纳米减阻增注剂在低渗油田开采中的应用PPT课件
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纳米增注材料 在低渗油田开采中的应用
北京奥友兴业
主要内容
一、研究背景 二、纳米减阻增注剂的设计及工业化制备 三、纳米减阻增注机理分析 四、现场应用 五、总结与建议
北京奥友兴业
一、研究背景
开发国内油气资源，降低对外依存度
—国家能源安全的重大需求
2014年3月发布的《2013年国内外油气行业发展报 告》：
北京奥友兴业
四、现场应用
1、选井条件
1）井身状况良好，无不良作业井史。 2）油层渗透率大于1х10-3 um2。 3）油水井注采对应关系良好，构造边缘慎选。 4）水井注水量偏低，但能注进水的井可优先考虑。 5）注入水质必须达标，一般污水回注井含油量、机械杂质含量不能超标。
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2、施工工艺
北京奥友兴业
水基纳米聚硅的 作用机理分析图
➢水分散体系下井后遇盐或酸破乳，疏水的NPS释放出来驱赶走水化膜，吸附于岩石表面， 使其由亲水性转变成疏水性，从而减小了注水流动阻力；
➢疏水表面阻止了水的浸入，避免了粘土膨胀和水垢的附着，从而大大延长了增注有效期； ➢脱附出来的水溶性修饰剂短期内也能起到辅助的降压增注作用。
采用微乳液分散技术，通过分散助剂调节水的极性， 分散于水中形成透明的溶液（微乳液）。
X10=1.83nm
激
X16=2.2nm
光 粒 度 分
X50=4.75nm X84=10.28nm X90=12.48nm
布
X99=21.83nm
图
VMD=6.35nm
SV=1604.17m2/cm3
水乳液(2‰)
平均粒径6.35nm SV=1604m2/cm3
1）配液：在一定温度下将纳米聚硅分散于有辅料的水中形成稳定的透明液体； 2）根据施工井的地层情况采用相应的施工工艺清除岩隙中的堵塞和污物，并经酸化使
岩石裸露出新鲜表面便于纳米材料的吸附； 3）注入纳米聚硅水溶液，并用防膨液将纳米液全部顶入地层。 4）关井反应，利用酸化后形成的化学环境诱导溶液破乳释放出疏水纳米微粒，让其充
NPS-Z(强亲油疏水核）
NPS-W（水分散、亲油疏水）
北京奥友兴业
在乙醇中的透射电镜照片
纳米聚硅粒径为10-20nm，是由许多平 均粒径为1-2nm的微晶组成的无定形态材 料。
XRD图谱
b
a
0
10
20
30
40
50
60
70
2
XRD图谱
北京奥友兴业
在溶剂中的分散性
压片接触角167°
北京奥友兴业
NPS-W的水分散技术
中国原油对外依存度逐年递增。 2014年，国内石油需求增速达4%左右，达到5.18 亿吨，对外依存度逼近60%大关。而石油战略储备量 远低于美日等发达国家。 — 严重威胁国家能源安全！
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我国石油资源开采现状
我国剩余石油资源组成 （石油剩余资源量：约800亿吨）
《全国油气资源动态评价2010》：中国石油地质资源量1037亿吨，而低渗透与稠油低品位资源约占石 油总资源量2/3，开发难度大，前低渗、稠油开采的预计技术采收率仅为12～14%。同时，高含水区油藏 仍有剩余油富集区。
表面修饰剂的选择: “钉扎”基团： 羟基、羧基、氨基、环氧基等 疏水基团： 三甲基、二甲基、乙基、乙烯基、氟代烷 水分散性基团： 含羟基、羧基、胺基的有机胺化合物和表面活性剂
表面修饰剂与纳米聚硅的结合方式： “钉扎”修饰剂：强化学键结合 疏水修饰剂：强化学键结合 水溶性修饰剂：弱化学键或吸附结合
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多级连续乳化生产工艺 （2000L反应釜)
采用自行设计制备的多功能剪切乳化反应釜与管线式乳化反应器相结合的工业技术，使有机-无机纳米杂化材料的高 效率、大规模工业化生产成为可能。
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国家“863”计划
“纳米减阻增注材料 及其在石油开采中的应用”
（2009AA03Z326)。
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2、开发产品及结构表征
北京奥友兴业
传统减阻增注技术-酸化处理
采用强酸（硫酸、盐酸或氢氟酸）处理注水通道，扩大岩石孔隙， 可以迅速提高孔隙度，增加水流速度。
存在问题： 酸化不能解决水化和结垢 有效期短(1-3个月) 易造成地层伤害（水突、水窜）
因此对水井实施降压增注是摆在油田科技人员面前的一个难题， 研究新的增注工艺十分必要！
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二、纳米减阻增注剂的设计及工业化制备
1、水基纳米微粒的结构设计和制备技术
结构设计
