纳米聚硅体系在渤南十区高温中低渗油藏深部堵调剖中的应用

　　

纳米聚硅体系在渤南十区

高温中低渗油藏深部堵水调剖中的应用

摘要：该技术运用纳米聚硅材料比表面大的特殊性能，通过表面改性、接枝，研制开发出在水油比7：1时稳定的高黏度反相乳液体系。该体系稳定性好，耐高温（120℃），具有良好的选择性堵水调剖性能。利用室内配方筛选、性能评价研究和岩心流动实验研究等手段，评价了乳液体系封堵率可以达到98%以上，堵水率大于 98%，堵油率只有5.13%。体系具有注入溶液粘度低、耐剪切，注入能力好、选择性好等特点，可作为大剂量、深部堵调剂。经现场应用，取得了良好的增油降水效果。

主题词：渤南十区， 高温，中低渗透，聚硅纳米，堵塞率，增油降水

引言

纳米聚硅材料作为一种新型材料表现出了不同与其它材料的特殊性能，比如：具有很大的比表面积，微细的颗粒粒径等，这些性能在油田开发中应该具有广泛的用途。纳米材料的表面改性，赋予了纳米材料更多地内容，使其适应的范围更加宽广。而对于纳米材料在选择性调剖堵水中的应用和研究比较少。实验室实验表明，“Полисил2ДФ”堵水材料可以在水油比为7 ∶1 时获得稳定的高黏度乳化剂。这时,乳化液的黏度随着含水量的增加而直线上升，而油水乳化液的密度则随着水中CaCl₂ 含量的变化可到1.24g/ cm³ 。与液体乳化剂相比，新研制的乳化液具有固体表面活性剂的优点：封堵作用持久、黏度高、触变性能好，由于油相和乳化剂的用量小，其处理成本低。针对目前胜利油田深部调剖遇到的问题以及在油井选择性堵水方面的难题，以提高高温中低渗油田注水开发效果，开展高温调剖堵水剂及其工艺技术研究，控制注入水窜流，改善注水井吸水剖面，提高注水效率，是油田在补充地层能量的同时，实现降水增油的一条有效途径。

1 油藏概况

渤南油田十区位于渤南油田外围，划分为两个不同类型的油藏---构造油藏和岩性油藏，包括义112块、罗35-1块等5个区块。该区断块破碎，储层多变，主要的储层为沙三段、沙四段和火成岩体三套储层。具有油藏埋深（2240～2590m），油藏温度高（95～109℃）、渗透性较差（平均空气渗透率522×10^-3um²）、孔隙度低（有效孔隙度15.8～28.9%）、自然产能和吸水能力较好等特点。随着油田的全面注水开发，油田的开采特征主要表现为：部分油井含水上升快，平面矛盾突出；层间储量动用程度差异大，严重制约着低渗油藏的开发效果。依据高温中、低渗透油藏的基本特征，我们研究出了一种适用于高温中低渗油藏的聚硅纳米堵水调剖体系，并形成了与其相配套的施工工艺技术。

2 纳米聚硅体系室内研究

2.1 纳米聚硅乳液体系堵水机理

乳状液(emulsion) 是一类多相分散体系,由一种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中构成。乳液体系分散相液滴直径一般在011～10μm 之间。固体稳定乳液比一般的乳状液更为稳定。固体稳定乳液的类型主要由固体细粉的润湿性决定的（图1）。

图1 固体细粉的润湿性对乳液类型的影响

纳米粒子的粒径小于一般固体粉末，其“粗糙”表面上丰富的悬空键促使油水界面的扩散双电层更易形成，对分散相液滴的聚集有更强的排斥作用；而小的粒径利于其致密、有序的组装。将纳米粒子与水以及油性溶剂进行混合和分散时,能够形成较稳定的乳液。利用纳米材料的组合，研制一种能通过分散相比例调节粘度的反相油水乳化液。一种材料是对聚硅纳米材料表面进行化学改性，改性后该材料具有强憎水性。另一种材料是用做乳化剂的表面活性剂物质。

