纳米聚硅材料降压效果实验研究

黄贵花，杨文博，贾红娟

(延长油田股份有限公司 勘探开发技术研究中心，陕西 延安 716001)

0 引言

目前我国大部分低渗透油田都进入到开发中后期, 由于油藏物性条件差, 导致注水开发难度逐年增大, 注入压力偏高, 注水井注入量较低, 严重制约了油田的发展[1]。国内外学者有针对性地开展了大量水井降压增注研究工作, 形成了系列降压增注工艺技术, 概括起来主要有化学降压增注技术、物理降压增注技术以及物理+化学复合降压增注技术, 但都不同程度的存在环境污染、成本高等问题, 效果并不理想[2-4]。纳米聚硅材料作为一项新兴的无污染材料，为解决这一问题提供了新的思路。在合适的溶液中，纳米聚硅材料能够迅速均匀分散并悬浮，纳米聚硅乳液注入地层后遇盐破乳，纳米聚硅颗粒从乳液中释放出来，进入岩石孔隙后，吸附于岩石孔隙内表面，驱赶走水化膜[5-7]。由于纳米微粒的表面效应，纳米粒子表现为强憎水，当吸附在岩石表面后，会排斥岩石孔隙表面的水，使岩石润湿性发生改变，由亲水性转变成亲油性，进而提高水相的相对渗透率，使得注水井注入压力降低，注入量升高[8-10]。

1 实验

1.1 材料准备

选取纳米聚硅材料(纳米聚硅颗粒主剂A及辅剂B)；NaOH碱片；选取长2.5～9.0 cm、直径2.5 cm且经过洗油、洗盐、饱和过后的天然岩心；蒸馏水、乙醇、氯化铵(分析级)；DSA25接触角测定仪，美国ISCO驱替泵及其他岩心流动性驱替相关实验器材，如图1所示。

图1 美国ISCO泵实物图Fig.1 Physical picture of ISCO pump in USA

1.2 纳米聚硅液制备

在1 L蒸馏水中加入NaOH碱片1.2 g，边搅拌边升温至50 ℃后加入0.7 g辅剂B，待搅拌均匀，再加入1.8 g纳米聚硅颗粒主剂A，继续搅拌升温直至80 ℃以上，待到溶液变为澄清透明，冷却后即可完成纳米聚硅乳液的配制。

1.3 实验步骤

1.3.1 润湿角的测量

1)取4块天然岩样并切片，将其放在60 ℃以下1∶1乙醇和水的混合溶液中浸泡1 h以上，取出烘干。将切片岩样放置在DSA25接触角测定仪上，测量纯水在其表面的接触角为处理前接触角；

2)将上述4块切片岩样放在经过破乳后的纳米聚硅乳液里浸泡48 h后，使切片岩样充分吸附纳米聚硅颗粒，用牙刷将岩心片表面刷净，测量水滴在吸附了纳米聚硅颗粒后的切片岩样表面的接触角为处理后的接触角。

1.3.2 纳米聚硅材料降压效果室内实验

1)在恒温箱升温至50 ℃的实验条件下，用3%氯化铵盐水驱替岩心，记录不同注入孔隙体积倍数和入口端压力；

2)当注入50倍孔隙体积后，注入1.0倍孔隙体积倍数自来水作为隔离液，注入0.18%纳米聚硅乳液1.0～1.5倍孔隙体积倍数，关闭岩心两端的阀门，将温度升至70 ℃并放置72 h，待纳米聚硅乳液破乳后纳米聚硅颗粒咐附在岩样孔隙壁面；

3)清洗注水管线及岩心端面，用3%氯化铵盐水驱替岩心至压力稳定，同时记录不同驱替孔隙体积倍数和入口端压力，分析比较注入纳米聚硅材料前后入口端压力的变化情况。

2 结果分析

2.1 纳米聚硅材料对岩样的亲油性分析

低渗透油藏受长期注水影响，液流对注水井近井地带的机械冲刷作用不断增强，注入水长期冲洗油藏岩石表面，使岩石表面油湿部位吸附的油膜脱落，岩石的宏观润湿性转变为亲水性。未经纳米聚硅材料处理前，为了模拟注水井注水开发中后期地层的润湿性，4块岩样经过处理后都恢复成了实时岩石本身的亲水特性，润湿接触角都小于45°，如图2所示。

图2 岩样切片纳米处理前润湿性测定图像Fig.2 The image of wettability measurement of rock sample slice before nano-processing

