纳米粉体复合增注技术的研究及应用
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作者: 巩玉娥 马香丽
摘 要： 中原油田S2上4-7油藏属于低渗透性油藏，注水压力高，注水困难。油藏水驱开发难度大。为提高注水量，降低注水压力，实施了多次酸化，效果明显，但是有效期短，增水量有限。结合纳米材料的研究与开发，提出了纳米粉体与酸化相结合的新技术-纳米粉体复合增注技术。现场应用8井次，累积增水3500多方，对应油井累积增油3058.2吨，投入产出比达1∶6.1，取得了显著的经济效益，值得大力推广和应用。
关键词： 纳米粉体； 复合； 增注； 效益； 增油
中图分类号： TE357.6 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）02-0049-02
油田开发过程中涉及多学科、多领域的技术，各种问题的解决主要依赖于相关技术和材料的突破，纳米技术的兴起给油田降压增注的突破提供了技术支持，也为攻克低渗油藏注水压力高的难题提供了有效的方法。
纳米聚硅复合增注技术是近几年发展起来的一种新型高效增注技术，技术人员经过室内筛选和适应性研究，对纳米聚硅进行了表面修饰、分散体系的改进；通过对施工工艺的进一步完善，使纳米粉体复合增注技术取得了良好的经济效益和效果，施工有效期和有效率大大提高。
一、纳米粉体复合增注技术机理
1.纳米粉体复合增注机理
纳米粉体复合增注技术是利用酸或碱等解堵材料与纳米材料复合一起增注。首先注入解堵剂如酸或碱对地层进行预处理，清除近井地带孔隙中的油膜及地层中粘土、铁质、钙质、以及钻井液等机械颗粒和造成的堵塞，以便纳米粉体能牢固的吸附在孔隙表面。然后将具有极强憎水亲油能力的纳米粉剂挤入地层，当纳米材料吸附到亲水砂岩表面后，使得润湿反转，改善水油两相流中的水相渗透率，从而大大地降低注入水的流动阻力，同时可以有效地扩大孔径，以避免水化现象的发生。
2.纳米粉体作用机理
纳米粉体挤入注水层位后，岩石的许多性质均发生改变，大量室内实验证明纳米粉体材料在地层中的作用机理主要表现在相对渗透率的变化、润湿性改变等。
其降压增注机理主要表现在：
（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）其卓越的憎水性能，大幅度降低注入水在孔隙中的流动阻力，同时避免了水化现象的发生；
（3）阻碍泥土颗粒的膨胀和扩散。
由“孔隙空间的憎水化作用”所观察到的一些效果是由下述的原因造成的：对于地层不排泄段和弱排泄段中松散粘和水，其岩石孔道表面的润湿性可用拉普拉斯方程来表示：
PK=2σcosθ/R
式中： PK-毛管压力
σ-表面张力系数
θ-润湿角
R-孔隙半径
由于表面的憎水性，润湿角变得大于90°，结果cosθ具有负值。也就是说，毛管力的降低使得松散粘合水非常容易地被驱出来。此外，储层中粘土颗粒的憎水化降低了水化膜的厚度，从而增加了岩石通道的有效尺寸。
二、室内试验
1.纳米粉体对岩石润湿性的影响
分别取天然岩心、玻璃片各两个，清洗、烘干，各取其中一块用纳米粉体处理后，测量表面润湿性的改变，实验结果见表1：
经纳米粉体处理后固体表面润湿性发生改变，由水润湿转变为油润湿。
2.纳米粉体分散体系的配制
研究表明，纳米粉体在柴油和乙醇等有机溶剂中的分散效果较理想，而在水中不分散。目前国内各大油田均采用柴油作为分散剂，但是成本过高。考虑到材料费用和油田的实际应用，我们通过添加表面活性剂使纳米粉体在水中均匀分散。即纳米粉体分散体系成份是纳米粉体+表面活性剂+水。
分散体系各成份最佳浓度确定：
2.1 分散介质浓度确定
采用新型表面活性剂作为分散介质复配成纳米粉体分散体系，分散介质分别取0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％的浓度，考察纳米粉体的分散效果。实验结果表明，当分散介质浓度为1.5％时，分散效果较好。随着浓度的继续增加，分散性无明显变化。1.5％是分散介质的最佳使用浓度。
2.2 纳米粉体浓度确定
配制不同浓度的纳米粉体分散体系，进行岩心驱替实验，测定驱替前后岩心渗透率变化，计算渗透率比Ki/K0，据此确定纳米粉体分散体系中纳米粉体的最佳浓度。
由实验数据看出，纳米粉体水基分散液在很大浓度范围内均有改善岩心渗透率的作用，其中0.10%的纳米粉体水基分散液改善岩心渗透率的效果最明显，0.10%是纳米粉体是该分散体系的最佳使用浓度。
3.纳米粉体溶液稳定性
分别配制水、乙醇、柴油和纳米粉体分散体系，在不同的时间内观察体系的分散性和稳定性。
4.岩心实验
取1#与2#岩心，采用常规酸液、酸液＋纳米粉剂两种方法进行驱替，观察岩心渗透率改善情况。
1#岩心：正驱3％氯化铵―正驱酸液―正驱3％氯化铵
2#岩心：正驱3％氯化铵――正驱酸液―正驱1%水基纳米粉剂―正驱3％氯化铵
从结果看出：1＃岩心渗透率的改善仅仅是由于酸的作用所造成的；2＃岩心在注入酸预处理的基础上注入纳米粉体，进一步提高了岩心的渗透率。
三、现场应用及效果
2007年对濮城油田S2S4-7油藏的欠注井整体实施纳米粉体复合增注技术，共实施8井次，累积注入酸液420方，纳米粉体溶液160方。
1.水井效果
8口井增注前注水压力为25.6MPa，日注水156方，措施后注水压力18.7MPa，日注水402方，注水压力下降6.9MPa，日增注水246方。累积增水35689方，增加水驱控制储量2.5*104方，增加水驱动用储量1.3*104方。
8口井中有可对比吸水剖面6口，吸水厚度增加15.2m，其中新增吸水层数8n，新增吸水厚度7.9m。
2.油井效果
对应油井中有12口见到增油效果，总体表现是产液上升，产油上升，含水稳中有升。平均单井日增油2.1吨，累积增油3058.2吨。
3.经济效益分析
投入：
420方*2500元/方+160方/2900元/方=151.4万元
产出：
3058.2吨*3000元/吨=917.5万元
投入产出比：1∶6.1
四、结论
1.纳米材料具有超细、强吸附、高比表面的特性，当其被挤入地层孔隙后，可改变砂岩表面的润湿性，降低注入水的流动阻力，提高水相渗透率，从而达到降低油藏水井注水压力，改善吸水剖面的效果。
2.与常规酸化增注工艺相比，纳米粉体分散体系可进入地层深部，扩大了处理半径，以便更大范围地调整注水效果。
3.纳米材料与砂岩地层是一种物理吸附的过程，没有反应副产物，不会造成二次堵塞。此外，对管柱及施工人员没有危害性，具有显著的技术优势及环保优势。
4.现场应用证明，纳米粉体复合增注工艺可大大提高水井增注有效期，显著降低低渗透油藏的注水压力，成功地解决了低渗透油藏降压增注难的问题。
5.纳米粉体复合增注工艺取得了良好的效果和经济效益，投入产出比达1：6.1，值得大力推广应用。
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