海上油田注水井復(fù)合納米降壓增注技術(shù)研究

任坤峰，舒福昌，林科雄，羅 剛

（1. 長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州 434023；2. 荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北荊州 434000）

海上油田注水井復(fù)合納米降壓增注技術(shù)研究

任坤峰1,2，舒福昌1，林科雄2，羅 剛2

（1. 長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州 434023；2. 荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北荊州 434000）

為解決海上油田注水井壓力升高過快，欠注現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，在室內(nèi)復(fù)配了一種適合于海上油田注水井的復(fù)合納米降壓增注物料體系。進(jìn)而評(píng)價(jià)了該體系的穩(wěn)定性、界面活性、防膨性能、改變巖石潤(rùn)濕性能以及降低微粒運(yùn)移傷害能力，還通過巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了其降壓增注效果。結(jié)果表明，該復(fù)合納米降壓增注體系具有良好的穩(wěn)定性和界面性能，在儲(chǔ)層溫度下放置50 d后界面張力仍然可以穩(wěn)定在10-2mN/m的數(shù)量級(jí)。體系對(duì)巖心粉末的防膨率可以達(dá)到96.7%，并且可以有效改變巖石表面潤(rùn)濕性。使用該復(fù)合納米降壓增注物料處理后的驅(qū)替液顆?？倲?shù)以及粒徑中值都明顯降低，說明其具有較好的降低微粒運(yùn)移堵塞的可能性。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)增注措施處理以后壓力降低率均可以達(dá)到35%以上，可見復(fù)合納米降壓增注物料體系具有明顯的減阻效果，能夠滿足海上油田注水井長(zhǎng)期降壓增注的需要。

注水井；納米材料；表面活性劑；降壓增注

海上某油田注水井在注水過程中由于注入水水質(zhì)較差、儲(chǔ)層敏感性等原因，導(dǎo)致大多數(shù)注水井注水壓力上升過快，普遍存在注水困難的現(xiàn)象[1]。分析海上油田注水井儲(chǔ)層特征以及注入水水質(zhì)等因素，找出注水井壓力升高以及欠注的主要原因。儲(chǔ)層黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為18.5% ～ 22.6%，成份多為蒙脫石、伊利石和高嶺石，黏土礦物含量較高在注水過程中易導(dǎo)致水敏性堵塞以及出砂或微粒運(yùn)移傷害。注水層位屬于中高孔、中低滲儲(chǔ)層，現(xiàn)場(chǎng)注入水水質(zhì)較差，懸浮物含量以及含油量均超標(biāo)，易導(dǎo)致地層堵塞。注水井投注以來采取過數(shù)次酸化解堵增注措施，酸化后有一定的效果，但是吸水能力下降很快，酸化有效期較短[2-3]。所以，如何解決海上油田降壓增注的技術(shù)問題以及延長(zhǎng)注水井注水有效期成為當(dāng)前研究的重要課題。

和中鐵總公司成立公司我認(rèn)為順豐除了業(yè)務(wù)的需要，也有政治上的考量，包括軍民融合等，這符合國家的戰(zhàn)略方向，說明王衛(wèi)在政治上的成熟。

納米聚硅材料是一種新型的注水增注劑，是在油田開發(fā)中對(duì)納米技術(shù)應(yīng)用的一次重要試驗(yàn)。其主要成分為二氧化硅的化學(xué)改性產(chǎn)品，是一種無毒、無味、無污染的無機(jī)非金屬材料。該材料在油田注水開發(fā)中具有廣泛的應(yīng)用前景[4]。其使用流程與作用機(jī)理是：伴隨著注水過程向地層中注入一定量的納米聚硅材料，這些材料的活性成分將吸附在巖石孔隙內(nèi)表面，會(huì)驅(qū)逐地層孔隙內(nèi)的水膜，從而使水膜變薄，增大地層中孔隙、喉道的有效體積，也就降低注入水的流動(dòng)阻力。并且由于其具有較強(qiáng)的憎水性能，也即隔開了地層巖石與水的接觸，因此可以有效防止黏土顆粒膨脹、運(yùn)移[5]。納米活性成分還具有較強(qiáng)的耐沖刷能力，從而可以長(zhǎng)期地降低注水壓力，最終達(dá)到長(zhǎng)期有效地降壓增注的目的。

