纳米聚硅降压增注剂
水基纳米聚硅乳液的制备及增注性能研究
中 图分 类 号 : 8 TB 3 3 文 献标 志码 : A 文 章 编 号 :0 8 1 1 ( 0 1 0 —0 2 —0 1 0 — 0 l2 1 )3 0 6 4
sb lt nd s a iiy,a d is p e a a i o e s wa i p e a d c l b e diy us d f n i iiy a t b lt n t r p r ton pr c s s sm l n ou d e r a l e or i — d t i l e o uc i n.The n no t r po y iia pa tc l t s wih a dim e e fa ut 0 m us rai d pr d to z a me e l slc r i u a e t a t r o bo 1 n we e s e d l s r e n wa e ,a d t t r b s d na ome e ol s lc a e s la l o r t a iy dipe s d i t r n he wa e — a e n t r p y iia l t x wa i b e t d — muliia in i he p e e c a t .Th O2na op r il e e a e i — m u s fc to ee sfc to n t r s n eofs ls e Si n a tcs g n r t d v a de e l iia i n
纳米减阻增注剂在低渗油田开采中的应用
北京奥友兴业
措施前 序号 1 2 3 4 井号 C6N21 FX102 C75-2 C26-42 G890X17 C41-4 C26-10 L212-2 C41X50 F151-5 F19-718 C27N2 C7-5 C32-10 F128-13 平均值 措施 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 增注 日期 2010-03 2010-07 2010-07 2010-09 2010-09 2010-10 2010-11 2010-12 2010-12 2011-01 2011-05 2011-05 2011-05 2011-07 2011-07 30 30.0 32.0 28.0 18.9 26.8 33.0 泵压 21 28 33 30 30 32 28 油压 21 26 33 28 30 32 21 25 29.5 30.0 32.0 27.0 19.0 26.0 33.0 27.5 11 0 10 46 42 6 0 13.3 日注 0 30 8 8 6 0 33 泵压 21 28 33 30 30 32 28 30 30 30 31.5 28 18.5 26.5 33
C4.52 C61 -1
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应用效果
增注措施前油压为6MPa,施工完毕正常开注后, 油压为1.2MPa ,注水量逐天上升。注水稳定后,平 均日注水量为原来的 21.5 倍,注水压力为8Mpa ,油 压为 0.5MPa ,日平均注量已达到 25.8m3 ,超过了该
30.0
36-204实施纳米聚硅增注措施前后效果对比 措施前 措施后
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3.3 延长油田吴起采油厂(XX-204 低渗 井)
纳米流体在三次采油中的应
纳米流体在三次采油中的应作者:戴紫梦来源:《华东科技》 2017年第12期近年来伴随着石油工业的发展,越来越多的国内外学者将纳米流体应用到三次采油中。
纳米流体是指将纳米颗粒分散到液体介质中得到的粒度小并且均匀的稳定分散体系。
在导热系数、黏度、对流传热等方面纳米流体比单相溶液展现出较大的优势,并且纳米流体应用比较广泛,在强化传热领域可作为一种换热工质,在石油化工领域可作为钻井液、水处理剂等。
能够形成纳米流体的纳米颗粒种类有很多,例如SiO2、TiO2、Al2O3、Ca2O3、Cu、CuO、Fe2O3、Ca3(PO4)2 等金属和金属氧化物纳米粒子。
