2.5低張力納米流體的滲吸采收率

為了研究滲吸過程中的驅(qū)動(dòng)力，Schechter推導(dǎo)了毛管數(shù)和重力比的宏觀參數(shù)，即反邦德數(shù)NB-1：

式中：σ—油水界面張力，mN/m；φ—多孔介質(zhì)的孔隙度，%；K—多孔介質(zhì)的滲透率，10-3μm2；Δρ—油水密度差，g/cm3；H—多孔介質(zhì)的高度，cm；C—與多孔介質(zhì)的幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)，圓形毛細(xì)管為0.4。

NB-1為滲吸機(jī)理判別參數(shù)，式中沒有考慮巖石潤濕性。NB-1＞5時(shí)，毛管力在滲吸作用中起主導(dǎo)作用；1＜NB-1＜5時(shí)，重力和毛管力同時(shí)起作用；NB-1＜＜1時(shí)，重力起主導(dǎo)作用。

為驗(yàn)證TPHS活性納米流體在滲吸采收率的應(yīng)用，采用靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)開展TPHS及常見表面活性劑復(fù)配溶液滲吸效果對(duì)比研究，巖心的基本物性參數(shù)見表2，不同體系與原油間的界面張力、所計(jì)算的反邦德數(shù)和滲吸采收率結(jié)果見表3，結(jié)果表明在滲吸過程中毛管力起主導(dǎo)作用。

表2巖心物性參數(shù)

表3不同滲吸體系的滲吸采收率

親油性巖石發(fā)生滲吸的前提條件是潤濕性反轉(zhuǎn)，使毛管力的方向與水的吸入方向相同。J-11巖心實(shí)驗(yàn)中重力和毛管力同時(shí)起作用，放入巖心后不出油，滲吸液一直呈渾濁狀態(tài)，直至一年后才開始出油。其余5組實(shí)驗(yàn)中毛管力起主導(dǎo)作用，S-12巖心滲吸過程呈逆向滲吸的特點(diǎn)，滲吸開始后巖心介質(zhì)表面有油滴析出，油滴較小并有拉絲現(xiàn)象，油滴主要集中在側(cè)面，在12 h后巖心頂部有大量油滴析出，且體積較大。S-1巖心滲吸過程中，只有巖心頂部有油滴析出，油滴體積較大。J-3巖心在滲吸過程中以順向滲吸為主，主要是巖心頂部緩慢出油；J-16巖心在滲吸過程中，出油情況與S-12巖心相似。5組活性納米流體實(shí)驗(yàn)中，4組實(shí)現(xiàn)了出油。對(duì)于親油巖心發(fā)生滲吸的前提條件是潤濕性的改變，因此實(shí)驗(yàn)證明活性納米流體能夠改變親油巖心的潤濕性，最終采收率大致隨著反邦德數(shù)增加而降低。

Zhang等通過對(duì)油水黏度取幾何平均、考慮巖心大小、形狀和邊界條件，給出特征長度LC的計(jì)算方法，Ma等基于特征長度LC定義了無因次時(shí)間td：

式中：t—滲吸采收時(shí)間，min；K—多孔介質(zhì)的滲透率，μm2；—多孔介質(zhì)孔隙度，1；μw—水的黏度，mPa·s；μo—油的黏度，mPa·s；LC—巖心的特征長度，在實(shí)驗(yàn)條件下用巖心長度L和直徑D表示為

通過靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)對(duì)比了不同滲吸配方體系在無因次時(shí)間條件下的滲吸采收率，如圖5所示，圖中斜率越大，表明水潤濕性越強(qiáng)。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的表面活性劑體系的滲吸采收率不同，陽離子雙子表面活性劑12-2-12對(duì)巖心表面油潤濕，在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)不出油，1年后才出油；以兩性甜菜堿表面活性劑C12BE為主的滲吸配方體系使得巖心J-3表現(xiàn)為中性潤濕；以陰非離子表面活性劑TPHS和AEC為主的滲吸配方體系使得巖心水潤濕，采收率較高。以合成的陰非離子表面活性劑TPHS為主的滲吸配方體系具有最快的滲吸采油速率和最高的采收率。