本文針對(duì)海上油田注水井注水過程中壓力升高過快、經(jīng)酸化解堵后所維持的有效期短等問題，依據(jù)功能需求來復(fù)配了一種適合于海上油田注水井的復(fù)合納米降壓增注物料體系，在室內(nèi)評(píng)價(jià)了該降壓增注體系的性能，為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供參考。

第一，跟生產(chǎn)條件相聯(lián)系，明確施肥量。在近些年來，各地有效開展測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，深入研究小麥測(cè)土配方技術(shù)，掌握了在不同生態(tài)條件下小麥的施肥規(guī)律、供肥性能和肥料效應(yīng)等參數(shù)，應(yīng)按照不同的環(huán)境和條件，科學(xué)測(cè)量施肥量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：納米聚硅粉末，復(fù)配表面活性劑，助分散劑，NH4Cl，模擬地層水（礦化度為20 542 mg/L），儲(chǔ)層脫氣原油，中性煤油，儲(chǔ)層天然巖心。

儀器：燒杯，離心管，水浴鍋，磁力攪拌裝置，電子天平，真空干燥箱，JZ-200系列自動(dòng)界面張力儀，RC-2100型電阻法顆粒計(jì)數(shù)器，HARKESPCA視頻接觸角測(cè)定儀，80-2型電動(dòng)離心機(jī)，巖心浸沒飽和實(shí)驗(yàn)裝置，巖心流體驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置。

1.2 復(fù)合納米降壓增注體系的制備

在室溫下往99 mL蒸餾水中加入一定質(zhì)量的復(fù)配表面活性劑和助分散劑，攪拌使其完全溶解后將溫度升高至60 ℃，再加入1.0 g的納米聚硅粉末，放在60 ℃水浴中使用磁力攪拌裝置攪拌著反應(yīng)1 h，然后繼續(xù)升高溫度至90 ℃并且經(jīng)歷3 h恒溫，得到清澈透明的復(fù)合納米降壓增注物料體系，納米聚硅材料的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%。

1.3 性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法

④牧羊有限公司結(jié)合前期研究成果和實(shí)踐生產(chǎn)結(jié)果后，對(duì)現(xiàn)有的五軸組合調(diào)質(zhì)器進(jìn)行了升級(jí)和改進(jìn)，RHP3600型高剪切調(diào)質(zhì)器，保證了調(diào)質(zhì)器中物料的淀粉糊化度，從而進(jìn)一步提高了膨化料的產(chǎn)品品質(zhì)。

1.3.1 體系穩(wěn)定性及表面/界面張力實(shí)驗(yàn)

將制備的復(fù)合納米降壓增注體系，在儲(chǔ)層溫度（60 ℃）條件下放置不同天數(shù)后，觀察溶液是否澄清，判斷體系的穩(wěn)定性。并使用JZ-200系列自動(dòng)界面張力儀測(cè)定放置不同時(shí)間后的表面張力以及與中性煤油之間的界面張力，評(píng)價(jià)體系的界面性能。

1.3.3 改變巖石潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)

將研磨粉碎的天然巖心粉末加入到制備好的復(fù)合納米降壓增注溶液中，再將混合溶液置于離心管中，在60 ℃下靜置2 h，然后放入離心機(jī)中分離15 min（轉(zhuǎn)速1 500 r/min），記錄巖心粉末膨脹體積V1；由煤油和蒸餾水分別代替復(fù)合納米降壓增注溶液再重復(fù)上述步驟，分別測(cè)定巖心粉末在水中的膨脹體積V2和在煤油中的膨脹體積V0；采用B = ( V2- V1）/（V2- V0）×100%來計(jì)算防膨率。

1.3.2 防膨性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

先將洗油烘干的塊狀儲(chǔ)層天然巖心切片浸沒于模擬地層水中飽和，然后將巖心切片懸掛于復(fù)合納米降壓增注溶液中（容器放在恒溫60 ℃的水浴鍋中）浸泡24 h，浸泡過程中要保持巖心切片垂直。此后，取出巖心切片用水沖刷一定時(shí)間后烘干，再用接觸角測(cè)定儀測(cè)量水滴在其表面上的接觸角。為了進(jìn)行“空白對(duì)比”，將另一塊巖心切片只用模擬地層水浸沒飽和，并且烘干，也測(cè)量水滴在這塊未經(jīng)復(fù)合納米降壓增注溶液處理的巖心上的接觸角，從而判斷潤(rùn)濕性的變化。

