新型超疏水顆?？厮夹g(shù)研究

李志臻，王濱，蘇延輝，史斌，麻路，徐浩

新型超疏水顆?？厮夹g(shù)研究

李志臻，王濱，蘇延輝，史斌，麻路，徐浩

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

二氧化鈦超疏水顆粒作為一種新興材料已在多領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，其具有多種優(yōu)良性質(zhì)，如超強(qiáng)的親油性和疏水性，極小的粒徑，環(huán)境友好性等。針對目前油氣田領(lǐng)域的控水需求，結(jié)合納米超疏水顆粒材料的諸多優(yōu)勢，進(jìn)行了新型超疏水顆粒在油氣田控水領(lǐng)域的研究。針對目前油田控水領(lǐng)域存在問題，使用改性二氧化鈦顆粒制得新型超疏水顆粒控水體系，并對其控水機(jī)理進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對其接觸角潤濕情況進(jìn)行測試，水相接觸角為122°，具有良好的疏水性，使用巖心驅(qū)替裝置對其注入性、封堵性和耐沖刷性進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)該體系在目標(biāo)儲層巖心中注入性良好，水相封堵率為81.40%，有良好的堵水效果，沖刷40 PV后仍具有封堵性，因此可以看出該技術(shù)完全可滿足油氣田控水作業(yè)的要求。

改性； 疏水； 顆粒； 控水

在油藏的開發(fā)過程中，隨著開發(fā)時間的增長，油井含水上升，造成水淹、油氣采收率下降等問題。目前海上油田多數(shù)油井產(chǎn)液含水已高達(dá)85%以上，此前多次采用堵水措施但效果較差[1-2]。針對目前油井控水技術(shù)現(xiàn)場所遇問題，需要研究一種新型控水體系及工藝進(jìn)行解決。

目前選擇性堵劑受限于高溫和抗壓強(qiáng)度，針對高溫高滲儲層作用效果有限，含硅類堵劑具有耐溫抗鹽、不易降解、強(qiáng)度可控等優(yōu)點(diǎn)，具有改善高溫高礦化度地層控水效果、深部封堵高滲帶的潛力，針對油藏條件，考慮經(jīng)濟(jì)效益，有選擇性地應(yīng)用二氧化鈦改性材料，是一個非常值得關(guān)注的話題[2]。二氧化鈦改性顆粒是目前被研究較多的疏水改性顆粒，其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，在油田采油上有巨大潛力[3]。因此，基于目前海上油田控水技術(shù)所存在的現(xiàn)場問題，結(jié)合二氧化鈦超疏水顆粒的性能特點(diǎn)，針對其在油氣田控水領(lǐng)域的可行性進(jìn)行評價。

1 超疏水顆?？厮畽C(jī)理

1.1 超疏水顆粒概述

二氧化鈦超疏水顆粒是一種以二氧化鈦為為基礎(chǔ)的表面改性顆粒，通過在二氧化鈦顆粒合成過程中引入疏水基團(tuán)，達(dá)到顆粒親油疏水的作用。二氧化鈦超疏水顆粒具有多種性能：超強(qiáng)的疏水性能，水相接觸角高達(dá)100°以上；較小的粒徑，平均粒徑最小可達(dá)到100 nm以下；環(huán)境友好性等。由于該顆粒的特殊性質(zhì)，使其在油氣田控水領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力[4-6]。

圖1 超疏水顆粒示意圖

1.2 控水機(jī)理

超疏水顆粒材料的封堵機(jī)理，主要在于顆粒注入儲層后，較大尺寸顆粒會在儲層喉道中形成架橋，隨后較小尺寸的材料在架橋材料形成的小孔道上進(jìn)行嵌入和堵塞[7]。依靠超疏水顆粒材料的彈性和塑性，發(fā)生強(qiáng)有力的拉筋作用，加強(qiáng)了楔塞的機(jī)械強(qiáng)度，形成牢固的移動困難的塞狀墊層，加之其自身強(qiáng)烈的親油疏水性，達(dá)到選擇性控水的目的[8-10]。

圖2 超疏水顆?？缀砑軜?/p>

1.3 巖心驅(qū)替試驗(yàn)

使用巖心驅(qū)替裝置對顆粒的注入性、封堵性和耐沖刷性進(jìn)行測試，所用巖心為目標(biāo)儲層巖心，巖心驅(qū)替試驗(yàn)參照石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5336—2006 巖心常規(guī)分析方法進(jìn)行[9]執(zhí)行，驅(qū)替裝置如圖3所示。

圖3 巖心驅(qū)替裝置

2 控水顆粒性能評價[11-14]

2.1 接觸角測試

超疏水顆粒的堵水不堵油效果，主要源于二氧化鈦改性材料的親油疏水性，將顆粒鋪展于平面后，滴加水滴，測試其水相接觸角，測試結(jié)果如圖4 所示，可以看到超疏水顆粒的水相接觸角在122°，有很強(qiáng)的疏水效果。