纳米材料稳定的乳状液堵水剂是纳米固体颗粒均匀分散在外相膜表面，阻止了各种可能发生化学反应而导致的表面活性剂失活。选择性堵水的作用机理是：当反相乳化液进入高渗透段，随着与地层水的混合黏度上升，降低了岩石对水的相渗透率。乳化液的触变性使其结构进一步发生变化，在注入地层一段时间后，乳化液的黏度增加级数倍；另一方面，这种乳化液与原油接触时，会被破坏，不会封堵地层渗流孔道。由于封堵了水淹层，使液流重新分布，新的层段参与驱替，提高了产量。并且对地层不造成伤害。

2.2 纳米粒子的合成与制备

2.2.1 SiO₂纳米粒子的制备

粒径为230nm左右的颗粒实验室通过经典的Stober法制备；35nm SiO₂是由济南银丰硅制品有限责任公司生产的SiO₂胶液。

在装有数显搅拌器、回流冷凝器、恒温加热装置的反应釜中进行半连续乳液聚合反应。反应温度设定75℃。根据所需的壳层厚度控制进料时间，可得到以SiO₂为核以有机物为壳的复合纳米粒子。

2.2.2 无机SiO₂纳米粒子的改性

由于表面大量存在硅羟基，纳米SiO₂在贮存和使用过程中易团聚，难分散，在有机基体中的分散性和浸润性尤其不好。因此就必须采用各种硅烷偶联剂对纳米SiO₂表面进行改性，将其表面的部分硅羟基替换成不同的亲油基团。

本实验的目的是采用不同的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行改性，使其表面的部分硅羟基被偶联剂上的不同基团取代。整个纳米二氧化硅表面改性实验在水浴中进行。包括：KH570改性纳米二氧化硅和NAS改性纳米二氧化硅。

2.2.3 对改性粒子的表征

实验中对SiO₂纳米粒子进行表征的手段有两个：a、用激光纳米粒度仪测量粒径的变化来判断改性是否完成。b、通过改性前后纳米粒子的红外光谱峰的变化来判断，如果改性完成，在改性粒子的红外谱图中将出现有机链的新峰。

如下图2，3，改性前后粒子的峰发生了向右移动，表明粒径有所增大。同时粒度仪给出的数据也可以很清楚的看到粒径有几纳米或者几十纳米的增长。

图2 KH570改性纳米二氧化硅粒度分布图

图3 NAS改性纳米二氧化硅粒度分布图

图4 KH570改性前后230nm SiO₂红外谱图

图5 KH570改性前后35nm SiO₂红外谱图

图4，5是用KH570改性前后的纳米二氧化硅红外光谱图，从图中可以看出样品中，1110cm^-1和950cm^-1吸收峰是SiO₂的Si-O不对称和对称伸缩振动峰。1630cm^-1和3430cm^-1是SiO₂表面的羟基峰，2930cm^-1和2850cm^-1为亚甲基的不对称和对称伸缩振动峰，这几个峰证明纳米无二氧化硅上有亚甲基存在，所有这些变化都充分表明：KH570与纳米二氧化硅发生了化学反应，即达到了KH570包覆改性纳米二氧化硅的目的。

2.3 纳米材料稳定的乳状液堵水剂的制备

2.3.1 乳化剂的选择

根据选择原则与实验要求，最终选定了两种乳化剂T-1和SP-80作为主乳化剂以及几种助乳化剂。乳化剂T-1属高分子物质，油相可选稀原油、柴油、煤焦油、生物柴油、废机油等。

2.3.2 固体颗粒粉末的选择

在油包水乳化体系中，可以选择的固体分类很多，常见的粉体颗粒有二氧化钛，二氧化锌，二氧化硅，高岭土，有机膨润土、滑石粉，云母粉，氧化铁黄，氧化铁红，氧化铁黑，碳黑等。本文固体颗粒粉末讨论主要围绕二氧化硅展开。纳米聚硅的粒径选择在10～20nm之间，而且粒径分布较均匀。

2.4 调剖剂性能评价试验研究

2.4.1 温度对乳状液黏度的影响

图6所示为水油比3:1,乳化剂添加量2%,改变纳米氧化硅的加量，得到的乳液黏温曲线。

图6 不同氧化硅含量时乳液的黏温曲线

从图6可以看出，随着温度的升高，乳液的黏度下降，这符合乳状液的一般规律。但是，在纳米二氧化硅的添加量为0.2%时，乳液的黏温行为异常。表现为当温度大于70℃后，乳液的黏度趋于稳定，不但不下降，反而略有上升，这与

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