（3）使用RC-2100型電阻法顆粒計(jì)數(shù)器測(cè)定以上兩次接收的驅(qū)替液，分析復(fù)合納米降壓增注體系處理前后驅(qū)替液的顆粒分布情況。

1.3.4 降低微粒運(yùn)移傷害實(shí)驗(yàn)

（1）選取天然巖心經(jīng)洗油后先以模擬地層水浸沒、飽和，接著使用地層水在60 ℃下以0.5 mL / min的流速進(jìn)行巖心流體驅(qū)替，接收一定量驅(qū)替液待用。

更重要的是，人工智能擁有獨(dú)特的非人能力，這使得人工智能和人類工作者之間的區(qū)別不僅僅是程度上的差異。人工智能所具有的兩種特別重要的非人能力是連通性和可更新性。

（2）再注入2倍于巖心孔隙體積的復(fù)合納米降壓增注體系后在60 ℃下老化巖心24 h，使用地層水以相同的流速繼續(xù)驅(qū)替巖心，接收與步驟（1）相同體積的驅(qū)替液待用。

我在那個(gè)晚上極其無聊，我先去找沈天祥，沈天祥的母親說他中午出門以后一直沒有回來，我又去找王飛，王飛躺在床上面紅耳赤，他被四十度的高熱燒得頭昏腦脹。最后我去了陳力慶的家，陳力慶正拍著桌子在和他父親吵架，我的腳都沒有跨進(jìn)陳力慶的家門，我不愿意把自己卷進(jìn)別人的爭(zhēng)吵之中，尤其是父子之間的爭(zhēng)吵。

3.合作型智能交通是系統(tǒng)發(fā)展的新熱點(diǎn)。城市交通是由人、車、路和環(huán)境四要素集合而成的系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度而言，各個(gè)要素之間協(xié)同發(fā)展，各個(gè)系統(tǒng)界面之間友好互通是系統(tǒng)有效運(yùn)作的關(guān)鍵。美國和日本等發(fā)達(dá)國家2009年便提出了 “合作系統(tǒng) （Cooperative System in the Field of ITS）”的觀點(diǎn)，并開始了合作型智能交通的開發(fā)工作。我國提出的“車聯(lián)網(wǎng)”概念也是合作型智能交通理念的體現(xiàn)。縱觀國內(nèi)外智能交通管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，將新一代信息技術(shù)應(yīng)用于人、車、路和環(huán)境的系統(tǒng)界面互聯(lián)中，實(shí)現(xiàn)更加智能化、安全化、高效化、經(jīng)濟(jì)化以及綠色的合作型交通管理系統(tǒng)是未來發(fā)展的新熱點(diǎn)。

2.2 防膨性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 改變巖石潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

要為一張普通肖像照增添一些藝術(shù)感，只需用Photoshop合成兩張照片，就可以輕松地創(chuàng)作出花卉重曝人像作品。快來試試吧！

（2）將巖心裝入巖心夾持器中，加環(huán)壓至3.0 MPa，啟動(dòng)平流泵，使用0.5 mL/min的流速驅(qū)替模擬地層水至壓力穩(wěn)定，記錄該穩(wěn)定壓力。

（3）注入1倍于巖心總孔隙體積的2.5% NH4C1溶液。

（4）再注入2倍于巖心孔隙體積的復(fù)合納米降壓增注溶液，記錄壓力變化情況，在60 ℃下靜置24 h。

（5）繼續(xù)以相同的流速使用模擬地層水驅(qū)替，記錄驅(qū)替不同孔隙體積所對(duì)應(yīng)的壓力變化情況，直至壓力穩(wěn)定，評(píng)價(jià)復(fù)合納米降壓增注體系的降壓增注效果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 體系穩(wěn)定性及表面/界面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按1.3.1所述的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定復(fù)合納米降壓增注體系在60 ℃下放置不同天數(shù)后的穩(wěn)定性以及表面/界面張力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 體系穩(wěn)定性與界面性能評(píng)價(jià)結(jié)果

由表1可知，復(fù)合納米降壓增注物料體系在60 ℃下放置50 d后仍具有較好的穩(wěn)定性，界面張力穩(wěn)定在10-2mN/m數(shù)量級(jí)，說明復(fù)合納米降壓增注物料體系具有較好的穩(wěn)定性以及界面性能。

