董小剛，黃 哲，聶安琪，楊 嬙

(延長油田靖邊采油廠，陜西 榆林 719000)

目前，注水是油氣藏開發(fā)后期的一種有效增產(chǎn)措施之一。特別是在油田滲透率較低以及特低的砂巖油藏，在儲(chǔ)層物性和注水水質(zhì)的多種因素影響下，高壓欠注現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生[1-2]。在該情況下，為達(dá)到降低注水壓力、提升增注量，一般采用酸化降壓增注技術(shù)處理。雖然酸化后會(huì)解決一定程度的高壓欠注問題，但是該類油氣藏一旦存在天然能量缺乏、快速消耗以及注水井的吸水能力較低等問題，會(huì)導(dǎo)致油井發(fā)生一系列問題，例如水竄或者水淹等[3-4]。目前，良好疏水性的納米材料則成為解決上述問題的主要手段，納米乳液是常用的酸化產(chǎn)品[5]。該類納米材料親油性能良好，并且吸附能力較高，能有效降低油水界面張力，極大改善巖石表面的潤濕性，可實(shí)現(xiàn)有效、可靠的降壓增注，保證油氣藏的開發(fā)[6-7]。為深入研究疏水性的納米材在降壓增注方面的實(shí)際應(yīng)用情況，筆者以超疏水納米二氧化硅為主材料，制備了納米乳液，考察了其應(yīng)用性能和效果。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要材料和儀器

失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚(Tween-80)、無水乙醇、亞甲基藍(lán)、丙酮、凡士林、氧化銅、磷酸二氫鋁，分析純；碳酸鹽巖石粉末；超疏水納米SiO2，上海凱茵化工有限公司;人工水泥巖心，尺寸為4.6 cm×4.6 cm×30 cm，透氣性為42×10-3μm2，透水性為13.1×10-3μm2；實(shí)驗(yàn)用油為延長油田脫水脫氣原油；實(shí)驗(yàn)用水為延長油田產(chǎn)出地層水及注入水。

紫外可見光光度計(jì),梅特勒-托利多國際有限公司；納米粒度儀,珠海歐美克儀器有限公司；表面張力儀、張力測(cè)試儀,北京奧德利諾儀器有限公司；巖心壓力設(shè)備，北京斯貝克科技有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 納米乳液制備

選取一定質(zhì)量的無水乙醇，加入一定量的超疏水納米SiO2，同時(shí)加入表面活性劑后，高速攪拌6 min左右[8-9]，采用超聲對(duì)攪拌后的物質(zhì)進(jìn)行分散處理，持續(xù)時(shí)間為20 min，使其達(dá)到勻相；再加入去離子水，溶液總體質(zhì)量達(dá)到100%為止(無水乙醇/表面活性劑/超疏水納米SiO2/去離子水(質(zhì)量比)=10/1/(0.1～2)/(87～88.9))。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 納米乳液評(píng)價(jià)

1)基礎(chǔ)性能。測(cè)定不同摻量超疏水納米SiO2的納米乳液的顆粒團(tuán)聚粒徑分布狀態(tài)、表面張力、界面張力。

2)吸附性能。向烘箱中放置一定質(zhì)量的碳酸鹽巖巖屑，烘干[10-11]；向超疏水納米SiO2中加入烘干后的巖屑(質(zhì)量比為1∶10)，振蕩均勻，在室溫下靜置24 h，過濾，烘干。稱取5 g巖屑放入燒杯中，同時(shí)加入35 mL 3.0 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，震蕩均勻，室溫下靜置2 h；離心處理(離心機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min)，取上層清液，分析其吸光度，并判斷吸附性能[12-13]。

3)潤濕性。采用超聲清洗機(jī)清洗石英砂片后，將其放入制備的納米乳液中，并在75 ℃條件下進(jìn)行水浴加熱處理，持續(xù)時(shí)間為24 h。烘干，將烘干后的石英砂片置于接觸角試驗(yàn)機(jī)上，通過靜滴法，觀察石英砂片濕潤變化情況，并分析變化情況。

1.3.2 降壓增注巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

1)采用超聲清洗機(jī)，將巖心處理后放置烘箱中烘干，室溫環(huán)境下測(cè)量其尺寸、巖心滲透率，同時(shí)稱重。

2)將巖心放入干燥器中，抽真空處理12 h，通過地層水飽和后繼續(xù)以相同時(shí)間抽真空處理[14]。取出后靜置24 h，稱重，以鹽水密度為依據(jù)計(jì)算孔隙體積。

3)在一定壓力下，采用地層水將飽和巖心驅(qū)替后，室溫下計(jì)算巖心水相滲透率值。

4)原始含油飽和度的獲取需在地層溫度下完成，通過飽和實(shí)驗(yàn)用油完成。

5)水驅(qū)殘余油飽和度的獲取采用鹽水驅(qū)油，記錄此刻驅(qū)替壓力，以0.1 mL/min的速率完成，且達(dá)到出口含水高于98%。

6)殘余油飽和度減小值的計(jì)算需添加納米乳液完成，添加量為5 PV，記錄此刻驅(qū)替壓力，達(dá)到出口含水100%。

1.3.3 納米乳液緩速性能實(shí)驗(yàn)

選取土酸、納米乳液和巖心一起反應(yīng)5 h，測(cè)定巖心在不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的溶蝕率。向氫氧化鈉溶液中加入鹽酸和納米乳液，且與前者的質(zhì)量比為15%，測(cè)定反應(yīng)后液體的pH值。

1.3.4 稠油黏度性能降低實(shí)驗(yàn)

