纳米聚硅材料在低渗致密油藏开采中的应用基础研究

摘要

低渗致密油藏岩石埋藏致密，孔隙喉道细小，孔隙度低，渗透性很差，油井一次采收率低，其有效开采一直是世界性难题。通过储层改造和岩石表面改性等手段能够提高低渗致密油藏注水开采效率，纳米降压增注技术是一种新型低渗油藏岩石表面改性降压增注技术。近年来，河南大学研发了系列疏水性纳米聚硅（二氧化硅），在低渗油藏注水开采过程中具有很好的降压增注效果。在前期研究基础上，本文进一步制备了常温下水分散的超疏水纳米聚硅降压增注剂，并建立了化学破碎纳米聚硅的方法和技术。同时，以疏水纳米 SiO2改性石英砂，制备了具有高导流能力的石英砂压裂支撑剂。主要研究内容及研究结果包括以下几个方面：
　　1、利用激光粒度分布仪、透射电子电镜、场发射扫描电子显微镜、光学接触角仪、多功能岩芯驱替实验装置等分析测试手段，研究了NPS-W型水基纳米减阻增注剂在水中的相分散和相分离行为。同时建立了一种化学破碎纳米聚硅微粒的方法和技术，通过化学破碎和微乳液稳定技术，可实现对纳米聚硅微乳液的粒径调控。考察了温度、浓度、时间、压力等因素对水基纳米聚硅在岩石表面吸附行为的影响及其在低渗油藏中的减阻增注行为，探索了化学疏水和结构疏水的作用机理。讨论了NPS-W水基纳米聚硅微乳液多次注入对水相渗透率的影响，考察了润湿性对注水临界驱动压力的影响，为水基纳米聚硅在低渗致密油藏中的可控应用提供理论基础。
　　2、NPS-W水基纳米聚硅增注剂为白色粉末，使用过程中需要80℃高温配液，对现场施工造成了一定的困难。本文制备了一种高浓度小粒径纳米聚硅乳液（记为NPS-L），可在常温下稀释得到澄清透明的纳米聚硅增注剂，稳定性好，平均粒径为6～7 nm。利用人造岩芯和长庆油田天然岩芯进行驱替实验评价，结果表明，NPS-L型纳米聚硅乳液在超低渗和特低渗岩芯中降压增注效果明显，具有长效降压增注作用，该产品已在长庆油田试井。
　　3、利用傅里叶变换红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪等测试手段对疏水性NPS-Z、水基NPS-W和NPS-L增注液所分离出的纳米聚硅微粒进行了对比分析，发现NPS-W和NPS-L疏水性纳米聚硅微粒表面裸露出来更多的活性羟基，比表面积增加一倍以上，具有类似于表面活性剂的两亲性和相转移功能。这种特殊结构的双亲性纳米微粒具有选择吸附性：极性端能够与强极性的岩石表面发生高效吸附，非极性端裸露在外，形成疏水性表面，提高纳米微粒对岩石表面的改性效果。同时双亲性纳米微粒所具有的运移、乳化、吸附等特性，使其有望作为功能化合物载体和高效驱油材料。
　　4、压裂技术是利用高压将液体泵入地层而形成岩层裂隙，石英砂作为支撑使其不因应力释放而闭合。本文采用表面修饰技术，利用疏水性纳米二氧化硅制备了疏水亲油性石英砂支撑剂。探讨了纳米 SiO2与石英砂之间的作用机制，研究了温度、时间、浓度等因素对其作用强度的影响。通过模拟填砂管驱替实验发现，该改性石英砂支撑剂具有优异的水相导流能力，水相流量提高112.9％。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 低渗致密油藏的基本状况

1.3 低渗致密油藏储层岩石润湿性

1.4 低渗致密油藏的降压增注增注技术

1.5 选题意义及主要研究内容

参考文献

第二章 NPS-W型水基纳米聚硅降压增注应用基础研究

2.1 实验部分

2.2 水基纳米聚硅微乳液的相分散与相分离行为研究

2.3 NPS-W在砂岩表面吸附行为的研究

2.4 表面结构对疏水效果的影响

2.5 增注次数对岩芯降压增注效果的评价

2.6 本章小结

参考文献

第三章 NPS-L型纳米聚硅乳液的制备

3.1 实验部分

3.2 纳米聚硅乳液的结构表征

3.4 NPS-L型纳米聚硅乳液的性能评价

3.5 双亲性纳米微粒的形成机制研究

3.6 本章小结

参考文献

第四章 表面改性压裂支撑剂的制备及其性能评价

4.1 实验部分

4.2 功能支撑剂的形成机理研究

4.3 表面改性石英砂支撑剂润湿性影响因素研究

4.4 处前后表面形貌的对比

4.5 石英砂支撑剂导流能力的评价

4.6 本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 问题与展望

个人简历

硕士期间科研成果

致谢