面张力比率为0.767,且这3个量达到相对稳定状态。本研究可对2-D纳米黑卡室内实验和矿场应用浓度优选提供理论依据和指导,为纳米片驱油机理的研究奠定理论基础。