气湿性纳米SiO2颗粒的研制及性能研究

摘要

低渗气藏在等温降压开发过程中，当井底压力低于气相的露点压力时，气相会凝结成液相聚集在井筒附近的区域，造成气井产能严重下降。气润湿反转技术是一项新增产技术，但现有气湿反转剂对油藏岩石表面润湿性的反转能力有限，仅能将岩心表面润湿性由液湿性反转为中性气湿。本文借助纳米材料表面修饰技术制备出强气湿性纳米材料，实现岩心表面的强气湿反转，阐述了含氟有机物及其表面修饰纳米材料的气湿反转机理，并对水相和油相在气湿性多孔介质中的流动规律进行了分析。 论文首先优选及合成了两种用于气湿反转的含氟有机物，评价了含氟有机物对岩心表面气湿性的影响。结果表明，非离子型含氟表面活性剂FG40和含氟聚合物FP-2可将岩心表面润湿性由液湿性反转为气湿性或中性气湿。相比含氟聚合物，含氟表面活性剂可在高温140℃、高价无机盐浓度（10000mg/L）和pH值1~10范围内保持良好的气湿性，表现出了更好的气湿反转、耐温、耐盐及耐酸碱性能。用扫描电镜观察了含氟有机物对岩心表面形貌的影响，FG40分子在岩心表面形成粗糙的吸附层，FP-2分子则以“蛋状”乳胶微粒的形式吸附在岩心表面形成一层“溶洞状”吸附层。 使用优选出的含氟表面活性剂FG40和含氟聚合物FP-2制备出气湿性表面修饰纳米SiO2颗粒，并用FTIR进行了结构表征，研究了气湿性纳米颗粒对岩心表面润湿性的影响。结果表明，FG40表面修饰制备的气湿性纳米SiO2颗粒具备更强的气湿反转能力，水相和油相在岩心表面接触角由未处理时的23°和0°分别增至152°和127°，自吸实验表明气湿反转可有效降低岩心自吸量。扫描电镜和X-射线能谱仪测试结果表明，气湿性纳米颗粒呈“葡萄状”吸附于岩石表面，且岩心表面检测出氟元素，粗糙的葡萄状吸附层和极低的表面能是气湿性纳米SiO2颗粒具备强气湿反转能力的关键因素。 通过微观可视化驱替实验研究了气湿性纳米SiO2颗粒对多孔介质中水相和油相运移规律的影响，结果表明，气湿性纳米SiO2颗粒在多孔介质表面吸附，将其润湿性由液湿反转为气湿，非连续性液滴在气湿性多孔介质表面上的接触角大于120°，有效改善水油在多孔介质中的流动性能。气湿性纳米SiO2颗粒可将多孔介质中的含水饱和度和含油饱和度由33.23%和55.02%分别降至20.77%和29.12%。

目录

声明

论文创新点摘要

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 气润湿提高油气采收率机理简介

1.3 国内外研究现状

1.3.1 纳米流体提高采收率及表面修饰研究现状

1.3.2 纳米材料的微观效应

1.3.3 纳米SiO2 的合成及表面修饰研究进展

1.3.4 乳液聚合制备含氟聚合物

1.3.5 润湿性的评价方法

1.3.6 润湿反转在石油行业中的应用

1.4 论文主要研究内容

1.4.1 课题拟解决的关键问题

1.4.2 课题拟采取的技术手段

第二章 含氟有机物对岩心表面气湿反转性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 主要材料与仪器

2.1.2 实验方法

2.2 含氟表面活性剂对岩心表面气湿反转性能研究

2.2.1 非离子型表面活性剂FG40

2.2.2 阴离子型表面活性剂FG90

2.2.3 阳离子型表面活性剂FG150

2.2.4 含氟表面活性剂对岩心表面能的影响

2.2.5 含氟表面活性剂气湿反转影响因素研究

2.3 含氟聚合物对岩心表面气湿反转性能研究

2.3.1 单体摩尔比的影响

2.3.2 含氟聚合物对岩心表面能的影响

2.3.3 含氟聚合物气湿反转影响因素研究

2.4 含氟有机物处理后岩心的自吸性能研究

2.5 含氟有机物对岩心表面形貌的影响

2.6 本章小结

第三章 气湿性纳米SiO2颗粒的制备及气湿反转性能评价

3.1 实验部分

3.1.1 主要材料与仪器

3.1.2 实验方法

3.2 气湿性纳米SiO2颗粒的制备

3.2.1 纳米SiO2颗粒的制备

3.2.2 FG40 表面修饰SiO2 颗粒的制备

3.2.3 FP-2表面修饰SiO2颗粒的制备

3.3 气湿性纳米SiO2颗粒的表征

3.3.1 FTIR

3.3.2 SEM

3.3.3 TEM

3.3.4 EDS

3.4 气湿性纳米SiO2颗粒气湿反转性能评价

3.4.1 FG40表面修饰纳米SiO2颗粒的气湿反转性能

3.4.2 FP-2表面修饰纳米SiO2颗粒的气湿反转性能

3.5 气湿性纳米SiO2颗粒处理后岩心的自吸性能研究

3.6 气湿性纳米SiO2颗粒的气湿反转作用机理

3.7 本章小结

第四章 气湿性多孔介质微观驱替实验研究

4.1 实验部分

4.1.1 主要材料与仪器

4.1.2 实验方法

4.2 气润湿反转对多孔介质中水的影响

4.2.1 气润湿反转对含水饱和度的影响

4.2.2 多孔介质中含水饱和度随时间的变化

4.2.3 水在气湿性多孔介质中运移规律

4.3 气润湿反转对多孔介质中油的影响

4.3.1 气润湿反转对含油饱和度的影响

4.3.2 多孔介质中含油饱和度随时间的变化

4.3.3 油在气湿性多孔介质中运移规律

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的学术成果

致谢

作者简介