为研究纳米聚硅材料对岩石润湿性的影响，对4块岩样进行纳米乳液浸泡处理，并测量水滴在吸附了纳米聚硅颗粒后的切片岩样表面的接触角，如图3所示。可以看出，4块切片岩样经纳米聚硅乳液浸泡处理后润湿接触角均有不同的改变(95.35°～140.65°)，平均润湿接触角为117.96°，如表1所示。

图3 岩样切片纳米处理后润湿性测定图像Fig.3 The image of wettability determination of rock sample slices after nano-processing

表1 润湿性测量

由表1可以看出，4种不同渗透率水平的岩样，经过纳米聚硅材料处理后，润湿接触角均发生较大改变，表现出随着渗透率的减小，润湿角变化值增大的趋势，润湿接触角平均变化值为89.61°。依据表2所示[11]润湿性分类标准，纳米聚硅体系具有润湿反转的作用，能将岩样从亲水性向亲油性转变，进而减小孔隙缩径产生的渗透率伤害。

表2 润湿性分类表Table 2 Classification of wettability

2.2 纳米聚硅材料降压增注实验效果分析

为研究纳米聚硅材料对岩样的降压效果，选取了6块不同物性的岩心做纳米聚硅材料降压增注实验，以注入倍数为横坐标、注入压力为纵坐标，绘制纳米材料处理前后的注入倍数与注入压力的曲线图，如图4所示。

图4 纳米聚硅材料降压效果前后对比图Fig.4 Comparison of depressurization effect of nano-polysilicon

通过图4可以看出，纳米聚硅材料对不同渗透率水平的岩样具有不同的降压效果，其中对YC-8岩样的降压效果最明显，降压幅度为36.5%，对YC-10岩样没有明显的降压效果。对纳米聚硅材料处理前后的岩样的降压实验效果进行统计，计算得到不同物性条件岩样的降压幅度，如表4所示。

表4 纳米聚硅材料降压效果统计表

对比分析图4和表4可以看出，渗透率为1.51×10-3～5.14×10-3μm2的岩样纳米聚硅材料降压效果较好，其中渗透率为2.63×10-3μm2时效果最好。对渗透率为8.86×10-3μm2的岩样作用效果较低，同时该材料不适用于渗透率低于0.56×10-3μm2的岩样。其中最高降压幅度36.5%，最低降压幅度1.69%，平均降压幅度22.16%。若仅考虑作用效果较好的岩样的降压效果时，则平均降压幅度为27.7%，变化为18.2%～36.5%。

实验结果说明纳米聚硅材料可以降低注水井注入压力，但具有一定的有效性和适用性。在长期的注水开发过程中，孔隙壁面吸附有一定厚度的水膜，占据一定的孔隙截面。但渗透率高于8.86×10-3μm2的渗透性较好的岩样整体上具有孔隙及孔喉较大、连通性好的特点，与孔隙截面相比，吸附水膜的缩径作用对流体的限、阻流作用有限。当纳米聚硅材料注入地层后，虽然也能降低吸附水膜，但对液流的流动能力改善幅度不大，故纳米聚硅颗粒对渗透性较好岩样的降压效果一般[12-13]。

对于渗透率低于0.56×10-3μm2的岩样来说，其孔隙结构过于复杂，孔隙及孔喉细小，连通性较差，孔隙迂曲度大。受制于复杂孔隙通道，纳米聚硅颗粒在岩样中的流动能力和流动范围受限，容易发生团聚并在喉道处堆积造成堵塞，引起注入压力上升[14-16]，因此纳米聚硅材料对该类岩样的降压效果不明显。

只有对于渗透率为1.51×10-3～5.14×10-3μm2的岩样，其大中孔隙及孔喉偏多，连通性较好，润湿性总体偏亲水，纳米聚硅颗粒对吸附水膜去除作用明显，故对压力降低的影响较大。

3 结论

1)纳米聚硅材料具有润湿反转的作用，能将岩样的亲水性转变为亲油性。

2)对6块岩样开展了纳米聚硅材料降压效果的实验评价，结果表明该材料可以较好地降低注水压力，但具有一定的有效性(有效率为83.3%)和适用性。对渗透率为1.51×10-3～5.14×10-3μm2的岩样作用效果较好，对渗透率为8.86×10-3μm2的岩样作用效果较低，同时该材料不适用于渗透率低于0.56×10-3μm2的岩样。仅考虑降压有效的岩样时，该材料的平均降压幅度为22.16%，变化为1.69%～36.5%。

3)纳米聚硅颗粒经配制成为纳米聚硅乳液后，注入0.18%纳米聚硅乳液1.0～1.5倍孔隙体积倍数，可以对注入储层起到润湿性反转或改善的作用，增强储层岩石的亲油性并降低吸附水膜，扩大孔隙的有效流动半径，降低流动阻力。