低滲油藏納米膜增注技術研究與應用

馬建國，劉富，李升軍

（1.中國石油吐哈油田分公司溫米采油廠，新疆鄯善838202；2.長江大學石油工程學院，湖北荊州434023；3.北京波特光盛石油技術有限公司，北京100176）

低滲油藏納米膜增注技術研究與應用

馬建國1，劉富2，李升軍3

（1.中國石油吐哈油田分公司溫米采油廠，新疆鄯善838202；2.長江大學石油工程學院，湖北荊州434023；3.北京波特光盛石油技術有限公司，北京100176）

針對低滲油藏物性差，在注水開發過程中存在注水井注入壓力高、注水量不能滿足配注要求的突出問題，提出酸化處理后通過注入一種帶有陽離子基團的納米膜劑溶液來改善儲層的潤濕性，提高儲層吸水能力，進一步提高水驅采收率的技術。納米膜以水溶液為介質，依靠靜電作用成為膜動力，吸附到呈負電性的巖石表面，改變儲層表面的潤濕性，降低注入水在孔隙中的流動阻力，避免粘土顆粒的膨脹與運移，從而提高水相滲透率，降低注水壓力，達到降壓增注的目的。室內實驗研究及現場應用表明，該納米膜可以改善低滲油藏注水井的注水開發效果。

低滲油藏；納米膜；靜電吸附；潤濕性；增注技術

根據油藏分類標準，滲透率低于10×10-3μm2的油藏被定義為低滲透油藏［1］。自注水開發以來，注水井的吸水能力逐漸變差，注水壓力逐漸升高，低滲油藏欠注越來越嚴重。雖然采取了酸化、壓裂、提壓等增注措施，也取得了一定的效果，但沒有從根本上解決低滲油藏欠注越來越嚴重的問題，嚴重制約了油藏注水開發效果［2］。如何有效改善注水井措施效果、降低操作成本已成為提高低滲油藏注水時效的關鍵問題［3］。為提高該油藏的注水開發效果，嘗試注入一種帶有陽離子基團的納米膜溶液，通過靜電吸附于巖石表面，將巖石潤濕性由強親水變為弱親水或親油，提高水相滲透率［4-5］。該技術具有效果顯著、施工簡單、無污染等優點。

1　室內研究

1.1納米膜表面電性實驗

取100 mg/L的納米膜溶液，調節不同pH值，用Szp06 Zeta電位儀測定不同pH值下納米膜的Zeta電位，從而判定納米膜表面的電性，結果（見圖1）。結果表明，pH值在1～14的范圍內，納米膜溶液的電位都大于零，電性為正，平均電位為25 mV。說明納米膜是一種含有陽離子基團的分子膜，表面電性為正。

圖1　納米膜溶液的電位與pH的關系

圖2　吸附量、Zeta電位與膜劑濃度的關系

1.2吸附實驗

將砂巖巖心洗油烘干粉碎后，放入容器中，配制不同濃度的納米膜溶液讓其與砂巖粉末充分接觸，然后放置24 h，測定上部清液中納米膜濃度，根據A=［（ρ0-ρx）V］/m計算其在砂巖粉末表面的吸附量［6］，其中A：吸附量，mg/g；ρ0：溶液起始質量濃度，mg/L；ρx：吸附后濃度，mg/L；V：溶液體積，L；m：固體質量，g。將吸附后的巖心粉烘干后，置于蒸餾水中浸泡，取上清液測定Zeta電位，結果（見圖2）。

結果表明，隨著納米膜劑吸附量的增加，Zeta電位也逐漸上升，當巖心表面Zeta電位接近0時，納米膜在巖心表面的吸附達到飽和。由于儲層巖心表面帶負電，而納米膜在水溶液中帶正電，因此巖心表面和納米膜分子之間會因為靜電作用而發生吸附，巖心吸附納米膜后，納米膜分子中和巖心表面的一部分負電荷，使其電位升高。

1.3改善潤濕性實驗

將溫西三井區的巖心切片處理后，放入1 000 mg/L的YMD膜溶液中浸泡24 h后取出，烘干后，用蒸餾水測定其表面的接觸角，并與未經過YMD溶液浸泡巖心的接觸角進行對比，從而判斷巖心表面的潤濕性。結果（見圖3）。

從實驗結果可以看出，巖心的原始接觸角均小于35°，表現為強親水，進而說明注水井近井地帶的儲層表面一般都表現為親水性；而經過了納米膜膜處理的巖心，其接觸角均增大，維持在95°左右，潤濕性發生明顯改變，由原來的強親水轉變為弱親水或疏水性。

1.4改善巖心滲透率實驗

室內采用溫西三井區巖心進行注入工作液后巖心滲透率改善情況實驗，先注入水，到注水壓力平穩后，再注入1.0 PV的0.2%納米膜溶液，注入完畢后，關閉系統反應24 h，然后繼續水驅到注入壓力平穩，測定分子膜注入前后的滲透率，實驗結果（見表1）。

