納米降壓增注機(jī)理研究

納米降壓增注機(jī)理研究

上海大學(xué)：狄勤豐

ShanghaiUniversity將納米攜帶液注入地層，關(guān)井24～48小時(shí)，讓納米顆粒吸附到巖心孔壁，隨后進(jìn)行正常注水。

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

ShanghaiUniversity一、問題的提出：有一個(gè)觀點(diǎn)：

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(nèi)表面水化層對(duì)水的吸附阻力，注水起動(dòng)壓力梯度相當(dāng)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(tǒng)設(shè)備可能要更換，增加投入；2、降低注入水流動(dòng)阻力－－方法？利用納米材料來進(jìn)行降壓增注作業(yè)：

俄羅斯對(duì)該技術(shù)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(yàn)效果良好。國內(nèi)中石化集團(tuán)公司在2000年從俄羅斯引進(jìn)該技術(shù)，試驗(yàn)12口高壓欠注井，并開展了相關(guān)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。中石化集團(tuán)公司下屬企業(yè)與有關(guān)院校合作，采用“仿制”的方法研制出了納米產(chǎn)品，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，部分有效。

ShanghaiUniversity試驗(yàn)效果：

ShanghaiUniversity俄羅斯產(chǎn)品（泡雷希爾）的宣傳用語：

ShanghaiUniversity泡雷希爾具有極強(qiáng)的憎水親油性和很大的比表面積：1）、將吸附在孔隙內(nèi)表面的水膜趕走，從而有效地?cái)U(kuò)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(dòng)阻力；3）、避免了水化現(xiàn)象的發(fā)生，阻礙泥土顆粒的膨脹和擴(kuò)散。問題：

ShanghaiUniversity1）、既然有水膜，那么具有極強(qiáng)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(jī)理？因此，納米降壓增注機(jī)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(qiáng)力吸附的本質(zhì)；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(dòng)阻力？二、納米降壓增注機(jī)理研究

ShanghaiUniversity1、納米材料研制；2、吸附證實(shí)；3、潤濕性改變；4、降壓實(shí)驗(yàn)；5、降壓機(jī)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(shí)－－能否突破水膜？（1-5，3000）（2-7）

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

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

ShanghaiUniversity納米顆粒與孔壁的吸附證實(shí)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(dòng)的水滴

ShanghaiUniversity4、降壓實(shí)驗(yàn)－－巖心驅(qū)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?？梢酝黄扑づc孔壁強(qiáng)力吸附。產(chǎn)生這種吸附的動(dòng)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(tuán)聚；4、納米顆粒吸附后的孔壁由親水轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)疏水；5、巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了納米顆粒吸附可以降低巖心孔道的流動(dòng)阻力。

ShanghaiUniversity疏水表面＋一定的粗糙度可以較大幅度降低流動(dòng)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(jī)理：

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

ShanghaiUniversity超疏水表面的成功構(gòu)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(cè)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(jì)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(jié)論：1、納米降壓增注技術(shù)有其內(nèi)在的科學(xué)性。2、納米降壓增注技術(shù)的機(jī)理可以初步歸結(jié)為：納米顆粒在巖心孔道內(nèi)在多種力的作用下突破水膜與井壁形成強(qiáng)力吸附，并使孔壁表面的潤濕性由親水轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)疏水，在孔壁形成水流滑移，從而降低水流阻力。3、納米降壓增注技術(shù)有待進(jìn)一步探索和實(shí)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(gè)可行方法。

ShanghaiUniversity需要探索的內(nèi)容1、根據(jù)地層物性確定納米顆粒指標(biāo)，進(jìn)行納米材料研制；2、研制納米分散液；3、進(jìn)一步探索納