纳米聚硅降压增注剂

郑州东申石化科技有限公司纳米聚硅减阻增注剂的原理及应用1目录前言DS-Z纳米减阻增注技术DS-Z纳米减阻增注技术简介DS-Z实验室增注性能及机理研究DS-Z现场应用试验展望2一、前言低渗透油藏的特点及开发技术低渗透油藏水驱开发存在的问题国内外技术现状纳米增注技术的发展及施工效果国外纳米增注技术及施工效果国内纳米增注技术及施工效果3低渗透油藏的特点及开发技术渗透率低[（0.3〜15）×10-3μm2]，孔隙度小（5%〜20%）。依靠天然能量开采,油井一次采收率很低（约为17%）。水驱开发成为低渗透油田的主要开采方式（最终采收率可达26.9%）。4低渗透油藏水驱开发存在的问题

低渗油井注水压力高、注水量小、注采不平衡，从而造成渗流阻力大。因此常存在注水压力迅速上升，注水量快速下降，甚至注不进水的问题，造成产油量的迅速递减。

注水阻力不断增大原因：岩隙表面极性，水化膜的形成注水过程中易形成水垢所含粘土遇水膨胀

造成了注水喉道变小，渗透率下降。

ABC5国内外技术现状酸化技术（目前普遍使用）：

用强酸对注水井进行处理。显效快。但对于渗透率很低的油田效果差,有效期短(一般不足3个月)，综合施工成本很高。纳米增注技术（近年来发展）：

采用具有钉扎基团的强亲油疏水性纳米聚硅材料处理注水井。大大延长了施工有效期(一般大于6个月),综合施工成本较低。6纳米增注技术的发展国外技术及施工效果国外—俄罗斯的“泡雷希尔”制备方法：利用γ射线激活的添加剂对纳米二氧化硅进行化学改性粒径5－100nm，疏水亲油材料适用范围：渗透率〉30毫达西的中低渗油田施工方式：柴油携带，注入吸附7在国内（胜利油田和中原油田）施工效果8国内技术及施工效果采用原位表面修饰技术制备的纳米聚硅材料粒径10－20nm，超疏水亲油适用范围：渗透率大于10毫达西的中低渗透油田施工方式：柴油携带，注入吸附MGS-Z1纳米聚硅增注剂9

2004年在胜利油田施工30余口井，有效率大于80%，有效期大于6个月。梁14-71井初步尝试酸化+注入吸附施工方式。显示了很好的应用前景。10纳米增注技术应用中存在的问题使用柴油作为携带剂施工：造成能源的浪费；成本高（每口井携带剂用量大8吨-15吨）；在运输、储存、使用中存在安全隐患，不利于环境保护。增注施工条件苛刻（达标清水），使用范围窄（低、中渗油田）。11二、DS-Z纳米减阻增注技术以硅酸纳或硅酸酯为纳米聚硅的成核试剂，含羟基、羧基、氨基等钉扎基团和饱和碳链及全氟碳链疏水基团的偶联剂作为纳米微粒的表面修饰剂，制备纳米减阻增注剂DS-Z。调节水及水油体系的极性（表面能），同时选择既可良好分散纳米微粒又可分散于水相的有机溶剂制备纳米聚硅水基分散携带剂。将酸化工艺和纳米注入吸附工艺结合使用，提高增注效果。首先对施工井进行酸化作业，然后将分散于油-水混合体系中的纳米微粒注入井下，关井一定时间后正常配注。（一）、DS-Z纳米减阻增注技术简介12（二）、DS-Z实验室增注性能及机理研究DS-Z纳米聚硅的表征

DS-Z纳米聚硅的分散性和疏水性

实验室模拟岩芯驱替实验

1

以柴油为携带剂DS-Z的增注作用2乳液作为携带剂DS-Z的作用3纳米聚硅乳液增注机理13DS-Z纳米聚硅的表征MGS-Z纳米聚硅的透射电镜照片MGS-Z型聚硅纳米微粒的XRD图谱

纳米聚硅的热分析图谱14DS-Z的分散性和疏水性浓度wt%油水乳液柴油T%四氯化碳T%0.5稳定95.297.51.0稳定92.595.32.0稳定88.293.43.0稳定80.289.54.0/79.086.0MGS－Z在溶剂中的分散性柴油四氯化碳水15501A型超级数显恒温水浴循环水式多用真空泵改进的模拟岩芯管接收瓶实验室模拟岩芯驱替实验16DS-Z对低渗透岩芯孔隙度的影响图B孔隙度为14.48%的模拟岩芯经NPS-Z处理后的有效孔隙度变化（↑56%）图A孔隙度为22.22%的模拟岩芯经NPS-Z处理后的有效孔隙度变化（↑32%）×岩芯的总体积岩芯孔隙中的水体积100%孔隙度ø=17DS-Z对低渗透岩芯水化膜厚度的影响L=W0Wρ0Sω上式中：L：水化膜的厚度W0：吸附水的质量W：实验砂的质量