1.3.5 巖心驅(qū)替降壓增注實(shí)驗(yàn)

在改革開放大潮中推動(dòng)新型工業(yè)化實(shí)現(xiàn)新跨越…………………………………………… 中共工業(yè)和信息化部黨組（10.4）

按照1.3.2所述的實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)得所制備的復(fù)合納米降壓增注物料體系的防膨率可以達(dá)到96.7%，說明該體系在注入地層中后，能夠有效防止黏土顆粒的膨脹，防止水敏現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而降低注水壓力。

（1）將油藏的巖心洗油烘干，稱其干重；抽真空后以模擬地層水浸沒、飽和，稱其濕重，計(jì)算巖心的孔隙體積和孔隙度。

計(jì)算傳播科學(xué)、社交媒體和大數(shù)據(jù)正在重塑人際傳播乃至整個(gè)社會(huì)。人際傳播數(shù)據(jù)量級(jí)和維度的迭代持續(xù)更新著信息連接、暴露呈現(xiàn)、社會(huì)影響的現(xiàn)有規(guī)范。[2]短視頻看上去呈現(xiàn)的是內(nèi)容，但內(nèi)容的展現(xiàn)越來越和新技術(shù)捆綁在一起。短視頻是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，未來更依賴于大數(shù)據(jù)、人工智能和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)濾鏡算法、交互算法的迭代。未來已來的呼聲一浪高過一浪，如果說未來十年是短視頻的時(shí)代，那么十年之后等待人類的必將是更令人意想不到的AR、VR、MR、CR混合的媒介形式?？h級(jí)融媒體的短視頻建設(shè)只是一個(gè)起點(diǎn)，未來值得擁抱的還有更加緊密的連接形態(tài)。

按1.3.3所述的實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)定水滴在復(fù)合納米降壓增注物料體系處理前后巖心切片上的接觸角，測(cè)定結(jié)果見表2。

由表5可以看出，第1期CPI對(duì)自身變動(dòng)的貢獻(xiàn)率為51.6%，至第11期之后趨于平穩(wěn)，穩(wěn)定在40.6%左右；第1期農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格對(duì)CPI的變動(dòng)貢獻(xiàn)率為48.4%，在第11期趨于平穩(wěn)，穩(wěn)定在59.4%左右。

表2 改變巖石潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，只是以模擬地層水飽和的巖心切片，水滴接觸角為37.8°，而經(jīng)過復(fù)合納米降壓增注液處理后的巖心切片，納米聚硅材料將吸附在巖心切片的表面，使巖心表面呈現(xiàn)出明顯的疏水性，水滴接觸角變?yōu)?27.6°。說明該復(fù)合納米降壓增注體系具有較好的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力。

2.4 降低微粒運(yùn)移傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按1.3.4所述的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定復(fù)合納米降壓增注物料體系處理前后驅(qū)替液的顆粒分布情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

由圖1和圖2可以看出，注入復(fù)合納米降壓增注物料體系處理后的驅(qū)替液顆?？倲?shù)從49 283降低至28 364，粒徑中值D50從5.76 μm降低至1.14 μm，兩項(xiàng)數(shù)值都有明顯降低，這說明復(fù)合納米降壓增注液注入巖心孔隙中以后，納米顆粒吸附在巖石孔隙表面，減小巖石與水相的接觸面積，進(jìn)而降低水流對(duì)巖石顆粒的沖刷作用力，也就降低了出砂和微粒運(yùn)移傷害的可能。

2.5 降壓增注巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按1.3.5所述的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定復(fù)合納米降壓增注物料體系對(duì)巖心降壓增注的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖1 以模擬地層水驅(qū)替時(shí)驅(qū)替液中粒度分布圖

圖2 經(jīng)復(fù)合納米降壓增注液處理后驅(qū)替液中粒度分布圖

表3 巖心驅(qū)替降壓增注實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在復(fù)合納米降壓增注物料體系注入以后，四塊天然巖心的壓力降低率均可以達(dá)到35%以上，可見復(fù)合納米降壓增注體系具有明顯的減阻效果。繼續(xù)驅(qū)替至100倍量，注入壓力基本維持在增注后穩(wěn)定時(shí)的壓力值，說明納米活性成分吸附在巖心孔隙表面后，具有較強(qiáng)的耐沖刷能力，能夠較長(zhǎng)時(shí)間的降低注水壓力，可以滿足海上油田注水井長(zhǎng)期降壓增注的需求。