上述颗粒尺寸均为纳米量级,比表面积较大,由于纳米颗粒表面存在大量的不饱和键,导致纳米流体大多处于热力学不稳定状态,此外范德华力、静电力等表面力的存在使纳米颗粒在溶液中易发生团聚,最终形成二次团聚结构,从而使纳米颗粒丧失了其独有的优势。
因此,如何设计颗粒稳定、分散的纳米流体是进行各项探索研究的基础。
纳米流体的制备影响纳米流体的因素有很多,例如温度、超声时间、溶剂pH 值、颗粒粒径等。
颗粒分散在液相介质中时一般分为三个阶段:润湿、解团聚以及纳米分散颗粒的稳定,其中液相介质分为水相体系与非水相体系。
制备相对稳定的纳米流体的方法一般分为物理方法和化学方法,物理方法常见方式有颗粒的机械粉碎、水浴超声分散等,化学分散则是通过向液相介质中加入一种或多种化学分散剂从而提高体系的稳定性。
如今研究的纳米颗粒为纳米量级,因此可通过胶体化学中的相关知识解决纳米颗粒分散所遇到的问题。
由于纳米颗粒表面能较高,易于相互团聚,可以通过改变外界条件在颗粒间建立一个能垒,从而抑制纳米颗粒的团聚,最终使整个体系保持动力学稳定性。
依靠纳米颗粒间的双电层斥力及静电相互作用便可建立这种能垒,在液相介质中所用纳米颗粒的稳定分散都可以通过建立类似的能垒实现。
胶体稳定介质的分散理论可分为三种, 分别是: 静电斥力稳定理论、空间位阻稳定理论和空缺稳定理论。
注水井纳米聚硅多元复合降压增注技术研究
在室温条件下准确量取 99mL模拟地层水,然 后加入一定量的阳离子双子表面活性剂,使用磁力 搅拌器搅拌至溶解均匀。加热至温度达到 65℃,精 确加入 1.0g纳米聚硅材料和一定量的助分散剂, 在 65℃条件下搅拌反应 2h。继续将反应温度升高 至 80℃,恒温反应 1h后,即得清澈透明的纳米聚硅 多元复合降压增注体系。
参照石油天然气行业标准 SYT5345-2007《岩 石中两相相 对 渗 透 率 测 定 方 法 》,采 用 非 稳 态 法 来 测定表面改性降压增注体系对相对渗透率的影响。 3.5 降压增注岩心流动实验
收稿日期:2018-03-28;修回日期:2019-01-10 基金项目:国家重大专项“盐间页岩油储层改造机理及增产技术研究”(编号:2017ZX05049003-010)。 作者简介:许定达(1986-),博士,目前在江汉油田博士后工作站从事油田化学方面研究工作。地址:(430000)湖北省武汉市口区古 田二路汇丰企业总部 5栋 B座,电话:17786402924,Email:672679964@qq.com
关键词:稠油油藏;注水井;表面活性剂;纳米聚硅材料;降压增注
DOI:10.3969/J.ISSN.1006-768X.2019.03.15
纯梁低渗透油田增注技术的应用
381 概述低渗透油田由于地层原始渗透率低,孔隙不发育且连通性差,地层中粘土矿物含量高,地层易水敏,使注入水在地层中难以扩散流动,在近井地带形成了高压区,造成了注水压力逐年上升,注水量逐年下降。
同时由于注入水的水质超标,注入水中含有大量无机和有机颗粒及注水井油套环形空间的死水区细菌滋生,腐蚀结垢造成堵塞,使注水井长期欠注,低渗透油田区块存在“注不进、采不出”的现象,影响了油田的开发。
因此,必须研究推广注水井低渗透油田增注工艺技术以解决目前低渗透油田存在的高压注水井欠注严重的问题,使低渗透油田注上水、注好水,提高油田的注水开发 效果。
2 低渗透油田伤害机理分析低渗透油田主要欠注原因有以下几点:2.1 微粒损害分外来和储层自身的两类。
微粒损害是油、水井损害的主要因素之一,通常发生在钻井、完井、修井、注水过程中,尤以注污水井悬浮物颗粒影响最为严重。
2.2 粘土膨胀膨胀性粘土矿物如蒙脱石等在外来流体侵入时,易发生膨胀,导致地层渗透率下降。
粘土膨胀在纯梁油区低渗透油田中普遍存在,是地层损害的主要因素之一。
2.3 结垢损害结垢损害由注入水水质不合格及入井液与地层流体、矿物不配伍等多种因素造成。
注清水井以碳酸盐垢为主,注污水井碳酸盐垢与硫化物垢并存。
2.4 酸化造成的损害包括酸渣及酸化产生的二次沉淀(如氟化钙、氟化铝、氢氧化铁、氟硅酸盐等),由酸化配方使用不合理造成。
2.5 地层启动压力高由于地层低孔低渗,造成地层启动压力过高,泵站压力无法满足注入压力要求,导致水井欠注。
