新型超疏水顆粒控水技術研究

李志臻，王濱，蘇延輝，史斌，麻路，徐浩

新型超疏水顆粒控水技術研究

李志臻，王濱，蘇延輝，史斌，麻路，徐浩

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

二氧化鈦超疏水顆粒作為一種新興材料已在多領域進行應用，其具有多種優良性質，如超強的親油性和疏水性，極小的粒徑，環境友好性等。針對目前油氣田領域的控水需求，結合納米超疏水顆粒材料的諸多優勢，進行了新型超疏水顆粒在油氣田控水領域的研究。針對目前油田控水領域存在問題，使用改性二氧化鈦顆粒制得新型超疏水顆粒控水體系，并對其控水機理進行分析，實驗室內對其接觸角潤濕情況進行測試，水相接觸角為122°，具有良好的疏水性，使用巖心驅替裝置對其注入性、封堵性和耐沖刷性進行評價，發現該體系在目標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完全可滿足油氣田控水作業的要求。

改性； 疏水； 顆粒； 控水

在油藏的開發過程中，隨著開發時間的增長，油井含水上升，造成水淹、油氣采收率下降等問題。目前海上油田多數油井產液含水已高達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現場所遇問題，需要研究一種新型控水體系及工藝進行解決。

目前選擇性堵劑受限于高溫和抗壓強度，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、強度可控等優點，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，考慮經濟效益，有選擇性地應用二氧化鈦改性材料，是一個非常值得關注的話題[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，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所存在的現場問題，結合二氧化鈦超疏水顆粒的性能特點，針對其在油氣田控水領域的可行性進行評價。

1 超疏水顆粒控水機理

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，達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：超強的疏水性能，水相接觸角高達100°以上；較小的粒徑，平均粒徑最小可達到100 nm以下；環境友好性等。由于該顆粒的特殊性質，使其在油氣田控水領域有著極大的應用潛力[4-6]。

圖1 超疏水顆粒示意圖

1.2 控水機理

超疏水顆粒材料的封堵機理，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行嵌入和堵塞[7]。依靠超疏水顆粒材料的彈性和塑性，發生強有力的拉筋作用，加強了楔塞的機械強度，形成牢固的移動困難的塞狀墊層，加之其自身強烈的親油疏水性，達到選擇性控水的目的[8-10]。

圖2 超疏水顆粒孔喉架橋

1.3 巖心驅替試驗

使用巖心驅替裝置對顆粒的注入性、封堵性和耐沖刷性進行測試，所用巖心為目標儲層巖心，巖心驅替試驗參照石油行業標準SY/T 5336—2006 巖心常規分析方法進行[9]執行，驅替裝置如圖3所示。

圖3 巖心驅替裝置

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°，有很強的疏水效果。

圖4 水相接觸角

2.2 注入性

將巖心進行烘干承重處理后，飽和模擬地層水，稱濕重，計算孔隙體積，隨后向以1 mL·min-1速度注入模擬地層水，待注入壓力穩定后，計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，待壓力穩定后停止注入，觀察并記錄注入壓力，實驗結果如圖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，注入壓力達到穩定，為0.67 MPa，此后一直保持穩定，說明改性顆粒在該巖心中的注入性良好。

圖5 注入性評價結果

2.3 封堵性

使用注入超疏水顆粒后的巖心進行封堵性評價，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，待壓力穩定后停止注入，并計算巖心滲透率，與2.2中水測原始滲透率進行對比，計算滲透率封堵率，實驗結果如圖6和表1所示。

圖6 選擇性評價結果

表1 選擇性評價結果

由實驗結果可以看出，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2.3中反向驅替壓力穩定后繼續進行水相驅替，并且提高驅替流速為8 mL·min-1，待驅替體積40 PV后停止試驗，觀察驅替壓力變化，實驗結果如圖7所示。

圖7 耐沖刷性評價結果

由圖7可知，封堵后的巖心進行耐沖刷性試驗，當驅替量達到28 PV左右，壓力開始保持穩定并且40 PV時仍沒有下降，因此評價耐沖刷性較好。

3 結 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現封堵，依靠超疏水顆粒材料的彈性和塑性，發生強有力的拉筋作用，加強了楔塞的機械強度，形成牢固的移動困難的塞狀墊層，加之其自身強烈的親油疏水性，達到選擇性控水的目的。

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

3）通過驅替試驗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，封堵后的巖心進行耐沖刷性試驗，當驅替量達到28 PV左右，壓力開始保持穩定并且40 PV時仍沒有下降，因此評價耐沖刷性較好。

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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，工學碩士，2015年畢業于西南石油大學應用化學專業，主要從事油氣田提高采收率相關技術的研究。郵箱：lizhzh9@cnooc.com.cn。

TE39

A

1004-0935（2022）03-0329-03