ρ0：水的密度Sω：实验沙子的单位重量的比表面积（假设水化膜的表面积近似等于模拟岩芯的表面积；采用BET法测量单位重量模拟岩芯的比表面积Sω，通过模拟岩芯驱替试验测得吸附水的质量）

181以柴油为携带剂DS-Z的增注作用DS-Z对水流速度的影响图B孔隙度为14.48%的模拟岩芯经MGS-Z处理前后水流速变化曲线（↑80%）图A孔隙度为22.22%的模拟岩芯经MGS-Z处理前后水流速变化曲线（↑50-100%）19图A孔隙度为22.22%的模拟岩芯经DS-Z处理后水化膜厚度的变化（↓0.2nm，7%）图B孔隙度为14.48%的模拟岩芯经DS-Z处理后水化膜厚度的变化（↓1.27nm，31%）20DS-Z对低渗透岩石表面润湿性的影响DS-Z型纳米聚硅处理前后岩芯表面形态SEM对比图

a,c）处理前；b,d）处理后21水滴在岩芯表面的接触角

a）纯岩芯（9°）

b）纯柴油处理后（82°）

C）MGS-Z处理后（140°）22

MGS-Z对粘土矿物膨胀和运移的影响

未处理及经不同溶液浸泡处理后的粘土块表面水接触角粘土块原粘土块经1.0‰的DS-Z/柴油溶液浸泡后经1.5‰的DS-Z/柴油溶液浸泡后接触角（度）测不出接触角（水立刻铺展）117

140能明显看出粘土在MGS-Z/柴油溶液浸泡后，表面吸附一层纳米聚硅。23DS-Z处理前后粘土块遇水的溶胀情况A）加水前；B）加水瞬间；C）30min24小结MGS-Z型纳米降压增注剂可以改变岩石表面的润湿性。在孔隙度适宜范围内，纳米聚硅可增大岩芯的孔隙度，减小岩石表面水化膜的厚度。纳米聚硅能够防止粘土膨胀.252乳液作为携带剂DS-Z的作用复配添加剂用来调节乳液和水的混合溶液的极性，与NPS-Z相匹配。乳液：水=10-20：80-90；DS-Z占混合溶液的1.0‰-1.5‰；添加剂占混合溶液的0.5％-1.5％。

含1.5‰的MGS-Z型纳米聚硅的混苯乳液26乳液的增注性能经DS-Z乳液处理前后的水流速变化曲线（↑200%）

用添加剂处理后水的流速变化曲线（↑40%左右）增注初期：表面活性剂脱附产生大量泡沫，增幅不大；待泡沫消失后，流速明显提高；随后，表面活性剂逐步流失，流速趋于稳定，增幅稳定在200%。27孔隙度和水化膜厚度的变化模拟岩芯经纳米聚硅的乳液处理后有效孔隙度的变化（↑46%）模拟岩芯经纳米聚硅的乳液处理后水化膜厚度的变化（↓1.45nm，34%）28纳米聚硅乳液的破乳

A)含0.15%的DS-Z的乳液B)加入酸洗、盐泡后石英砂瞬间C)稍搅拌后的(B)29破乳后纳米聚硅在有机介质中的分散性能有机溶剂透光率/%破乳后纳米聚硅MGS-Z纳米聚硅甲苯(5‰)以纯甲苯为参比83.082.6柴油(5‰)以纯柴油为参比87.288.0CCl4(5‰)以纯CCl4为参比91.190.0

303纳米聚硅乳液增注机理

乳液下井后遇盐破乳，纳米聚硅从乳液中释放出来驱赶走水化膜，吸附于岩石表面，使其由亲水性转变成疏水性，从而减小注水流动阻力；同时疏水表面阻止水的侵入，从而避免粘土膨胀和水垢的附着，大大延长增注有效期；脱附出来的表面活性剂也起到一定的降压增注作用。31（三）、DS-Z的现场应用实验

选井条件1、井身状况良好。2、油层渗透率大于5х10-3um2。3、油水井注采对应关系良好。4、水井注水量偏低，但能注进水的井可优先考虑。5、注入水水质必须达标，一般污水回注井含油量不能超标。32使用方法1、一般每米油层使用1-1.5Kg2、配制方法：用柴油作携带剂，按1-1.5‰配制。用油水混合液作携带剂配制：先将纳米材料溶入携带剂中，再与水按1：4稀释。纳米材料浓度达1-1.5‰。33施工工艺酸化工艺+纳米注入吸附工艺结合

1、按设计书进行管线清洗，下入施工管柱。2、按设计要求配制所需入井液。3、对施工管线试压，对油层进行予处理。4、按施工工序挤入所需入井液。5、关井2-3天，转入正常注水。