3 纯梁采油厂低渗透油田增注技术的应用3.1 双重震源解堵技术双重震源解堵技术是以高压水流冲击推动滑块滑动和水力振荡产生双重振动作用于油层,通过高压水流向射孔段间歇喷射,使地层在纵波及横波作用下得以处理,该技术与酸化配合使用,应用于低渗透油田注水井由于结垢或后期污染造成的欠注井的增注,一方面可以同时处理多层需处理地层,避免了以往分层酸化不易实现的缺陷;另一方面,纯梁低渗透油田增注技术的应用孙治国(胜利油田纯梁采油厂工艺所,山东 滨州 256504)摘要:文章通过分析纯梁低渗透油田注水井的堵塞原因及堵塞程度,找到了影响不同类型水井注水的主要原因,针对性地实施了不同的增注工艺,取得了较好的效果。
聚硅纳米增注技术在临盘油田的试验应用_王长杰
聚硅纳米增注技术在临盘油田的试验应用X王长杰1,李 攀2,张 影1(1.胜利油田临盘采油厂;2.胜利油田作业四公司,山东临邑 251507) 摘 要:纳米降压增注技术为现河采油厂工艺所引进开发的新技术。
胜利油田拥有丰富的低渗油田储量,注水开发是低渗透油田的主要开发方式。
同国外低渗透油田采收率相比,胜利油区低渗透油田采收率偏低。
这主要是由于胜利油区主要低渗油田储层以中孔、小孔为主,喉道中值半径小于1.5L m,储层粘土矿物相对含量高,储层敏感性强,普遍存在注水压力不断上升、注水困难等问题。
因此,寻找降低注入压力、提高增注效果的材料和工艺措施成为低渗透油田注水开发的攻关目标之一。
关键词:降压;增注;聚硅纳米材料;试验;效果;盘2-39井 纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性。
这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点,以及其特有的三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
该技术适合于低渗透油藏注水井降压增注,具有效果显著、施工简单、无污染等优点。
通过小尺寸效用、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等多种纳米效应,聚硅纳米材料能够有效改善流体与岩石表面的动力学作用,从微观的层次上根本解决注入压力高或注水困难的问题,促进油田开发过程的注采平衡。
1 纳米材料原理SiO2利用C射线放射性激活的添加剂来进行化学改性的产品,它的离散颗粒尺寸在10~500nm。
它是具有极强憎水亲油能力的颗粒状白色粉末物质,其憎水率在99%以上。
通过它的这一特性可以实现降压增注。
2 纳米材料中的创新点聚硅纳米材料是以二氧化硅为主要成分的微小颗粒物质,其降压增注效应以物理作用为主,与其它油田化学剂相比,聚硅纳米材料的处理工艺相对简单,对地面和地层环境无任何污染。
在这个方面,俄罗斯已有先例,在国内,东胜石油开发公司、河口采油厂、临盘采油厂和中原油田先后利用俄罗斯生产的聚硅纳米材料处理12口注水井,起到了一定的降压增注效果。
注水井降压增注工艺的研究与应用
注水井降压增注工艺的研究与应用摘要:随着我国的经济在快速的发展,社会在不断的进步,针对注水开发的油田,为了提高水驱的开发效益,采取最佳的技术措施,达到油田开发的产能指标。
实施降压增注的工艺技术的研究和应用,降低注入设备的能量消耗,提高注入水的驱替作用效果。
关键词:注水井;降压增注;工艺;应用引言随着陆上油田低渗、特低渗油藏所占开发比重的逐年增加,此类区块注水井的高压欠注问题也日益突出。
截止到2009年底,江苏油田试采一厂低渗、特低渗油藏注水压力达到注水干线压力的高压欠注井已占正常开井数的37.1%。
为此,进行了注水井纳米增注技术的研究,并分别在低渗、特低渗油藏高压欠注井、层间矛盾突出的分注井上采用该技术进行了现场试验,在2009—2010年实施的施工井平均单井降压12.75MPa,增注2359.3m3,保障了低渗油藏注水开发工作的顺利进行。
1 注水降压增注的地面工艺技术措施油田注水开发过程中,需要合理控制注水的压力,保持油层稳定的吸水能力。
通过对注采井网的重新布局,实现水驱的运行通道,在油水井之间形成均匀的水线,避免因注入水发生单层突进的现象,从而影响到整个油井的驱替能量的分配,进而降低注水的驱替作用效果。
降压增注技术措施的应用,合理解决注水井的地层堵塞的问题,优选最佳的解堵剂,解除地层堵塞的状况,恢复地层的吸水能力,通过高效的注水方式,达到注水开发的产能指标。
优化注水工艺流程,对单井配水间到注水井的工艺流程进行优化,保持油层稳定的吸水能力,杜绝注入水发生窜流的现象,导致注入水的浪费。
