纳米聚硅降压增注剂
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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
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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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1 以柴油为携带剂 DS-Z的增注作用
DS-Z对水流速度的影响
100
50
91
90
45
Q(mL / 20min)
80
处理前 NPS-Z处理后
40
40
Q(mL / 20min)
70
百度文库35
67
30
60
处理前 NPS-Z处理后
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50
22
45
20
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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.
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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。
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
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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
•
含1.5‰的MGS-Z型纳米聚硅的混苯乳液
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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
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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
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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
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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纳米聚硅的表征
700
20 0
600
500
15 -20
Counts/s
400
10 -40
300
DTA/ uv
5 -60 0
200
100
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80
-80 -5
o
2Theta
-10 200 400 600 800
-100 1000
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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
•
•
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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
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（5%〜20%）。
依靠天然能量开采,油井一次采收率很低（约为 17%） 。
水驱开发成为低渗透油田的主要开采方式（最终
采收率可达26.9%）。
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低渗透油藏水驱开发存在的问题
低渗油井注水压力高、注水量小、注采不平衡，从而造成渗流阻力大。因此常存在注水
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纳米增注技术的发展
• 国外技术及施工效果
国外—俄罗斯的“泡雷希尔” 制备方法：利用γ射线激活的添加 剂对纳米二氧化硅进行化学改性 粒径5－100nm，疏水亲油材料 适用范围：渗透率 〉30 毫达西的 中低渗油田 施工方式：柴油携带，注入吸附
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DS-Z 对低渗透岩石表面润湿性的影响
DS-Z型纳米聚硅处理前后岩芯表面形态SEM对比图 a, c）处理前 ； b, d）处理后
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水滴在岩芯表面的接触角 a）纯岩芯（9°） b）纯柴油处理后（82°） C）MGS-Z处理后（140°）
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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%）
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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
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3.0
4.5
2.71nm
4.16nm 4.0
L / nm
2.51nm
L / nm
2.5
3.5 3.0 2.5 2.89nm
2.0
a
b
2.0
a
b
图A 孔隙度为22.22%的模拟岩芯经 DS-Z处理后水化膜厚度的变化（↓0.2nm，7%）
图B 孔隙度为14.48%的模拟岩芯经 DS-Z处理后水化膜厚度的变化 （↓1.27nm，31%）
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。
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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。
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0
2
4
6
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10
12
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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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岩芯孔隙中的水体积 孔隙度ø= 岩芯的总体积
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×
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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3 纳米聚硅乳液增注机理
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%。
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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。
义941－17 梁14－71
井
号
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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）。
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
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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
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DS-Z对低渗透岩芯孔隙度的影响
35 29.73%
25 22.58%
30
25
/%
22.22% 20
20
15
14.48%
15
10
a
b
10
a
b
图A 孔隙度为22.22%的模拟岩芯经NPS-Z 处理后的有效孔隙度变化（↑32%）
图B 孔隙度为14.48%的模拟岩芯经NPS-Z 处理后的有效孔隙度变化（↑56%）
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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。
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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
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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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1 以柴油为携带剂 DS-Z的增注作用
DS-Z对水流速度的影响
100
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Q(mL / 20min)
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处理前 NPS-Z处理后
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处理前 NPS-Z处理后
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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.
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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。
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
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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
•
含1.5‰的MGS-Z型纳米聚硅的混苯乳液
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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)
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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
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纳米聚硅减阻增注剂 的原理及应用
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• • • • • • 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
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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
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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纳米聚硅的表征
700
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Counts/s
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10 -40
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DTA/ uv
5 -60 0
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0 0 10 20 30 40 50 60 70 80
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-10 200 400 600 800
-100 1000
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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
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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
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（5%〜20%）。
依靠天然能量开采,油井一次采收率很低（约为 17%） 。
水驱开发成为低渗透油田的主要开采方式（最终
采收率可达26.9%）。
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低渗透油藏水驱开发存在的问题
低渗油井注水压力高、注水量小、注采不平衡，从而造成渗流阻力大。因此常存在注水
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纳米增注技术的发展
• 国外技术及施工效果
国外—俄罗斯的“泡雷希尔” 制备方法：利用γ射线激活的添加 剂对纳米二氧化硅进行化学改性 粒径5－100nm，疏水亲油材料 适用范围：渗透率 〉30 毫达西的 中低渗油田 施工方式：柴油携带，注入吸附
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DS-Z 对低渗透岩石表面润湿性的影响
DS-Z型纳米聚硅处理前后岩芯表面形态SEM对比图 a, c）处理前 ； b, d）处理后
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水滴在岩芯表面的接触角 a）纯岩芯（9°） b）纯柴油处理后（82°） C）MGS-Z处理后（140°）
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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
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L / nm
/%
25 20 15 10 5 0
22.22%
3
2.84 nm
2
1
a
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a
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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%）
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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
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3.0
4.5
2.71nm
4.16nm 4.0
L / nm
2.51nm
L / nm
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3.5 3.0 2.5 2.89nm
2.0
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图A 孔隙度为22.22%的模拟岩芯经 DS-Z处理后水化膜厚度的变化（↓0.2nm，7%）
图B 孔隙度为14.48%的模拟岩芯经 DS-Z处理后水化膜厚度的变化 （↓1.27nm，31%）
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。
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A
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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。
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
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t/次
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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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岩芯孔隙中的水体积 孔隙度ø= 岩芯的总体积
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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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3 纳米聚硅乳液增注机理
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t / min
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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%。
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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。
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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。
义941－17 梁14－71
井
号
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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）。
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
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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
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DS-Z对低渗透岩芯孔隙度的影响
35 29.73%
25 22.58%
30
25
/%
22.22% 20
20
15
14.48%
15
10
a
b
10
a
b
图A 孔隙度为22.22%的模拟岩芯经NPS-Z 处理后的有效孔隙度变化（↑32%）
图B 孔隙度为14.48%的模拟岩芯经NPS-Z 处理后的有效孔隙度变化（↑56%）
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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。