以与砂岩化学组成相似的纳米聚硅为核，含钉扎基团、疏水基团的表面修饰剂，与纳米聚硅形成超疏水 性的纳米核；同时选择水溶性修饰剂与纳米聚硅微粒结合，形成水分散纳米聚硅。
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无机纳米微粒（功能载体）的选择 氧化硅、氧化钛、碳酸钙、氧化锌等
50%的颗粒直径小于5nm，这 种粒径较小的纳米聚硅使其适用 范围扩大到超低渗油田。
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三、纳米减阻增注机理分析
1、改善岩石润湿性
聚硅材料分散或悬浮于合适的溶液中，从井口注入到地层并进入到岩石孔隙，聚硅 材料在一定条件下吸附到岩石孔隙表面，使岩石的润湿性由亲水变为亲油；超疏水性 纳米微粒吸附在地层微孔道表面，形成纳米吸附层，降低了高压下水的流动阻力。
纳米聚硅材料改善岩石润湿性示意图
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2、增大有效水流通道
1,2 为水膜 3为水滴
水滴通过含有水膜孔隙的状态图
聚硅材料吸附后水滴通过孔隙的状态图
由于聚硅颗粒具有很高的活性，极易吸附在孔壁上，使孔隙内壁的来自百度文库膜变薄，有效孔 径变大降低了水滴通过时的阻力。
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3、抑制水对岩石矿物的水化作用
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低渗透油藏开发问题
➢注水驱油开发过程中，油藏岩石水化、结垢、（粘土）膨胀，造成油藏孔 道细小，渗透率低，导致水注不进去，油采不出，严重影响采收率。 ➢注水压力上升使得注水泵负荷增大，设备容易出现故障，安全隐患增多， 杆管偏磨加剧，区块自然递减增大，水驱控制量减少。 ➢维修投入增加，不能完成配注和注不进水，造成油层能源不能及时补充， 导致油井产液量、产油量下降。
油层岩石的主要成分是二氧化硅、碳酸盐、粘土矿物、铁矿物等，其 中二氧化硅、碳酸盐、粘土矿物普遍存在于油层岩石矿物中，由于粘土 矿物具有水化作用（也就是遇水膨胀、分散），该作用会使油层渗透率 有不同程度的下降。当孔隙经过聚硅纳米处理后，其表面由亲水转变为 亲油，这样就避免了粘土矿物的水化作用，对保持油层渗透率具有重要 的意义。
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主要内容
一、研究背景 二、纳米减阻增注剂的设计及工业化制备 三、纳米减阻增注机理分析 四、现场应用 五、总结与建议
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一、研究背景
开发国内油气资源，降低对外依存度
—国家能源安全的重大需求
2014年3月发布的《2013年国内外油气行业发展报 告》：
北京奥友兴业
四、现场应用
1、选井条件
1）井身状况良好，无不良作业井史。 2）油层渗透率大于1х10-3 um2。 3）油水井注采对应关系良好，构造边缘慎选。 4）水井注水量偏低，但能注进水的井可优先考虑。 5）注入水质必须达标，一般污水回注井含油量、机械杂质含量不能超标。
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2、施工工艺
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水基纳米聚硅的 作用机理分析图
➢水分散体系下井后遇盐或酸破乳，疏水的NPS释放出来驱赶走水化膜，吸附于岩石表面， 使其由亲水性转变成疏水性，从而减小了注水流动阻力；
➢疏水表面阻止了水的浸入，避免了粘土膨胀和水垢的附着，从而大大延长了增注有效期； ➢脱附出来的水溶性修饰剂短期内也能起到辅助的降压增注作用。
采用微乳液分散技术，通过分散助剂调节水的极性， 分散于水中形成透明的溶液（微乳液）。
X10=1.83nm
激
X16=2.2nm
光 粒 度 分
X50=4.75nm X84=10.28nm X90=12.48nm
布
X99=21.83nm
图
VMD=6.35nm
SV=1604.17m2/cm3
水乳液(2‰)
平均粒径6.35nm SV=1604m2/cm3
1）配液：在一定温度下将纳米聚硅分散于有辅料的水中形成稳定的透明液体； 2）根据施工井的地层情况采用相应的施工工艺清除岩隙中的堵塞和污物，并经酸化使
岩石裸露出新鲜表面便于纳米材料的吸附； 3）注入纳米聚硅水溶液，并用防膨液将纳米液全部顶入地层。 4）关井反应，利用酸化后形成的化学环境诱导溶液破乳释放出疏水纳米微粒，让其充
NPS-Z(强亲油疏水核）
NPS-W（水分散、亲油疏水）
北京奥友兴业
在乙醇中的透射电镜照片
纳米聚硅粒径为10-20nm，是由许多平 均粒径为1-2nm的微晶组成的无定形态材 料。
XRD图谱