结合油田开发后期的特点,实施降压注水工艺,通过降低注水的压力,相应地降低注水泵机组的能量消耗,提高注水设备的运行效率,降低注水开发油田的生产成本。
2 降压增注工艺1)一般降压增注工艺所谓一般降压增注工艺,就是采用光油管注水井原管柱,对生产注水井的所有注水层段,进行酸化处理,从而调整注水井整个吸水剖面,达到降压增注的目的。
纳米降压增注技术简介
Kro&Krw
0.6 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 Sw / % 80 100
Zh61-23井12-3号岩心
Zh19井9-3号岩心
随着含油饱和度下降,油相相对渗透率急剧下降,并很快降为零,水相相对渗透率上升缓慢
有一种观点: 水膜吸附阻力
低渗油藏中一部分注水压力来自于水湿岩石孔隙内表
试验12口高压欠注井,并开展了相关室内实验。
中石化集团公司下属企业与有关院校合作,采用 “仿制”的方法研制出了纳米产品,并进行了现场试验, 部分有效。
纳米是长度单位,原称毫微米,就是10的-9
次方米(10亿分之一米)。纳米科学与技术,
简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳
米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说 来,人们往往用细如发丝来形容纤细的东西, 其实人的头发一般直径为20-50微米,并不细。 单个细菌用肉眼看不出来,用显微镜测出直径
2、纳米吸附分为单层吸附和多层吸附;
3、纳米颗粒有团聚;
4 、纳米颗粒吸附后能改变孔壁表面的润湿性,由 亲水改变为强疏水(憎水); 5 、岩心流动实验证实了纳米颗粒吸附可以降低岩 心孔道的流动阻力。
5、以较大幅度降低流动阻力
改变岩石表面润湿性,从而大幅度降低壁面 边界层厚度,增大有效流动通道,大幅度降低 流动阻力。
图4 岩心表面(亲水)
图5 柴油处理后的岩心表面(亲油)
图6 低浓度纳米液(亲油性增强)
图7 中等浓度纳米液(亲油性继续增强)
图8 滚动的水滴(润湿反转)
4、降压实验--岩心驱替:
四块岩心,渗透率提高最大60%,平均47%。
小结
1 、纳米颗粒可以突破水膜与孔壁强力吸附。产生
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施工前
施工后
注水量(m3/d)
2004年在胜利油田施工 30余口井,有效率大于80%, 有效期大于6个月。
140 120 100 80 60 40 20 0 10 樊17-23 20 义941-4 40 20 35 20
140
梁14-71井初步尝试酸化 +注入吸附施工方式。显示 了很好的应用前景。
45
40 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
0
200
400
600
800
1000 1200 1400
t / min
t/次
经DS-Z乳液处理前后的水流速变化曲线(↑200%)
用添加剂处理后水的流速变化曲线(↑40%左右)
增注初期:表面活性剂脱附产生大量泡沫,增幅不大;待泡沫消失后,流速明显提高; 随后,表面活性剂逐步流失,流速趋于稳定,增幅稳定在200%。
25
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2 乳液作为携带剂 DS-Z的作用
• 复配添加剂用来调节乳液和水 的混合溶液的极性,与NPS-Z 相匹配。 • 乳液:水 =10-20:80-90; • DS-Z占混合溶液的1.0 ‰-1.5 ‰; • 添加剂占混合溶液的0.5%1.5%。
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在国内(胜利油田和中原油田)施工 效果
单 位 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 井 号 牛 25-45 牛 25 牛 23-59 牛 25-49 樊 121-11 义 5-11-2 义 102-11 商 13-546 文 92-113 文 203-11 文 13-146 文 203-18 有效期(天) 456 115 95 0 180 120 360 90 131 7 18 81 评 价 显效 见效 见效 无效 显效 显效 显效 见效 显效 无效 无效 见效
