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低界麵張力納米流體提高低滲透油藏壓裂滲吸速率和采收率（三）
來源：油田化學 瀏覽 356 次 發布時間:2024-12-06
2.5低張力納米流體的滲吸采收率
為了研究滲吸過程中的驅動力，Schechter推導了毛管數和重力比的宏觀參數，即反邦德數NB-1：
式中：σ—油水界麵張力，mN/m；φ—多孔介質的孔隙度，%；K—多孔介質的滲透率，10-3μm2；Δρ—油水密度差，g/cm3；H—多孔介質的高度，cm；C—與多孔介質的幾何尺寸有關的常數，圓形毛細管為0.4。
NB-1為滲吸機理判別參數，式中沒有考慮岩石潤濕性。NB-1＞5時，毛管力在滲吸作用中起主導作用；1＜NB-1＜5時，重力和毛管力同時起作用；NB-1＜＜1時，重力起主導作用。
為驗證TPHS活性納米流體在滲吸采收率的應用，采用靜態滲吸實驗開展TPHS及常見表麵活性劑複配溶液滲吸效果對比研究，岩心的基本物性參數見表2，不同體係與原油間的界麵張力、所計算的反邦德數和滲吸采收率結果見表3，結果表明在滲吸過程中毛管力起主導作用。
表2岩心物性參數
表3不同滲吸體係的滲吸采收率
親油性岩石發生滲吸的前提條件是潤濕性反轉，使毛管力的方向與水的吸入方向相同。J-11岩心實驗中重力和毛管力同時起作用，放入岩心後不出油，滲吸液一直呈渾濁狀態，直至一年後才開始出油。其餘5組實驗中毛管力起主導作用，S-12岩心滲吸過程呈逆向滲吸的特點，滲吸開始後岩心介質表麵有油滴析出，油滴較小並有拉絲現象，油滴主要集中在側麵，在12 h後岩心頂部有大量油滴析出，且體積較大。S-1岩心滲吸過程中，隻有岩心頂部有油滴析出，油滴體積較大。J-3岩心在滲吸過程中以順向滲吸為主，主要是岩心頂部緩慢出油；J-16岩心在滲吸過程中，出油情況與S-12岩心相似。5組活性納米流體實驗中，4組實現了出油。對於親油岩心發生滲吸的前提條件是潤濕性的改變，因此實驗證明活性納米流體能夠改變親油岩心的潤濕性，最終采收率大致隨著反邦德數增加而降低。
Zhang等通過對油水黏度取幾何平均、考慮岩心大小、形狀和邊界條件，給出特征長度LC的計算方法，Ma等基於特征長度LC定義了無因次時間td：
式中：t—滲吸采收時間，min；K—多孔介質的滲透率，μm2；—多孔介質孔隙度，1；μw—水的黏度，mPa·s；μo—油的黏度，mPa·s；LC—岩心的特征長度，在實驗條件下用岩心長度L和直徑D表示為
通過靜態滲吸實驗對比了不同滲吸配方體係在無因次時間條件下的滲吸采收率，如圖5所示，圖中斜率越大，表明水潤濕性越強。課題組前期研究發現，不同類型的表麵活性劑體係的滲吸采收率不同，陽離子雙子表麵活性劑12-2-12對岩心表麵油潤濕，在實驗周期內不出油，1年後才出油；以兩性甜菜堿表麵活性劑C12BE為主的滲吸配方體係使得岩心J-3表現為中性潤濕；以陰非離子表麵活性劑TPHS和AEC為主的滲吸配方體係使得岩心水潤濕，采收率較高。以合成的陰非離子表麵活性劑TPHS為主的滲吸配方體係具有最快的滲吸采油速率和最高的采收率。
圖5低張力納米流體滲吸體係在大慶低滲天然岩心中的采收率
通過J-13岩心與S-12岩心滲吸實驗的對比，由於低滲岩心滲吸較慢，在滲吸實驗的時間內，納米SiO2粒子的加入能夠提高采收率4.47%，其原理是納米粒子與表麵活性劑的潤濕協同作用。納米流體加入後滲吸采油速率更快。Wasam院士認為根據分離壓驅油機理，納米粒子處在油/水/岩石三相鍥形界麵處，低張力納米流體在鋪展流體邊界形成類似固體的有序組合體，在本體溶液中形成液體的分子有序組合體；低張力納米流體在油/水/岩石三相鍥形界麵處形成二維層狀自組裝體，這種自組裝結構形成了垂直於油水界麵的高於納米溶液本體的結構分離壓；納米流體界麵沿著油滴和岩石剝離的方向移動，最終使得油滴從岩石表麵脫附。
2.6低張力納米流體的強製滲吸驅油實驗
采用兩組長填砂管（孔隙度均為45.50%，滲透率均為700×10-3μm2，含油飽和度約60%）實驗對比了在低速驅替條件下的驅油體係0.1%TPHS+0.2%AOS和0.1%TPHS+0.2%AOS+0.05%納米SiO2的驅油效率，結果見圖6。在強製滲吸驅油過程中浮力、黏滯力和毛管力起作用；驅油過程可以描述為：初始階段是浮力起主導作用；隨著時間推移，采油速率降低並且達到平衡，這時浮力大小與毛管力與黏滯力的和相等，停止出油。圖中的含水率變化反映了油牆的突破和聚集；滲吸驅油實驗采用二次采油方式，在實驗條件相同注入量下，加入納米顆粒的低張力納米流體的驅油效率為75.1%，低張力表麵活性劑體係的驅油效率為62.4%，納米顆粒加入後表麵活性劑體係的驅油效率增加了12.7%；低張力表麵活性劑在注入量0.27 PV時水驅前緣突破（見水），而低張力納米流體在注入量0.4 PV時才突破見水；加入納米顆粒後，延遲了無水采油時間。含有納米顆粒的驅油體係的采出液有明顯的乳化現象，提高了驅替液的流度，納米顆粒和表麵活性劑在驅替前緣形成的Pickering乳液穩定了油牆，延遲了水驅突破。
圖6低張力納米流體的強製滲吸驅油效率對比
3結論
采用“一鍋煮”法合成了一種陰非離子表麵活性劑TPHS，具有合成時間短、產率高的特點，能夠有效降低油水界麵張力，並具有優良的耐溫抗鹽能力。
陰非離子表麵活性劑TPHS與陰離子表麵活性劑AOS複配後，與原油間的界麵張力達到更低的10-2數量級，且具有更高的濁點，拓寬了應用範圍。
少量納米SiO2顆粒與TPHS、AOS複配即可產生潤濕協同作用，提高滲吸速率和采收率，並能形成乳液穩定油牆，延長無水采油期。