b
a
0
10
20
30
40
50
60
70
2
XRD图谱
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在溶剂中的分散性
压片接触角167°
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NPS-W的水分散技术
中国原油对外依存度逐年递增。 2014年，国内石油需求增速达4%左右，达到5.18 亿吨，对外依存度逼近60%大关。而石油战略储备量 远低于美日等发达国家。 — 严重威胁国家能源安全！
北京奥友兴业
我国石油资源开采现状
我国剩余石油资源组成 （石油剩余资源量：约800亿吨）
《全国油气资源动态评价2010》：中国石油地质资源量1037亿吨，而低渗透与稠油低品位资源约占石 油总资源量2/3，开发难度大，前低渗、稠油开采的预计技术采收率仅为12～14%。同时，高含水区油藏 仍有剩余油富集区。
表面修饰剂的选择: “钉扎”基团： 羟基、羧基、氨基、环氧基等 疏水基团： 三甲基、二甲基、乙基、乙烯基、氟代烷 水分散性基团： 含羟基、羧基、胺基的有机胺化合物和表面活性剂
表面修饰剂与纳米聚硅的结合方式： “钉扎”修饰剂：强化学键结合 疏水修饰剂：强化学键结合 水溶性修饰剂：弱化学键或吸附结合
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多级连续乳化生产工艺 （2000L反应釜)
采用自行设计制备的多功能剪切乳化反应釜与管线式乳化反应器相结合的工业技术，使有机-无机纳米杂化材料的高 效率、大规模工业化生产成为可能。
北京奥友兴业
国家“863”计划
“纳米减阻增注材料 及其在石油开采中的应用”
（2009AA03Z326)。
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2、开发产品及结构表征
北京奥友兴业
传统减阻增注技术-酸化处理
采用强酸（硫酸、盐酸或氢氟酸）处理注水通道，扩大岩石孔隙， 可以迅速提高孔隙度，增加水流速度。
存在问题： 酸化不能解决水化和结垢 有效期短(1-3个月) 易造成地层伤害（水突、水窜）
因此对水井实施降压增注是摆在油田科技人员面前的一个难题， 研究新的增注工艺十分必要！
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二、纳米减阻增注剂的设计及工业化制备
1、水基纳米微粒的结构设计和制备技术
结构设计
以与砂岩化学组成相似的纳米聚硅为核，含钉扎基团、疏水基团的表面修饰剂，与纳米聚硅形成超疏水 性的纳米核；同时选择水溶性修饰剂与纳米聚硅微粒结合，形成水分散纳米聚硅。
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无机纳米微粒（功能载体）的选择 氧化硅、氧化钛、碳酸钙、氧化锌等
50%的颗粒直径小于5nm，这 种粒径较小的纳米聚硅使其适用 范围扩大到超低渗油田。
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三、纳米减阻增注机理分析
1、改善岩石润湿性
聚硅材料分散或悬浮于合适的溶液中，从井口注入到地层并进入到岩石孔隙，聚硅 材料在一定条件下吸附到岩石孔隙表面，使岩石的润湿性由亲水变为亲油；超疏水性 纳米微粒吸附在地层微孔道表面，形成纳米吸附层，降低了高压下水的流动阻力。
纳米聚硅材料改善岩石润湿性示意图
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2、增大有效水流通道
1,2 为水膜 3为水滴
水滴通过含有水膜孔隙的状态图
聚硅材料吸附后水滴通过孔隙的状态图
由于聚硅颗粒具有很高的活性，极易吸附在孔壁上，使孔隙内壁的来自百度文库膜变薄，有效孔 径变大降低了水滴通过时的阻力。
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3、抑制水对岩石矿物的水化作用
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低渗透油藏开发问题
➢注水驱油开发过程中，油藏岩石水化、结垢、（粘土）膨胀，造成油藏孔 道细小，渗透率低，导致水注不进去，油采不出，严重影响采收率。 ➢注水压力上升使得注水泵负荷增大，设备容易出现故障，安全隐患增多， 杆管偏磨加剧，区块自然递减增大，水驱控制量减少。 ➢维修投入增加，不能完成配注和注不进水，造成油层能源不能及时补充， 导致油井产液量、产油量下降。
油层岩石的主要成分是二氧化硅、碳酸盐、粘土矿物、铁矿物等，其 中二氧化硅、碳酸盐、粘土矿物普遍存在于油层岩石矿物中，由于粘土 矿物具有水化作用（也就是遇水膨胀、分散），该作用会使油层渗透率 有不同程度的下降。当孔隙经过聚硅纳米处理后，其表面由亲水转变为 亲油，这样就避免了粘土矿物的水化作用，对保持油层渗透率具有重要 的意义。