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1、提高采收率的纳米颗粒Tormod Skauge, Sverre Hetland, Kristine Spildo, Arne Skauge / Uni CIPR版权所有 2010 年石油工程师学会在 2010 SPE 提高石油采收率研讨会 2010 年 4 月 24-28 日在美国俄克拉荷马州塔尔萨举行的演示文稿撰写这份论文。本文被选为演示文稿的所载资料的 SPE 程序委员会审查之后由作者提交。摘要：胶态分散凝胶（CDG）在过去的几十年中已被应用作为提高采收率方法，在不利的流度比下提供改进油藏。我们的岩心驱替的结果也表明了一种改进的微观驱扫或由 CDG 的微观驱替。本文探讨了纳米二氧化硅微粒，
2、和纳米 CDG 颗粒的比较的油流动性能，并且讨论微观分流的基本机制。提高微观驱油效率历来与毛细管数的变化有关。然而，这方法是不足以形容像低盐注射液，胶体分散凝胶，微生物提高采收率的过程。本文提出了一种通过改进定义为微观驱替的微观导流提高采收率的新概念。这方法涉及毛孔阻塞和分流注射液。多相流实验中使用纳米二氧化硅纳米颗粒试图调查可能微观改道迁移对石油流动的效果（无弹性）。通过进行使用定义良好的纳米二氧化硅微粒的岩心驱替实验，与 CDG 注射的比较研究石油流动性能。聚合物或二氧化硅粒子分散在聚合物溶液.渗透率约为 500md 水湿 Berea 砂岩岩心进行岩心驱替。比较无弹性的二氧化硅粒子，聚合物
3、溶液和 CDG 纳米颗粒的允许微观驱替粘弹特性的重要性评价。简介:麦克史密斯（1994）已报道的涉及胶体分散凝胶（CDG）的成功油田应用，所有驱扫瞄准改善恶劣非均质油藏流动。他们的结论是，在大多数情况下，石油产量增加和水油流度比下降。根据结果，他们还得出结论，“胶体分散凝胶提供了一个渗透率深度控制的很好的工具。“诺曼等（1999）评估了 CDG 驱的经济效益并评估在低油价下这种注射方案的可行性。最近已经有 CDG 的田间试验报告（see e.g. Chang 等.，2006 年和 Diaz 等，2008 年）。Chang 和同事以及Diaz 和同事报告石油产量的增加。Chang 和同事形容为“
4、非常成功”的试点，额外的 10.5的石油地质储量的采收率。CDG 的过程的详细机制有几个系统的研究。大多数研究都集中在 CDG 在多孔介质的传播以及凝胶化过程。胶态分散凝胶体系的凝胶行为由 Ranganathan 等（1998 年）和 Rocha（1989 年）等研究，目的是了解关于渗透在深度上的改变的 CDG 的性能。后来，Dong 等 1998 年）进行了广泛的移动测试，并用原子力显微镜（AFM）和动态流变学方法研究 CDG 结构和流变性能。此外，他们报道油田实验的结果显示出良好的注入和生产更多的石油。最近，使用预生成的胶体分散凝胶提高微观驱的岩心驱替实验报告已出版（Spildo 等，20
5、09）。新生成的储层岩心进行实验，并报告了平均增幅在40的石油采收率。从 1990ies 以来传统方法的目标和属性之间的区别，针对主要宏观驱替改进，使用预生成的胶体颗粒已经定义了两类 CDG 更近的方法。由我们的研究，并由 Aarra 等（2005 年），Bjrsvik（2008 年）等出版。Bjrsvik（2008），和 Spildo（2009 年）等，我们在约 100 海里的范围使用预生成的胶体粒子。这些解决方案也被称为交联聚合物溶液（LPS），旨在提高微观驱增加宏观驱替的效率。目前的工作的目的是探讨微观的分流机制，通过比较含有纳米二氧化硅颗粒非弹性的 CDG 石油流动性能。对于聚合物或