3 結(jié)論

（1）依據(jù)功能需求復(fù)配完成了一種適合于海上油田注水井的復(fù)合納米降壓增注物料體系，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了該體系的穩(wěn)定性、界面性能、防膨性能、改變巖石潤(rùn)濕性能以及降低微粒運(yùn)移傷害能力，并且也由巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了體系的降壓增注效果。

步驟3：在連續(xù)虛擬陣列流型的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(17)～(21)進(jìn)行空域平滑，得到虛擬陣列的接收信號(hào)協(xié)方差矩陣；

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合納米降壓增注物料體系具有良好的穩(wěn)定性和界面性能，在儲(chǔ)層溫度下放置50 d后界面張力可以穩(wěn)定在10-2mN/m的數(shù)量級(jí)。該體系對(duì)巖心粉末的防膨率可以達(dá)到96.7%，并且可以有效改變巖石表面潤(rùn)濕性。使用復(fù)合納米降壓增注物料處理后的驅(qū)替液顆?？倲?shù)以及粒徑中值都明顯降低，說明其較好地降低了儲(chǔ)層中微粒運(yùn)移、堵塞的可能性。

（3）四塊巖心的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)以上增注措施處理以后壓力降低率均可以達(dá)到35%以上，繼續(xù)驅(qū)替至100倍量，注入壓力仍然維持在增注后穩(wěn)定時(shí)的壓力值，可見復(fù)合納米降壓增注物料體系具有明顯的減阻效果，可以達(dá)到海上油田注水井長(zhǎng)期降壓增注的目的。

[1]鄭強(qiáng). 低滲及稠油油藏水井表面活性劑降壓增注技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 石油化工應(yīng)用， 2012， 31（7）： 14-17.

[2]彭雪飛， 馮浦涌， 黃雷， 等. 海上高溫低滲油田酸化技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 海洋石油， 2008， 28（2）： 73-76.

[3]顧燕凌， 向蓉， 何志英. 西峰油田酸化增產(chǎn)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].海洋石油， 2009， 29（4）： 65-68.

[4]柯?lián)P船， 魏光耀. 納米材料在石油天然氣田開發(fā)中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 油田化學(xué)， 2008， 25（2）： 189-192.

[5]張德華. 聚硅納米增注技術(shù)在純梁油區(qū)低滲透油田的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工， 2013（10）： 100-101.

Study on the Technology of Composite Nano Depressurization and Augmented Injection for Water Injection Well in Offshore Oil Field

REN Kunfeng1,2, SHU Fuchang1, LIN Kexiong2, LUO Gang2
（1. College of Chemistry and Environmental Engineering, Yangtze University, Hubei Jingzhou 434023, China；2. Jingzhou Hanc New-Tec Research Institute, Hubei Jingzhou 434000, China）

In order to solve the rapid increase of pressure and under injection of water injection wells in offshore oilfield, a composite nano depressurization and augmented injection system for water injection well in offshore oilfield was developed. The stability, interfacial activity, anti-swelling property, change of the rock wettability, and the ability to reduce the migration and damage of the particles were evaluated. Meanwhile, the effect of depressurization and augmented injection was demonstrated by the displacement experiment. The results show that the composite nano depressurization and augmented injection has a good stability and interfacial property, and the interfacial tension can be stabilized at 10-2mN/m when placed under the simulated reservoir temperature for 50 days. The anti-swelling rate of core powder can reach 96.7%, which can effectively change the surface wettability of rock. The total number of the particles and the median diameter of the flooding particles were significantly decreased after treating by the system, it means the possibility of blockage caused by particle migration can be reduced to some extent. Core flooding experiments showed that the depressurization rate reaches more than 35% after taking the augmented injection measure. It can be concluded that the drag reducing effect of the composite nano depressurization and augmented injection system is obvious, and can meet the needs of longterm depressurization and augmented injection of water injection wells in offshore oilfield.

Water injection well; nanometer material; surfactant; depressurization and augmented injection

TE357.6

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2016.04.061

1008-2336（2016）04-0061-04

2016-05-09；改回日期：2016-05-26

任坤峰，男，1986年生，碩士，工程師，一直從事油田化學(xué)研究工作。

E-mail：476557367@qq.com。