圖5低張力納米流體滲吸體系在大慶低滲天然巖心中的采收率

通過J-13巖心與S-12巖心滲吸實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，由于低滲巖心滲吸較慢，在滲吸實(shí)驗(yàn)的時(shí)間內(nèi)，納米SiO2粒子的加入能夠提高采收率4.47%，其原理是納米粒子與表面活性劑的潤濕協(xié)同作用。納米流體加入后滲吸采油速率更快。Wasam院士認(rèn)為根據(jù)分離壓驅(qū)油機(jī)理，納米粒子處在油/水/巖石三相鍥形界面處，低張力納米流體在鋪展流體邊界形成類似固體的有序組合體，在本體溶液中形成液體的分子有序組合體；低張力納米流體在油/水/巖石三相鍥形界面處形成二維層狀自組裝體，這種自組裝結(jié)構(gòu)形成了垂直于油水界面的高于納米溶液本體的結(jié)構(gòu)分離壓；納米流體界面沿著油滴和巖石剝離的方向移動(dòng)，最終使得油滴從巖石表面脫附。

2.6低張力納米流體的強(qiáng)制滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

采用兩組長填砂管（孔隙度均為45.50%，滲透率均為700×10-3μm2，含油飽和度約60%）實(shí)驗(yàn)對(duì)比了在低速驅(qū)替條件下的驅(qū)油體系0.1%TPHS+0.2%AOS和0.1%TPHS+0.2%AOS+0.05%納米SiO2的驅(qū)油效率，結(jié)果見圖6。在強(qiáng)制滲吸驅(qū)油過程中浮力、黏滯力和毛管力起作用；驅(qū)油過程可以描述為：初始階段是浮力起主導(dǎo)作用；隨著時(shí)間推移，采油速率降低并且達(dá)到平衡，這時(shí)浮力大小與毛管力與黏滯力的和相等，停止出油。圖中的含水率變化反映了油墻的突破和聚集；滲吸驅(qū)油實(shí)驗(yàn)采用二次采油方式，在實(shí)驗(yàn)條件相同注入量下，加入納米顆粒的低張力納米流體的驅(qū)油效率為75.1%，低張力表面活性劑體系的驅(qū)油效率為62.4%，納米顆粒加入后表面活性劑體系的驅(qū)油效率增加了12.7%；低張力表面活性劑在注入量0.27 PV時(shí)水驅(qū)前緣突破（見水），而低張力納米流體在注入量0.4 PV時(shí)才突破見水；加入納米顆粒后，延遲了無水采油時(shí)間。含有納米顆粒的驅(qū)油體系的采出液有明顯的乳化現(xiàn)象，提高了驅(qū)替液的流度，納米顆粒和表面活性劑在驅(qū)替前緣形成的Pickering乳液穩(wěn)定了油墻，延遲了水驅(qū)突破。

圖6低張力納米流體的強(qiáng)制滲吸驅(qū)油效率對(duì)比

3結(jié)論

采用“一鍋煮”法合成了一種陰非離子表面活性劑TPHS，具有合成時(shí)間短、產(chǎn)率高的特點(diǎn)，能夠有效降低油水界面張力，并具有優(yōu)良的耐溫抗鹽能力。

陰非離子表面活性劑TPHS與陰離子表面活性劑AOS復(fù)配后，與原油間的界面張力達(dá)到更低的10-2數(shù)量級(jí)，且具有更高的濁點(diǎn)，拓寬了應(yīng)用范圍。

少量納米SiO2顆粒與TPHS、AOS復(fù)配即可產(chǎn)生潤濕協(xié)同作用，提高滲吸速率和采收率，并能形成乳液穩(wěn)定油墻，延長無水采油期。