11
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二、DS-Z纳米减阻增注技术
(一)、DS-Z纳米减阻增注技术简介
• 以硅酸纳或硅酸酯为纳米聚硅的成核试剂,含羟基、羧基、 氨基等钉扎基团和饱和碳链及全氟碳链疏水基团的偶联剂 作为纳米微粒的表面修饰剂,制备纳米减阻增注剂DS-Z。 调节水及水油体系的极性(表面能),同时选择既可良好 分散纳米微粒又可分散于水相的有机溶剂制备纳米聚硅水 基分散携带剂。 将酸化工艺和纳米注入吸附工艺结合使用,提高增注效果。 首先对施工井进行酸化作业,然后将分散于油-水混合体系 中的纳米微粒注入井下,关井一定时间后正常配注。
压力迅速上升,注水量快速下降,甚至注不进水的问题,造成产油量的迅速递减。
注水阻力不断增大原
因: 岩隙表面极性,水化膜 的形成 注水过程中易形成水垢 所含粘土遇水膨胀 造成了注水喉道变小, 渗透率下降。
5
A
B
C
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国内外技术现状
• 酸化技术(目前普遍使用) : 用强酸对注水井进行处理。 显效快。但对于渗透率很低的油田效果差, 有效期短(一般不足3个月),综 合施工成本很高。 • 纳米增注技术(近年来发展): 采用具有钉扎基团的强亲油疏水性纳米聚硅材料处理注水井。 大大延长了施工有效期 (一般大于6个月), 综合施工成本较低。
Temp/ °C
MGS-Z纳米聚硅的透射电镜照片
MGS-Z型聚硅纳米微粒的XRD图谱 纳米聚硅的热分析图谱
14
TG/%
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DS-Z的分散性和疏水性
浓度 wt% 0.5 油水乳液 稳定 柴 油 T% 95.2 四氯化碳 T% 97.5
1.0
油柴 四 氯 化 碳 水
27
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孔隙度和水化膜厚度的变化
40 35 30
32.50%
5
4.29 nm
4
L / nm
/%
25 20 15 10 5 0
22.22%
3
2.84 nm
2
1
a
b
0
a
b
模拟岩芯经纳米聚硅的乳液 处理后有效孔隙度的变化(↑46%)
模拟岩芯经纳米聚硅的乳液 处理后水化膜厚度的变化(↓1.45nm,34%)
15
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0
2
4
6
8
10
12
14
16
t/次
t/次
图 A 孔隙度为22.22%的模拟岩芯经MGS-Z 图 B 孔隙度为14.48%的模拟岩芯经 处理前后水流速变化曲线(↑50-100%) MGS-Z处理前后水流速变化曲线(↑80%)
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纳米聚硅减阻增注剂 的原理及应用
郑州东申石化科技有限公司
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目录
• • • • • • 前言 DS-Z纳米减阻增注技术 DS-Z纳米减阻增注技术简介 DS-Z实验室增注性能及机理研究 DS-Z现场应用试验 展望
2
稳定
稳定 稳定 /
92.5
88.2 80.2 79.0
95.3
93. 4 89.5 86.0
2.0 3.0 4.0
MGS-Z在溶剂中的分散性
15
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实验室模拟岩芯驱替实验
• 501A型超级数显恒温水浴 • 循环水式多用真空泵 • 改进的模拟岩芯管 • 接收瓶
22
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MGS-Z对粘土矿物膨胀和运移的影响
未处理及经不同溶液浸泡处理后的粘土块表面水接触角
粘土块
原粘土块
经1.0‰的 DS-Z/柴油溶 液浸泡后
117
经1.5‰的 DS-Z/柴油 溶液浸泡后
140
接触角 (度)
测不出接触 角(水立刻 铺展)
