含有納米SiO2的注入水改善儲(chǔ)層滲透率實(shí)驗(yàn)研究

榮 雁

(中石化勝利油田新春公司)

本文以取自油田的巖心為研究對(duì)象，采集油田的采出水作為地層水，依據(jù)油田的實(shí)際注水組分配制了不同礦化度的注入水。以巖心、地層水、注入水為基礎(chǔ)，進(jìn)行了巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，對(duì)比了添加納米SiO2、不添加納米SiO2以及不同溫度條件下的巖心滲透率變化情況，深入研究了納米SiO2在儲(chǔ)層保護(hù)中的作用機(jī)理。

一、實(shí)驗(yàn)

1. 地層水和注入水組分

本文所用地層水采自油田現(xiàn)場(chǎng)，注入水根據(jù)油田現(xiàn)場(chǎng)所實(shí)際使用的注入水離子成分進(jìn)行配制，地層水和注入水的離子組分如表1所示。

2. 巖心物理性質(zhì)

本文實(shí)驗(yàn)所用巖心取自油田現(xiàn)場(chǎng)，巖心的主要組分為：石英92%、白云母4%、蒙脫石1%、高嶺石2%、鉀長(zhǎng)石1%。巖心參數(shù)為：直徑32.86 mm、長(zhǎng)度62.76 mm、孔隙度16%、滲透率0.256 mD。

表1 地層水和注入水的離子組分

3. 注入水中納米SiO2加量的確定

為評(píng)價(jià)注入水中納米粒子的活性，在不同納米SiO2含量的條件下測(cè)定了納米SiO2注入水的導(dǎo)電率，以確定納米SiO2的最佳濃度。當(dāng)納米SiO2的濃度由0增加至0.1%時(shí)，溶液電導(dǎo)率的增加速度較大；而當(dāng)納米SiO2的濃度由0.%繼續(xù)增加至0.8%時(shí)，溶液電導(dǎo)率的增加速度放緩。因此納米SiO2的最佳添加濃度為0.1%，在下文的實(shí)驗(yàn)中納米SiO2的添加濃度均為0.1%。

4. 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

在2 MPa恒定壓力下進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，以1 mL/min的恒定速度分別將50 000 mg/L、5 000 mg/L和2 000 mg/L礦化度的注入水注入到巖心中，并通過壓力傳感器對(duì)每注入1 V孔隙體積(假設(shè)巖樣內(nèi)的總孔隙體積為100 V)注入水時(shí)的巖心數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算巖心的滲透率。

二、結(jié)果和討論

1. 滲透率變化原因分析

微粒運(yùn)移和鹽類沉積是導(dǎo)致巖心滲透率變化的主要因素[7]，為驗(yàn)證在本文的實(shí)驗(yàn)過程中的滲透率變化僅由鹽類沉積所造成，本文進(jìn)行了注水過程的微粒運(yùn)移對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，巖樣內(nèi)部和待注入水均為僅含有NaCl的溶液，其中巖樣內(nèi)部為200 000 mg/L的NaCl溶液，注入水分別為50 000 mg/L、5 000 mg/L、2 000 mg/L的NaCl溶液(NaCl水溶液能加速巖心內(nèi)部的微粒運(yùn)移過程[8])。

圖1 不同NaCl濃度條件下的相對(duì)滲透率變化

從圖1實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知巖樣的滲透率變化僅發(fā)生在初始階段，是由于鹽水溶液的注入多導(dǎo)致的。但當(dāng)鹽水溶液的注入體積達(dá)到一定程度后，隨鹽水溶液的注入體積的增加巖心滲透率無明顯變化，因此在巖樣內(nèi)部的微粒運(yùn)動(dòng)效應(yīng)并不明顯。因此，在本文的研究中排除了微粒運(yùn)移對(duì)巖心滲透率變化的影響因素，巖心滲透率的變化僅由鹽類沉積造成。

2. 不添加納米SiO2的巖心滲透率分析

3. 添加納米SiO2后的巖心滲透率分析

圖2 不同礦化度條件下相對(duì)滲透率隨注入水體積的變化規(guī)律

圖3 添加納米SiO2后相對(duì)滲透率隨注入水體積的變化規(guī)律

從圖3和圖4中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入納米SiO2后1#注入水的滲透率明顯高于2#注入水和3#注入水，這是由于溶液中的離子強(qiáng)度不同所造成的。溶液中的離子強(qiáng)度由式(1)定義[12-14]：

(1)

式中:Si—離子強(qiáng)度，mol/L；ci—離子濃度，mol/L；zi—電荷數(shù)，無量綱。

當(dāng)溶液中離子濃度增加時(shí)，其所具有的離子強(qiáng)度也呈上升的趨勢(shì)，此時(shí)納米顆粒的周圍由離子所形成的雙電層受溶液中離子的擠壓不斷被壓縮，其電位梯度增加，因而導(dǎo)致了對(duì)陰離子的吸附量的上升，更進(jìn)一步減少了CaSO4沉淀的產(chǎn)生，提高了巖心的滲透率[15-18]。

圖4 40℃條件下納米SiO2對(duì)相對(duì)滲透率影響的對(duì)比分析

以不添加納米二氧化硅條件下，注入水和地層水混合后CaSO4沉淀的生成量為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)得到添加納米SiO2后CaSO4沉淀的減少率如圖5所示，從圖5中可以發(fā)現(xiàn)添加納米SiO2后，CaSO4沉淀出現(xiàn)了明顯的降低。

圖5 添加納米SiO2的后CaSO4減少率變化規(guī)律

四、結(jié)論

(1)納米SiO2顆粒在防止CaSO4沉淀的產(chǎn)生和儲(chǔ)層保護(hù)方面具有較為明顯的作用，對(duì)油田的注水工藝改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。

(2)在40℃條件下，未添加納米SiO2時(shí)1#注入水的平均相對(duì)滲透率僅為0.261，添加納米SiO2后上升至0.92。

(3)在25℃～40℃范圍內(nèi)，巖心的滲透率隨溫度的增加而呈逐漸上升的趨勢(shì)；而當(dāng)溫度繼續(xù)上升至80℃時(shí)，巖心的滲透率隨溫度的增加而呈降低的趨勢(shì)。