6、CDG 驱替，纳米二氧化硅粒子提供了一个环保替代品，从而降低实施的门槛，特别是在近海环境。在一系列的研究石油流动贝雷岩心驱替实验。多孔介质是一个结构复杂孔隙机构和覆盖范围的大小的孔喉。溶解或分散在水中的任何物质可吸附在固体表面上。当多分散溶液粒子流通过多孔介质时，大于或等于孔喉大小的颗粒将被堵。这样的机制，即较大 CDG 的颗粒阻塞狭窄的孔喉，被称为机械压迫或拉伸（Willhite 和 Dominguez，1977 年）。许多作者已经解决了文献中的机械压迫的机制（例如，Szabo，1979 年以及Dominguez 和 Willhite，1977）。Huh et al（1990）在理论和实验研
7、中描述聚合物分子在孔隙空间的滞留，并开发了在岩心中聚合物溶液单相流的解析解来解释岩心驱替实验室数据。机械压迫的证据是，流出物中的粒子浓度没有达到注入浓度（Osterloh and Law， 1998），它将这样做只经过注入大量的颗粒或聚合物（Sorbie，1991 年）。在这里研究的其他俘获机制，是抗测井干扰的（Bolandtaba 等，2009）。这一机制和机械拉伸是相似的，但阻断标准更加复杂。通过测井干扰，颗粒都可以堵塞比粒子的大小大的孔隙。这可以用粒子和溶剂之间的质量差解释。恒定的压差下，和孔隙结构相比，由于孔喉大小较小，在孔喉处流速增加，在孔喉的入口处，水分子比重的粒子会加快速度。这导
8、致颗粒在在孔喉入口积累。如 Bolandtaba 等人描述，孔喉半径，从而将慢慢减少，最终受阻。遏制测井干扰效果的主要因素是颗粒浓度和有效水力大小，孔径分布和流速。吸附，拉伸和抗测井干扰是所有相关的如 CDG 的弹性粒子和如二氧化硅颗粒的无弹性的颗粒。近年来一直有几项在多孔介质中的注入纳米粒子的研究（Ju 等，2009; Ju and Fan，2006 年; Ju and Fan，2009）。使用亲水性的二氧化硅时所产生的另一个问题是，吸附在固体表面上可能会改变表面润湿到更多的水湿。在这项研究中，我们比较流动性以及含无弹性硅粒子，和在粘弹性溶剂（聚合物溶液）中的二氧化硅颗粒的岩心驱替试验中石油
9、流动，注入粘弹性聚合物溶液和 CDG。实验流体用 3630s flopaam（SNF floerger）聚合物与的水解度为 25-30，近似分子量为 2 千万 Dalton 的合成聚丙烯酰胺，在使用之前通过 25 m过滤器在低剪切速率下过滤的聚合物溶液。Smith（1996 年）已经描述制备柠檬酸铝的过程。在蒸馏水中溶解盐试剂制备氯化钠和合成海水溶液。使用之前盐水通过 0.45 m过滤器过滤。胶态分散凝胶由添加柠檬酸铝交联剂（柠檬酸铝的）到 300 ppm 的聚合物溶液中形成，该聚合物溶液是 30:1 铝聚合物溶液中氯化钠（氯化钠）重量分数为 0.5。混合后，溶液用高磁力搅拌器进行高速搅拌 1
10、 小时。在此之后，溶液在一个非常低速度下进行搅拌，最低为 3 小时，但在低于室温是，至少 8 天的时间，以确保完整的交联。注射前，溶液 0 在低剪切速率下通过 4 m的过滤器中进行过滤。从 Evonik 工业集团购买的二氧化硅微粒，见表 1。在重量分数为 0.5 的氯化钠中制备浓度 150 - 600 ppm 为二氧化硅颗粒。所有样品的溶剂粘度等于0.05 mPas (（22C 时测得） 。在过滤器筛检实验表明，300 ppm 是压差稳定和可以忽略不计保留粒子的最高的浓度。因此，岩心驱替实验使用的二氧化硅浓度为 300 ppm。二氧化硅加入溶剂中首先高速率的搅拌 5 分钟，然后溶液放置在室温下
11、在进行 3-5 分钟的超声波浴。并按照制备二氧化硅微粒的相同步骤来对聚苯乙烯样品（Polysciences INC。 ）进行调查。实验仪器：粘度测量用安东帕物理学流变仪，双间隙几何模型 MCR 300（DG 26.7） 。记录从 10 - 1000 s-1的剪切曲线以及报告温度为 22C 时在 100 s-1的剪切速率所有的测量结果。使用纳米激光粒度仪 ZS 仪器（马尔粒度分布测定动态光散射（DLS）仪器）测量粒子大小分布。共 3 个测量系列，每个由每个样本超过 60s进行的 5 次记录测量结果组成。所有测量均在 22C。溶液浊度和二氧化硅含量的测定用紫外光谱仪（Perkin Elmer 公司
