納米降壓增注機理研究

納米降壓增注機理研究

上海大學：狄勤豐

ShanghaiUniversity將納米攜帶液注入地層，關井24～48小時，讓納米顆粒吸附到巖心孔壁，隨后進行正常注水。

ShanghaiUniversity通過納米吸附法降低儲層巖心孔道水流阻力的技術。納米降壓增注技術：一些注水井初期的注水壓力并不高，但隨著注水時間的增加，注水壓力逐漸增大。

ShanghaiUniversity一、問題的提出：有一個觀點：

ShanghaiUniversity水膜吸附阻力

低滲油藏中一部分注水壓力來自于水濕巖石孔隙內表面水化層對水的吸附阻力，注水起動壓力梯度相當程度上是克服水膜吸附阻力。解決方法：1、提高注水壓力－－注水系統設備可能要更換，增加投入；2、降低注入水流動阻力－－方法？利用納米材料來進行降壓增注作業(yè)：

俄羅斯對該技術的研發(fā)較早。在西西伯利亞、秋明等地區(qū)處理200口井,試驗效果良好。國內中石化集團公司在2000年從俄羅斯引進該技術，試驗12口高壓欠注井，并開展了相關室內實驗。中石化集團公司下屬企業(yè)與有關院校合作，采用“仿制”的方法研制出了納米產品，并進行了現場試驗，部分有效。

ShanghaiUniversity試驗效果：

ShanghaiUniversity俄羅斯產品（泡雷希爾）的宣傳用語：

ShanghaiUniversity泡雷希爾具有極強的憎水親油性和很大的比表面積：1）、將吸附在孔隙內表面的水膜趕走，從而有效地擴大了孔徑；2）、材料顆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動阻力；3）、避免了水化現象的發(fā)生，阻礙泥土顆粒的膨脹和擴散。問題：

ShanghaiUniversity1）、既然有水膜，那么具有極強憎（疏）水性的納米粒子如何吸附到孔壁？2）、吸附到孔壁后，是單層吸附還是多層吸附？如何分布？其厚度是否小于水膜厚度？3）、憎水表面的降阻機理？因此，納米降壓增注機理研究必須解決以下問題：

ShanghaiUniversity1）、納米顆粒的表面特征、納米材料研制；2）、納米顆粒突破水膜與巖石孔壁強力吸附的本質；3）、吸附納米顆粒的孔壁具有什么樣的潤濕性特征？什么條件下可以降低流動阻力？二、納米降壓增注機理研究

ShanghaiUniversity1、納米材料研制；2、吸附證實；3、潤濕性改變；4、降壓實驗；5、降壓機理；1、研制了多種納米材料

ShanghaiUniversity1）、不同尺度、不同比表面積的納米SiO2材料；2）、不同尺度、不同比表面積的納米ZnO材料；3）、不同尺度、不同比表面積的納米TiO2材料。納米SiO2材料特征

ShanghaiUniversity圖1納米材料的TEM圖（Shu1-1）

ShanghaiUniversity圖2納米材料的TEM圖（Shu2－3）納米SiO2材料特征

ShanghaiUniversity圖3納米粒子的粒度分布（Shu1-1）

ShanghaiUniversity吸附與未吸附2、納米顆粒與孔壁的吸附

ShanghaiUniversity圖4納米粒子水平和豎直巖心表面的SEM照片2、重力的影響？

ShanghaiUniversity圖5納米顆粒與孔壁的吸附證實－－能否突破水膜？（1-5，3000）（2-7）

ShanghaiUniversity納米顆粒與孔壁的吸附證實－－能否突破水膜？圖6

ShanghaiUniversity納米顆粒與孔壁的吸附證實－－是否進入了巖心孔道？圖7

ShanghaiUniversity納米顆粒與孔壁的吸附證實圖8

ShanghaiUniversity3、潤濕性變化圖9巖心表面

ShanghaiUniversity圖10柴油處理后的巖心表面

ShanghaiUniversity圖11低濃度納米液

ShanghaiUniversity圖12中等濃度納米液（148.1°）

ShanghaiUniversity圖13滾動的水滴

ShanghaiUniversity4、降壓實驗－－巖心驅替：四塊巖心，滲透率提高最大60％，平均47％。

ShanghaiUniversity可以看出：1、納米顆粒可以突破水膜與孔壁強力吸附。產生這種吸附的動力源有待深入研究。2、納米吸附為單層和多層吸附；3、納米顆粒有團聚；4、納米顆粒吸附后的孔壁由親水轉變?yōu)閺娛杷?、巖心流動實驗證實了納米顆粒吸附可以降低巖心孔道的流動阻力。

ShanghaiUniversity疏水表面＋一定的粗糙度可以較大幅度降低流動阻力[1]CéCileCottin-Bizonne,Jean-LouisBarrat,Lydéricbocquet.low-frictionflowsofliquidatnanopatternedinterfaces.NatureMaterialLetters.2003,2:237-240.[2]WatanabeK，Yanuar，UdagawaH．DragreductionofNewtonianfluidinacircularpipewithhighlywater—repellentwall．JFluidMech．38l：225-238,1999.5、降壓機理：

ShanghaiUniversity天然超疏水表面研究新進展（高雪峰、江雷）

ShanghaiUniversity超疏水表面的成功構建148.1°

146.4°

97.3°

ShanghaiUniversity感謝錢躍竤教授提供本資料

ShanghaiUniversity水流滑移

ShanghaiUniversity水流滑移的測量DirectMethod:ParticleImageVelocimetry(PIV)Near-fieldlaservelocimetryusingfluorescencerecovery.Fluorescencecross-correlations

最大滑移量：1μm

Indirectmethod:PressureDropVersusFlowRatemethod[7,8]DrainageVersusViscousForcemethod[9]

最大滑移量：

2.5μm

EricLauga，Microfluidics:TheNo-SlipBoundaryCondition

ShanghaiUniversity滑移長度計算公式：

ShanghaiUniversity

ShanghaiUniversity感謝錢、郭兩位教授

ShanghaiUniversity初步LBM模擬(D2Q9)：SlipLength:0.102μm

ShanghaiUniversity給定流速下的壓降梯度：

ShanghaiUniversity三、結論：1、納米降壓增注技術有其內在的科學性。2、納米降壓增注技術的機理可以初步歸結為：納米顆粒在巖心孔道內在多種力的作用下突破水膜與井壁形成強力吸附，并使孔壁表面的潤濕性由親水轉變?yōu)閺娛杷?，在孔壁形成水流滑移，從而降低水流阻力?、納米降壓增注技術有待進一步探索和實踐，但可以肯定的是，其將是解決低滲油田注水壓力偏高問題的一個可行方法。

ShanghaiUniversity需要探索的內容1、根據地層物性確定納米顆粒指標，進行納米材料研制；2、研制納米分散液；3、進一步探索納