纳米降压增注技术简介

Kro ＆Krw
Kro
Kro&Krw
0.6 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 Sw / % 80 100
Y25井4-10/45号岩心
1.0 0.8 Krw Kro
Zh38井14-81/85号岩心
1.0 0.8 Krw Kro
Kro&Krw
0.6 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 Sw / % 80 100
2、纳米吸附分为单层吸附和多层吸附；
3、纳米颗粒有团聚；
4 、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（憎水）； 5 、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。
纳米降压增注技术简介
一、问题的提出：
一些注水井初期的注水压力并不高，但随着注水
时间的持续，注水压力逐渐增大。
注水井 采油井
60MPa
42MPa
有效驱替压差 33MPa
30m 300m
22MPa
特低渗透砂岩储层油水相对渗透率曲线
1.0 0.8 Krw 1.0 0.8 Krw Kro
0.6 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 Sw / % 80 100
Kro&Krw
0.6 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 Sw / % 80 100
Zh61-23井12-3号岩心
Байду номын сангаас
Zh19井9-3号岩心
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
有一种观点： 水膜吸附阻力
低渗油藏中一部分注水压力来自于水湿岩石孔隙内表
试验12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 “仿制”的方法研制出了纳米产品，并进行了现场试验， 部分有效。
纳米是长度单位，原称毫微米，就是10的-9
次方米（10亿分之一米）。纳米科学与技术，
简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳
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， 其实人的头发一般直径为20-50微米，并不细。 单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径
图2 纳米材料的TEM（透射电镜）图（ Shu2－3 ）
2、纳米颗粒与孔壁的吸附
图3 纳米粒子水平和竖直岩心表面的SEM照片
3、润湿性变化
陈兴隆、秦积舜、李治平等人做实验研究注水井增注用的4种商品表面亲油改性 纳米二氧化硅改变岩石表面润湿性的能力。Kg为0.01～0.1μm2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0.5～3.0PV 1.5g/L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润湿指数W(水、油润湿指数 之比)。结果表明，W值随注入量增大按指数关系减小，注入量3PV时达到稳定值， 注入量相同时随静置时间(18～40小时)延长而减小；在注入量2PV、静置40小时条 件下除829外的3种样品使亲水岩心(W=1.7)变亲油(W＜1.0)，俄罗斯产品101效果 最好，W=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 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 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101处理的大 理石表面亲油性至少维持500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0～70小时(样品101)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(101和 727)，0～60小时后变亲油(829)，接触角增大但仍亲水(902)；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。
二、纳米降压增注机理研究
1、纳米材料研制； 2、吸附作用； 3、润湿性改变； 4、降压实验；
5、降压机理。
1、研制了多种纳米材料
1）不同尺度、不同比表面积的纳米SiO2材料； 2）不同尺度、不同比表面积的纳米ZnO材料； 3）不同尺度、不同比表面积的纳米TiO2材料；
纳米SiO2材料特征
图1 纳米材料的TEM图（ Shu1-1 ） 任何SiO2进入纳米尺寸(1~100nm)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 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SiO2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。
图4 岩心表面（亲水）
图5 柴油处理后的岩心表面（亲油）
图6 低浓度纳米液（亲油性增强）
图7 中等浓度纳米液（亲油性继续增强）
图8 滚动的水滴（润湿反转）
4、降压实验－－岩心驱替：
四块岩心，渗透率提高最大60％，平均47％。
小结
1 、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。
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。 解决方法： 1、提高注水压力－－注水系统设备可能要更换，增加投入； 2、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： 俄罗斯对该技术的研发较早。在西西伯利亚、秋明 等地区处理200口井, 试验效果良好。 国内中石化集团公司在2000年从俄罗斯引进该技术，
为5微米，也不算细。简而言之，1纳米大体上
相当于4个原子的直径。
俄罗斯产品（泡雷希尔）的宣传用语：
泡雷希尔具有极强的憎水亲油性和很大的比表面积： 1）将吸附在孔隙内表面的水膜赶走，从而有效地扩大孔径； 2）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；
3）避免了水化现象的发生，阻碍泥土颗粒的膨胀和扩散。
问 题：
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到 孔壁？ 2）吸附到孔壁后，是单层吸附还是多层吸附？如何分布？其厚度是
否小于水膜厚度？
3）憎水表面的降阻机理？
因此，纳米降压增注机理研究必须解决以下问题：
1）纳米颗粒的表面特征、纳米材料研制； 2）纳米颗粒突破水膜与岩石孔壁强力吸附的本质； 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 可以降低流动阻力？