選取儲(chǔ)層原油，脫氣后將其放入水浴中，在65 ℃條件下恒溫處理60 min，攪拌去除其中的氣泡以及游離水，測(cè)定該溫度下的初始黏度(μ0)。稱取600 g稠油試樣，平均分成兩份，將125 g地層水和納米乳液分別加入兩份試樣中，在65 ℃水浴中恒溫處理60 min，在300 r/min條件下攪拌3 min，測(cè)其黏度(μ)，通過下式得到黏度降低率(F)：F=(μ0-μ)/μ0。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米乳液評(píng)價(jià)結(jié)果

1)吸光度。圖1為納米乳液的吸光度。由圖1可知：納米乳液的吸光度隨著超疏水納米SiO2摻量的增大而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)摻量超過1%以后，吸光度明顯下降。這是由于納米乳液中的Tween-80用量固定，超疏水納米SiO2顆粒較少時(shí)，Tween-80可實(shí)現(xiàn)飽和吸附，導(dǎo)致超疏水納米SiO2分解容易度較高，可完全分解至乙醇水溶液中。但是摻量增大后，粒子表面無法被Tween-80充分覆蓋，導(dǎo)致沒有吸附的粒子面發(fā)生黏附，形成絮凝；同時(shí)當(dāng)摻量超過1%后，納米乳液發(fā)生沉淀。因此，為保證吸光度的最大程度，納米乳液的摻量為1%。

圖1 納米乳液的吸光度

2)基礎(chǔ)性能。圖2為納米乳液的基礎(chǔ)性能測(cè)試結(jié)果。

圖2 納米乳液的基礎(chǔ)性能

由圖2可知：超疏水納米SiO2摻量增大，平均粒徑也隨之增加；其表面張力則在35～38 mN/m范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于水的表面張力(72 mN/m)，隨著超疏水納米SiO2摻量加大，乳液表面張力緩慢下降，但對(duì)表面張力的影響較小；除此之外，界面張力隨著摻量增大呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，當(dāng)摻量超過0.3%時(shí)，加大摻量對(duì)油水界面的張力影響較小。

3)吸附性。圖3是納米乳液的吸附性測(cè)試結(jié)果。由圖3可知，適宜的超疏水納米SiO2摻量為0.7%。

圖3 納米乳液的吸附性能

4)潤濕性。圖4是納米乳液的潤濕性測(cè)試結(jié)果。由圖4可知，水滴經(jīng)由含有不同超疏水納米SiO2摻量的納米乳液作用在石英砂表面后，其接觸角隨著摻量的增加而增加，當(dāng)摻量達(dá)到0.7%以后，接觸角幾乎不再發(fā)生變化。因此，納米乳液中適宜的超疏水納米SiO2摻量為0.7%。

圖4 納米乳液的潤濕性

2.2 降壓增注巖心流動(dòng)結(jié)果分析

圖5、表1和表2為超疏水納米SiO2摻量0.7%條件下納米乳液降壓增注巖心流動(dòng)測(cè)試結(jié)果。可知：納米乳液增注后可明顯實(shí)現(xiàn)降壓效果，同時(shí)可使油藏殘余油飽和度明顯下降，使得巖心的滲透性明顯改善，洗油效率顯著提升；除此之外，在進(jìn)行不同納米乳液增注量后，二次驅(qū)水的降壓效果也發(fā)生變化，增加量越多，壓力降低率越高，最大壓力變化率達(dá)到48.6%。這表明，乳液內(nèi)的納米活性吸附成分可有效吸附在巖石孔隙表面，顯著改善巖石滲透率，使流動(dòng)阻力明顯減小，實(shí)現(xiàn)降壓增注。

圖5 降壓增注巖心流動(dòng)測(cè)試結(jié)果

表1 納米乳液對(duì)巖心滲透性及降壓增注結(jié)果

表2 納米乳液降低殘余油飽和度結(jié)果

2.3 緩速性能結(jié)果分析

圖6和圖7是納米乳液緩速性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖6可知：隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，土酸和納米乳液的溶蝕率均呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)，前者的上升較為平穩(wěn)，后者則出現(xiàn)一定波動(dòng)；反應(yīng)時(shí)間越長兩者的溶蝕率越接近。并且在不同體積的氫氧化鈉溶液中，兩者的pH值也呈差異性變化，在體積達(dá)到48 mL以后，兩者的pH值吻合。由于酸液反應(yīng)效率對(duì)納米乳液的有效作用距離存在直接影響，因此，該結(jié)果表明納米乳液的作用距離較大，可完成巖心的深度解堵，緩速效果良好。

圖6 巖心在不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的溶蝕率

圖7 反應(yīng)后液體的pH值

2.4 稠油黏度降低結(jié)果分析

表3是稠油黏度降低結(jié)果。由表3可知：采用納米乳液實(shí)行降壓增注處理后，稠油黏度性顯著降低，是由于在對(duì)油藏實(shí)行注水過程中，納米乳液的Tween-80可充分與殘余原油發(fā)生反應(yīng)，因此，可使黏度以及殘余油的飽和度明顯降低，增加稠油的玻璃容易度，并且明顯減小流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)降壓增注效果。

表3 稠油黏度降低結(jié)果

3 結(jié) 論

以超疏水納米SiO2為主材料，結(jié)合其他輔助材料制備了納米乳液，用于實(shí)現(xiàn)降壓增注技術(shù)。其適宜摻量為0.7%；應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明：制備的納米乳液試樣壓力變化率達(dá)到48.6%，可明顯地改善滲透率，減少流體阻力，在降壓增注方面具有一定的優(yōu)勢(shì)；不同的油藏性質(zhì)、流體特性，在應(yīng)用時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。