含有納米SiO2的注入水改善儲層滲透率實驗研究

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象，采集油田的采出水作為地層水，依據油田的實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，進行了巖心驅替實驗，對比了添加納米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在儲層保護中的作用機理。

一、實驗

1. 地層水和注入水組分

本文所用地層水采自油田現場，注入水根據油田現場所實際使用的注入水離子成分進行配制，地層水和注入水的離子組分如表1所示。

2. 巖心物理性質

本文實驗所用巖心取自油田現場，巖心的主要組分為：石英92%、白云母4%、蒙脫石1%、高嶺石2%、鉀長石1%。巖心參數為：直徑32.86 mm、長度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

為評價注入水中納米粒子的活性，在不同納米SiO2含量的條件下測定了納米SiO2注入水的導電率，以確定納米SiO2的最佳濃度。當納米SiO2的濃度由0增加至0.1%時，溶液電導率的增加速度較大；而當納米SiO2的濃度由0.%繼續增加至0.8%時，溶液電導率的增加速度放緩。因此納米SiO2的最佳添加濃度為0.1%，在下文的實驗中納米SiO2的添加濃度均為0.1%。

4. 巖心驅替實驗

在2 MPa恒定壓力下進行巖心驅替實驗，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每注入1 V孔隙體積(假設巖樣內的總孔隙體積為100 V)注入水時的巖心數據進行檢測，并根據實驗數據計算巖心的滲透率。

二、結果和討論

1. 滲透率變化原因分析

微粒運移和鹽類沉積是導致巖心滲透率變化的主要因素[7]，為驗證在本文的實驗過程中的滲透率變化僅由鹽類沉積所造成，本文進行了注水過程的微粒運移對比實驗。在進行實驗時，巖樣內部和待注入水均為僅含有NaCl的溶液，其中巖樣內部為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部的微粒運移過程[8])。

圖1 不同NaCl濃度條件下的相對滲透率變化

從圖1實驗測試結果可知巖樣的滲透率變化僅發生在初始階段，是由于鹽水溶液的注入多導致的。但當鹽水溶液的注入體積達到一定程度后，隨鹽水溶液的注入體積的增加巖心滲透率無明顯變化，因此在巖樣內部的微粒運動效應并不明顯。因此，在本文的研究中排除了微粒運移對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滲透率隨注入水體積的變化規律

圖3 添加納米SiO2后相對滲透率隨注入水體積的變化規律

從圖3和圖4中可以發現，當加入納米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度不同所造成的。溶液中的離子強度由式(1)定義[12-14]：

(1)

式中:Si—離子強度，mol/L；ci—離子濃度，mol/L；zi—電荷數，無量綱。

當溶液中離子濃度增加時，其所具有的離子強度也呈上升的趨勢，此時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，因而導致了對陰離子的吸附量的上升，更進一步減少了CaSO4沉淀的產生，提高了巖心的滲透率[15-18]。

圖4 40℃條件下納米SiO2對相對滲透率影響的對比分析

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，通過實驗得到添加納米SiO2后CaSO4沉淀的減少率如圖5所示，從圖5中可以發現添加納米SiO2后，CaSO4沉淀出現了明顯的降低。

圖5 添加納米SiO2的后CaSO4減少率變化規律

四、結論

(1)納米SiO2顆粒在防止CaSO4沉淀的產生和儲層保護方面具有較為明顯的作用，對油田的注水工藝改進具有一定的指導意義。

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

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