圖4 水相接觸角

2.2 注入性

將巖心進(jìn)行烘干承重處理后，飽和模擬地層水，稱濕重，計(jì)算孔隙體積，隨后向以1 mL·min-1速度注入模擬地層水，待注入壓力穩(wěn)定后，計(jì)算巖心水測原始滲透率。以1 mL·min-1速度正向注入超疏水顆粒，待壓力穩(wěn)定后停止注入，觀察并記錄注入壓力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，隨著改性顆粒的注入，注入壓力開始升高，注入顆粒5 PV后，注入壓力達(dá)到穩(wěn)定，為0.67 MPa，此后一直保持穩(wěn)定，說明改性顆粒在該巖心中的注入性良好。

圖5 注入性評價結(jié)果

2.3 封堵性

使用注入超疏水顆粒后的巖心進(jìn)行封堵性評價，反向以1 mL·min-1速度向巖心中注入模擬地層水，觀察注入壓力變化，待壓力穩(wěn)定后停止注入，并計(jì)算巖心滲透率，與2.2中水測原始滲透率進(jìn)行對比，計(jì)算滲透率封堵率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6和表1所示。

圖6 選擇性評價結(jié)果

表1 選擇性評價結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，改性顆粒注入后，水相滲透率下降了81.40%，說明改性顆粒在該巖心中的對水相具有良好的封堵作用。

2.4 耐沖刷性

試驗(yàn)2.3中反向驅(qū)替壓力穩(wěn)定后繼續(xù)進(jìn)行水相驅(qū)替，并且提高驅(qū)替流速為8 mL·min-1，待驅(qū)替體積40 PV后停止試驗(yàn)，觀察驅(qū)替壓力變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 耐沖刷性評價結(jié)果

由圖7可知，封堵后的巖心進(jìn)行耐沖刷性試驗(yàn)，當(dāng)驅(qū)替量達(dá)到28 PV左右，壓力開始保持穩(wěn)定并且40 PV時仍沒有下降，因此評價耐沖刷性較好。

3 結(jié) 論

1）二氧化鈦改性超疏水顆粒具有良好的親油疏水性能，并且可以通過顆粒在儲層孔喉中的架橋作用實(shí)現(xiàn)封堵，依靠超疏水顆粒材料的彈性和塑性，發(fā)生強(qiáng)有力的拉筋作用，加強(qiáng)了楔塞的機(jī)械強(qiáng)度，形成牢固的移動困難的塞狀墊層，加之其自身強(qiáng)烈的親油疏水性，達(dá)到選擇性控水的目的。

2）通過接觸角測試其潤濕性，可以發(fā)現(xiàn)改性后的二氧化鈦顆粒具有較強(qiáng)的疏水性，水相接觸角為122°。

3）通過驅(qū)替試驗(yàn)可以看出該顆粒具有良好的注入性、封堵性和耐沖刷性，水相封堵率為81.40%，有良好的堵水效果，封堵后的巖心進(jìn)行耐沖刷性試驗(yàn)，當(dāng)驅(qū)替量達(dá)到28 PV左右，壓力開始保持穩(wěn)定并且40 PV時仍沒有下降，因此評價耐沖刷性較好。

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［9］SY-T 5336-2006 《巖心常規(guī)分析方法》[S]. 石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),2006．

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Study on Water Control Technology of New Superhydrophobic Particles

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（CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China）

As a new kind of material, superhydrophobic TiO2particles have been applied in many fields, and they have many excellent properties, such as super liophilic and hydrophobic, small particle size, environmental friendliness and so on.In view of the current demand for water control in the field of oil and gas fields, combined with the advantages of nano-superhydrophobic particle materials, research on new superhydrophobic particles in the field of water control in oil and gas fields was carried out.In view of the existing problems in the field of oilfield water control, a new superhydrophobic particle water control system was prepared by using modified titanium particles, and its water control mechanism was analyzed. The wettability of the contact angle was tested in the laboratory, and the water-contact angle was 122°, with good hydrophobicity. The core displacement device was used to evaluate the injection, plugging and scouring resistance of the system. It was found that the system had good injection performance in the target reservoir core, and the water phase plugging rate was 81.40%, showing good plugging effect. And after flushing 40 PV, it still had plugging property. Therefore, it can be seen that the technology can fully meet the requirements of oil and gas field water control operations.

Modification; Hydrophobic; Particles; Water Control

2021-11-29

李志臻（1987-），男，河北省唐山市人，工程師，工學(xué)碩士，2015年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，主要從事油氣田提高采收率相關(guān)技術(shù)的研究。郵箱：lizhzh9@cnooc.com.cn。

TE39

A

1004-0935（2022）03-0329-03