纳米流体驱提高原油采收率的实验研究(汉语译文)

译自SPE-163335

纳米流体驱提高原油采收率的实验研究

摘要

在过去的十年里,全球石油研究人员已经开始为改善和提高原油采收率(IOR /三次采油)项目开展各种各样的纳米粒子实验，这种IOR /EOR三次采油在实验室规模范围内已经被公认为是一种很有前途的代表。选为这个研究的亲水硅纳米颗粒平均粒径是7纳米。纳米流体的合成使用合成储层盐水驱替。在这篇论文中，实验性研究已经完成利用纳米流体注入到几个亲水贝雷砂岩岩心栓评估原油采收率。

与纳米流体有关的注射方案进行了三个: 1)在二次采油恢复过程中的纳米流体驱替, 2)三次采油过程中盐水驱替 (盐水驱替之后纳米流体驱替的剩余油饱和度）， 3) 三次采油过程中的纳米流体驱替。合成油和盐水/纳米流体之间的界面张力(IFT)已经通过旋转滴法测量。它指出,当盐水驱中引入纳米颗粒时，IFT下降。

与盐水驱二次采油比较，纳米流体驱替在贝雷岩芯达到高出8％的原油采收率（初始油藏/ OOIP％）。纳米流体也降低2-13％的范围内的孔体积（PV）在核心规模的残余油饱和度。在注入方案2，从盐水中驱替的额外的石油采收率不到1％OOIP。三次采油，纳米流体驱替恢复额外的石油地质储量近2％。在我们的研究中IFT的减少可能成为恢复机制的一部分，我们的实验的基本结果表明，纳米流体驱替有更多潜在提高采收率的二次开采，三次采油技术。

简介

石油和天然气行业必须面对用常规技术来探索资源变得越来越困难的挑战。世界各地的大多数油田已达到总生产率接近衰退期的阶段。因此，当前的主要挑战是如何通过经济的提取更多石油是油气井废井延期。最新的全球产业创新趋势小型化和纳米材料，纳米粒子是纳米技术的一部分,大小通常小于100纳米，其规模远远小于岩石孔喉在微米大小，一个纳米粒子流体悬浮液，所谓的纳米流体，由纳米尺度颗粒分散在液体合成，例如水，油或乙二醇。

通过不断增加明确主题的出版物, 纳米流体IOR /EOR三次采油在过去的十年已经显示出了它的潜力,它促使我们去执行揭示了纳米流体在多孔介质恢复机制和性能的研究。我们专注于亲水性硅纳米颗粒(LHP)。米兰达等人(2012)已经

提到了使用硅纳米颗粒的好处。它是易于控制/修改的物理化学性质往好的方向发展的无机材料。它也可以轻松地从硅烷化与羟基或磺酸反应实现表面疏水性,亲水性的功能化。居等人(2006) 最初观察亲水性硅纳米颗粒在尺寸范围10 - 500 nm与纯水相比可以提高原油采收率约9%(LHP浓度0.02%每体积)。他们解释说，由于吸附LHP导致储集岩的恢复机制涉及润湿性改变。此外，他们还阐述在纳米流体驱替中孔隙度和渗透率的砂包减值。

如今Wasan and Nikolov(2003),Chengara 等人(2004),Wasan等人(2011)和Mc.Elfresh等人(2012)已经用结果表明使用纳米粒子的石油采油机制，它是与在玻璃表面(固体)、油相和水相之间由于不平衡的界面张力液体在一个基底上沿表面蔓延的能力有关。他们一直在研究如果他们的液-液系统中存在一个可以改变界面的离子表面活性剂那么在水相中分散的纳米颗粒可以改变界面性能。它引起的楔膜将从形成表面分离地层流体，如油，石蜡，水和气体（Mc.Elfresh 等人，2012年）。在散装液体水压力的带动下，纳米流体是单层颗粒沿表面传播。Mc.Elfresh等人(2012)也研究了相关的由硅纳米颗粒纳米流体作为表面活性剂的润湿剂、破乳剂、表面张力还原剂在最小的接触角,强烈增强接触除去流体能力诸如石油、石蜡和聚合物残留物,使之只有基底亲水。

这项研究是研究纳米粒子输送通过玻璃微模型输送(Hendraningrat,2012)和贝雷核心插头岩性损害(Hendraningrat,2013)之后的连续阶段。基于这些研究,纳米流体浓度范围建议为0.01 ~ 0.05重量%因为他们给了岩性最小损害和在注射纳米流体之前以及之后的相对稳定压差。本研究旨在探讨采油,认识油气恢复机制以及为与纳米流体有关的三个注射方案的执行找到一个好的模拟场景:1)二次开采中纳米流体驱替,2)盐水驱替强化采油过程(纳米流体驱替后的残余油饱和度),和3)纳米流体驱替第三次采油过程。

实验

材料

被使用的一个亲水性纳米颗粒(LHP)平均单粒子尺寸7nm。这是购自赢创工业集团并且包含二氧化硅≥99.8%,铝氧化物(氧化铝)≤0.05%,二氧化钛(二氧化钛)≤0.03%,氢氯(盐酸)≤0.025%和氧化铁(Fe2O3)≤0.003%。这个LHP有酸度与pH值的范围从3.70到4.70。它已经比表面积约300平方米/ g。这些数据来自产品信息。这个LHP被说明在蔡司上55 VP低真空扫描电子显微镜(SEM)下和规模为200 nm和通过Nanosight测量纳米颗粒在盐水分布分散如图1所示。它表明纳米粒子在范围21- 40nm里最有可能在76.5%左右。

人造盐水处理油藏是基液溶液介于氯化钠(氯化钠)3.0重量%和去离子水两者之中。盐水的密度为1.008克/立方厘米,粘度1.0 cP和pH值6.76 以及21.4摄氏度。密度和粘度测量分别使用比重瓶和毛细管粘度计。这盐水对纳米颗粒也用作分散液。合成石蜡油是用于对界面张力测量和注水开发实验。它有密度和粘度约0.803克/立方厘米和1.96 cP分别。

重量浓度为0.01和0.05重量%的纳米流体是用盐水和LHP制成。这些浓度是基于Hendraningrat建议(2013)。纳米流体的合成使用高速电磁搅拌3 - 4分钟,接着超声发生器在40%幅度作用3 - 5分钟。表1显示了在周围条件下测量的盐水和各种浓度纳米流体的流体性质

孔隙介质

这个研究用到了几个亲水贝雷砂岩芯栓。测量的平均孔隙度和盐水绝对渗透率分别是大约23%和375 mD。岩芯栓经甲醇消毒后用索氏提取器通过65 - 70摄氏度并在烤炉加热70 oC 6小时。孔隙度和渗透率分别用氦孔隙度仪和液体哈斯勒渗透仪测量。测量的尺寸和平均岩石物理性质在初始条件表2中列出。

Hendraningrat 等人(2013)对从润湿的贝雷砂岩取下的相似大小的岩心栓块进行了矿物元素分析 (见图2)。该分析是使用能散X射线谱仪(EDS)。这个方法是基于分散的x射线的能量和反映目标矿物的表面同化 (LAKE,1989)。它表明岩心栓以二氧化硅和氧作为主导被认为构成砂岩最多的矿物质。Abbasi等人(2011)报道岩心栓含粘土矿物类型是众所周知的非膨胀性粘土。Hendraningrat