12、 LAMBDA 25 UV / VIS） 。聚合物样品中的浓度测定淀粉碘方法（Scoggins 和 Miller，1979） 。岩心驱替岩心驱替实验涉及两个被盐水和原油 Berea 饱和的砂岩岩心。岩心大约 6 或 15 厘米长，直径约 3.5 厘米（1.5 英寸） 。孔隙率在 20-23的范围内的渗透率介于 450 和 650mD 之间。岩心编码 B1 - B6，BA1 和 BA2。在进一步的岩心材料的详细信息附录，表 A-1。实验在室温条件下，注射速率为 0.1 - 1.0 毫升/分钟。用约位于水龙头内部压力的岩心夹持器进行实验二。从进口 1.5 和 6.5厘米压力端口，分别为 1 和 2
13、。岩心 B1 - B4 首先被合成海水（SW）饱和，然后被 marcol 152 SWI 耗尽。marcol 152 模型油然后被来自北海油藏的原油驱替，在温度 9 0C 4 - 5 周衰老，原油在衰老过程中交换两次。原油被注入的岩心之前，用 0.2 m 过滤器过滤。原油被 decaline，并最终被 n-decane 驱替， 。使用声学分离器来衡量石油生产。背压约 30 条，覆压约 40 条。所有岩心驱替在室温下进行的。过滤试验用来筛选不同的硅溶液。溶液配方表明高压力差或堵塞是无用的。残余柰的系数（RRF）用于比较溶液的过滤性能。RRF 被定义为 RRF = DP（注入0.5氯化钠粒子后）/
14、 DP（注入 0.5氯化钠粒子前） 。溶液通过 7 m过滤器（Swagelok F-series）在 0.1 - 3.0 毫升/分钟的速度下被驱替。当表明从有限的两相生产和低的水相对渗透率 Sorw（KRW0.06）时，在这些实验中使用的 Berea 岩心似乎是被水湿。根据“聚合物浓度/添加剂的浓度”/“溶剂浓度” 的方案，命名溶液。例如 300/10/0.5 用于一个溶液，其中由 HPAM 10 ppm，含 0.5氯化钠 300 ppm 的的柠檬酸铝作为溶剂组成的。在这种情况下，二氧化硅已经溶解在聚合物溶液中，缩写包括“Si” ，如 300/300si/0.5，这是 300 ppm 的二氧化
15、硅分散在 0.5氯化钠 300 ppm 的 HPAM 溶液。遵循一个类似的方法进一步缩写。结果与讨论二氧化硅粒子的筛选筛检亲水性二氧化硅纳米粒子，以确保足够的溶解度以及避免区分油相。除了 60 纳米聚苯乙烯颗粒，选出四种类型的二氧化硅粒子。颗粒大小是范围内所的有典型的预生成 CDG 颗粒，即 50 -150 纳米（Aarra 等人，2005 年，Li等人，2004 年） 。通过使用 UV 吸附式干燥器测量的时间和浊度，粒度分布的改变表征溶解度。颗粒的溶解度会随颗粒表面的电荷，溶剂盐度和溶剂组成的改变而改变。为了测试试验选择 0.5 wt%氯化钠更低的盐度界限，以避免 Berea 砂岩中粘土溶（
16、Khilar 和 Fogler，1984 年） 。所有的溶液在 0.5的 NaCl 表明良好的溶解性，除了表明凝结物和随后沉淀的高度的气相二氧化硅 COK 84和气相二氧化硅 OX 50。测试的二氧化硅粒子，低比表面的粒子在过滤测试给出最低的渗透率降低了。结果列于表 1。表 1。二氧化硅和聚苯乙烯溶液的一些特征参数。样品号 表面积 颗粒大小 沉淀 在 0.5 wt% RRFm2/g nm NaCl中的溶解二氧化硅 200 2002512NoGood300二氧化硅 COK 84 18530 -YesPoor-二氧化硅 MOX 80 802030NoGood80二氧化硅MOX 170 17030 15NoGood196二氧化硅 OX 50 5015 40YesPoor81聚苯乙烯 -62NoGood102“Good”是