34中原油田现场增注（柴油携带）序号井号注水层位增注日期增注前增注后累积增水量注水压力注水量注水压力注水量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江苏油田试采二厂现场增注（油水混合体系携带）井号施工日期措施前平均日注水m3措施前平均压力MPa措施后日注水m3措施后注水压力MPa备注 高7-1506.011517.54515.9继续有效庄2-5606.6.825183016.88个月庄2-5608.062016.52011.1继续有效庄2-41A06.053017.53016.115个月，污水回注

高7-2206.10因油层不连通，无效高14-406.822202521.1继续有效

06年1月至08年8月，现场应用了6井次，有效5井次，正在实施井3口。平均单井有效期285d，见效井平均单井有效期380d，累计增注2.82×104m3，并继续有效。36（1）地质情况：井型注水井构造位置金湖凹陷高7断块人工井底1943.15m最大井斜/位置23。/791.66m水泥返高712.00m油补距3.99套管规范Ф139.7mmX7.72mmX1957.29m

高7－15井37（2）处理层数据层位层号井段m厚度mK（10-3um2）Ф（%）Ef2316-211879.8~1894.08.5Ef2323-261905.4~1921.511.5（3）井史日期泵压MPa油压MPa套压MPa日配注m3/d日注水m3/d备注05.112019.219.15542.6

（3）井史

38（1）预处理液12m3（2）增注剂12m3（DS-Z分散于含水80%的油水乳液）（3）顶替液12m3：0.5%TDC-15（TDC-15防膨剂60Kg+清水）

高7-15井纳米聚硅施工前后压力变化

增注前注水压力20MPa，平均日注30.2m3/d；施工后初期注水压力16MPa，日注55m3/d。目前有效期已达23个月。39第一口用纳米聚硅增注施工的注污水井。措施后该井在相同注水量条件下，井口油压比措施前下降4.45MPa(月平均)。视吸水指数由施工前的平均值1.37m3/d.MPa增加到增注后的1.94m3/d.MPa。有效期15个月。庄2-41A井40庄2-41A井措施前后视吸水指数随时间变化曲线41江苏油田试采一厂现场增注实验

（油水混合体系携带）沙32-8井注水量m3/d泵压MPa油压MPa施工前14.323.021.8施工后31.821.921.3沙32-8井纳米聚硅施工前后注水量变化42瓦32X井（2006.12.26）注水量m3/d油压MPa套压MPa施工前20.524.622施工后25.25.25.0瓦32X井纳米聚硅施工前后注水量变化43经纳米聚硅增注前后瓦32X井的压力变化44小结采用含水80%的油水混合体系作为携带剂在多个油田实验，取得了很好的增注效果，并很大程度上降低了施工成本。江苏油田分公司施工注水井30余口，效果良好，目前正在大面积推广。长庆油田施工处理了3口酸化、压裂等多种工艺无效的超低渗透井（渗透率＜10×10-3μm2），效果显著，表明该纳米聚硅材料不但适用于中低渗透油田，还可扩展到超低渗透油田。在多个油田进行实验，施工有效率大于90%，平均有效期大于240天。该产品不但适用于中低渗透油田，还成功适用于超低渗透油田，并且在污水回注井中取得了很好的效果，显示了无可替代的优势。45三、纯水基纳米聚硅增注技术纯水基纳米聚硅增注技术，完全实现以水取代柴油和混苯等有机物，使施工更为经济、环保。

a)水基纳米聚硅乳液照片b)透射电镜照片

46(一)增注机理1.超疏水性的纳米聚硅释在微孔道表面充分吸附，形成超疏水薄膜，使得由于注水冲刷而具有亲水性能的岩石表面转变为具有憎水性能，导致注入水通过孔隙时的流动阻力大大降低。2.纳米聚硅微粒还能够包覆在粘土表面，阻止注入水的浸入，起到防膨作用；而脱附出来的表面活性组分剂具有亲水基和亲油基两种基团，也能吸附在岩石表面，使岩石表面由亲水反转为亲油，改变岩石表面的润湿性，提高水相的相对渗透率。47（二）施工工艺将酸化工艺和纳米注入吸附工艺结合使用1.对施工井进行酸化作业，保证清除岩隙中形成的污垢，以防影响纳米聚硅的吸附效果。2.将纳米聚硅水乳液体系注入井下，利用酸化后岩隙内的化学环境诱导乳液破乳，超疏水性的纳米聚硅释放出来，使其在微孔道表面充分吸附，形成超疏水薄膜，使得由于注水冲刷而具有亲水性能的岩石表面转变为具有憎水性能，导致注入水通过孔隙时的流动阻力大大降低，注入水得以顺利流过

481、现场施工的井号为T106、B22162、施工前后注水量对比(三)现场使用介绍49（3）应用及效果时间液体类别工艺方式注入时间(min)注入剂量(m3)压力（MPa）排量(m3/min)5月30日17:10-17:3