表1　溫西三井區巖心經納米膜處理前后的滲透率變化

圖3　不同條件下的巖心接觸角

表2　各井次納米膜增注施工前后注水情況對比

從表1中數據看出經納米膜溶液處理后，不同巖心的注水滲透率可提高13.0%～42.5%，這是由于經納米膜處理反應后在巖心滲流通道中形成了一層單分子膜，改變了巖心表面的潤濕性，使得巖心表面由親水狀態轉為疏水狀態，故繼續水驅時，巖心滲透性變好，降低了水驅壓力，可以確保增注措施的長期有效。

2　現場應用

2.1欠注原因分析

低滲油藏儲層本身物性較差，導致地層連通性差，同時也極易造成外來因素的傷害；注水井近井地帶長時間經水沖刷后，變成強親水，造成孔喉壁面水膜增厚，導致水相滲透率下降（水鎖）。

2.2工藝技術

施工工藝技術主要包括:（1）酸液處理，解除近井地帶的堵塞；（2）注入頂替液，主要是將酸液替入地層；（3）關井反應2 h，使酸液在儲層中充分作用；（4）注入預膜劑，為納米膜的注入形成最佳的吸附環境；（5）注入納米膜劑溶液，在巖石表面吸附，改變巖石表面的潤濕性，疏通滲流通道；（6）關井反應48 h，開井正常注水。

2.3效果分析

2013年4月至2013年12月，對低滲油藏溫西3-52井、溫西3-322井、溫西10-38井、溫西3-428井進行了納米膜增注試驗，試驗結果（見表2）。

從表2中數據可知，這4口井經過納米膜施工之后取得了非常好的增注效果，注水量增加，注入壓力降低，視吸水指數明顯提高。根據現場的統計數據，溫西3-52井，日平均增加注水量19 m3，截止目前，已累積增加注水量1 650 m3；溫西3-322井日平均增加注水量25 m3，截止目前，已累積增加注水量3 000 m3；溫西10-38井日平均增加注水量35 m3，截止目前，已累積增加注水量2 100 m3，井口壓力明顯下降；溫西3-428井日平均增加注水量29 m3，截止目前，已累積增加注水量1 300 m3，井口壓力明顯下降。

3　結論

（1）實驗表明納米膜是一種帶有陽離子基團的聚合物，不同pH范圍內平均電位為25 mV，帶正電性。

（2）以水溶液為傳遞介質，通過靜電作用吸附到呈負電性的巖心表面，將巖石表面的潤濕性由強親水變為弱親水或疏水，提高水相的滲透率，達到降壓增注的目的。

（3）現場試驗表明，低滲油藏溫西三井區經納米膜施工后取得了非常好的增注效果，納米膜增注必將在注水開發中發揮重要作用。

［1］SY/T 6169-1995，油藏分類［S］.1995.

［2］韓力，吳偉，丁涌，等.石南21井區分子膜增注技術研究與實踐［J］.長江大學學報（自然科學版），2011，8（10）:47-49.

［3］楊力生，等.分子沉積膜驅油效率實驗研究［J］.油田化學，2010，27（3）:295-298.

［4］劉富，丁亮，何帆，等.分子膜增注技術在低滲透油田的應用［J］.石油地質與工程，2011，25（2）:108-110.

［5］張寧生.低滲氣藏開發的關鍵性技術與發展趨勢［J］.天然氣工業，2006，26（12）:38-41.

［6］李繼山，姚同玉.分光光度法測定陽離子表面活性劑在砂巖表面的吸附［J］.日用化學工業，2005，35（3）:188-191.

The research and application of injection technology of nanometer film in low-permeability reservoir

MA Jianguo1，LIU Fu2，LI Shengjun3
（1.Oil Production Plant Wenmi of PetcoChina Tuha Oilfield Company，Shanshan Xinjiang 838202，China；2.College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Jinzhou Hubei 434023，China；3.Beijing Boteguangsheng Petroleum Technology Co.，Ltd.，Beijing 100176，China）

In low-permeability reservoir，the physical properties is poor.And the injection pressure is high and the injected water volume is low during the oilfield development.It is proposed that a kind of the monolayer solution with cationic group could be used to solve this problem.It can improve the reservoir wettability.Nanometer film is in aqueous solution as the delivery medium，electrostatic interactionis the driving force，improve the reservoir wettability，reduce the resistance of the injected water in the pore，prevents clay swelling and migration.Thereby it can enhance the penetration of water phase，reduce water pressure，ultimately reduce pressure and augment injection.Laboratory exoeriments and oilfield aplicate that thistechnology can be used to increase the ability to absorb water of injection in lowpermeability reservoir，to improve water injection effect.

low-permeability reservoir；nanometer film；electrostatic adherence；wettability；injection technology

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.04.014

TE357.6

A

1673-5285（2015）04-0047-04

2014－12-23

馬建國，男（1970-），工程師，學士，畢業于大慶石油學院石油工程專業，現主要從事油田注水工藝方面的工作，郵箱：963750263@qq.com。