能明显看出粘土在MGS-Z/柴油溶液浸泡后,表面吸附一层纳米聚硅。
30
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3 纳米聚硅乳液增注机理
•
•
12
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(二)、DS-Z实验室增注性能及机理研究
DS-Z纳米聚硅的表征 DS-Z纳米聚硅的分散性和疏水性 实验室模拟岩芯驱替实验 1 以柴油为携带剂 DS-Z的增注作用 2 乳液作为携带剂 DS-Z的作用 3 纳米聚硅乳液增注机理
13
岩芯孔隙中的水体积 孔隙度ø= 岩芯的总体积
17
×
100%
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DS-Z对低渗透岩芯水化膜厚度的影响 L= W0 Wρ0 Sω
上式中: L:水化膜的厚度 W0:吸附水的质量 W:实验砂的质量 ρ0:水的密度 Sω:实验沙子的单位重量的比表面积
(假设水化膜的表面积近似等于模拟岩芯的表面积;采用BET法测量单位重量 模拟岩芯的比表面积Sω,通过模拟岩芯驱替试验测得吸附水的质量)
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纳米聚硅乳液的破乳
A)含0.15%的DS-Z的乳液
B)加入酸洗、盐泡后石英砂瞬间
C)稍搅拌后的(B)
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破乳后纳米聚硅在有机介质中的分散性能
透光率 /% 有机溶剂 甲苯(5‰)以纯甲苯为参比 柴油(5‰)以纯柴油为参比 CCl4(5‰)以纯CCl4为参比 破乳后纳米聚硅 83.0 87.2 91.1 MGS-Z纳米聚硅 82.6 88.0 90.0
•
含1.5‰的MGS-Z型纳米聚硅的混苯乳液
ห้องสมุดไป่ตู้
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乳液的增注性能
200
0.6
180 160 140
170
处理前 处理后
0.5
Q / (ml.min-1)
148
Q(ml/20min)
0.4 0.3 0.2 0.1
120 100 80 60
处理前 NPS-Z的混苯乳液处理后
义941-17 梁14-71
井
号
10
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纳米增注技术应用中存在的问 题
• 使用柴油作为携带剂施工: • 造成能源的浪费; • 成本高(每口井携带剂用量大8吨-15吨); • 在运输、储存、使用中存在安全隐患,不 利于环境保护。 • 增注施工条件苛刻(达标清水),使用范 围窄(低、中渗油田)。
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一、前言
• • • • 低渗透油藏的特点及开发技术 低渗透油藏水驱开发存在的问题 国内外技术现状 纳米增注技术的发展及施工效果
• 国外纳米增注技术及施工效果 • 国内纳米增注技术及施工效果
3
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低渗透油藏的特点及开发技术
渗透率低[(0.3〜15)×10-3 μm2],孔隙度小
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DS-Z处理前后粘土块遇水的溶胀情况 A)加水前;B)加水瞬间;C)30min
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小 结
• MGS-Z型纳米降压增注剂可以改变岩石表 面的润湿性。 • 在孔隙度适宜范围内,纳米聚硅可增大岩 芯的孔隙度,减小岩石表面水化膜的厚度。 • 纳米聚硅能够防止粘土膨胀.
8
胜利油田
中原油田
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• 国内技术及施工效果
MGS-Z1纳米聚硅增注剂
采用原位表面修饰技术制备 的纳米聚硅材料
粒径10-20nm,超疏水亲油
适用范围:渗透率大于10 毫 达西的中低渗透油田 施工方式:柴油携带,注入 吸附