改性SiO2纳米颗粒稳泡机理及渗流特征研究

摘要

随着石油资源的日渐短缺，水驱后的残余油成为目前油田开发的重要目标，为了提高采收率，国内外相继开发了一系列驱油新技术和新工艺，如表面活性剂驱、聚合物驱等，其中泡沫流体驱油技术是一项重要的提高采收率的手段。但是由于泡沫是热力学不稳定体系，其稳定性制约了在油田的应用。 鉴于此，本文采用实验手段研究了 SiO2纳米颗粒和表面活性剂协同稳定的泡沫体系以及该泡沫体系在岩心中的渗流规律。利用Warning Blender方法测量了，不同疏水类型SiO2纳米颗粒和阴、阳、非表面活性剂复配体系的泡沫性能。其中亲水SiO2纳米颗粒可与CTAB形成协同稳泡效应，但是该协同效应较弱；SiO2/C12E4体系虽然能够提高复配体系的泡沫稳定性，但是该协同作用主要源于复配体系粘度的提高；疏水 SiO2纳米颗粒可与 SDS 复配显著提高泡沫的稳定性，二者有可能产生协同效应稳定泡沫，且SiO2/SDS泡沫体系具有较好的耐温和耐盐性能。利用Tracker全自动界面流变仪测量了不同疏水性质的纳米颗粒与表面活性剂的气液界面性质，分析了纳米颗粒对体系表面张力和界面扩张粘弹模量的影响，并与泡沫的稳定性相关联。实验结果表明：SiO2纳米颗粒不能有效降低表面张力，且加入 SDS 后，由于部分表面活性剂分子吸附到颗粒表面，导致SiO2/SDS泡沫体系的表面张力低于相同浓度下的纯SDS溶液的表面张力；在适量的SDS 浓度下，表面活性剂分子吸附到颗粒表面后可以增强颗粒表面的活性，有助于颗粒在气液界面上的吸附，改变了颗粒的界面层的结构，从而使扩张粘弹模量增强，SDS 浓度过大或过小均不利于泡沫的稳定性；强疏水 SiO2纳米颗粒和表面活性剂制备的泡沫比相同条件下弱疏水颗粒制备的泡沫稳定性强。微观可视化模型实验结果表明，由于水油流度比较高，导致水驱时波及系数较低，模型中含油饱和度较高；当SiO2/SDS泡沫驱时，由于泡沫稳定性增加，增强了泡沫的封堵和调剖作用，而泡沫界面扩张粘弹模量的增加，使泡沫在流动过程中对壁面油挤压，迫使其变形、流动并被驱替出来，因此采收率比水驱、表面活性剂驱以及SDS泡沫驱高。岩心驱替实验结果表明，SiO2/SDS泡沫在地层中不容易破裂，具有良好的封堵、调剖和驱油效果，且 SiO2浓度越高，效果越好，但是当SiO2颗粒浓度超过1.5wt%后，采收率的增长速度变慢。在岩心驱替过程中，纳米颗粒在岩心中的滞留量以及对岩心的伤害随着岩心渗透率的增加而逐渐减小。在注入前后，泡沫体系的起泡体积变化不大；产出液的析液半衰期一直小于原液的析液半衰期。但随着渗透率逐渐增加，二者之间的差距也在逐渐缩小。

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