2.5低張力納米流體的滲吸采收率

為了研究滲吸過(guò)程中的驅動(dòng)力，Schechter推導了毛管數和重力比的宏觀(guān)參數，即反邦德數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，圓形毛細管為0.4。

NB-1為滲吸機理判別參數，式中沒(méi)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)，重力起主導作用。

為驗證TPHS活性納米流體在滲吸采收率的應用，采用靜態(tài)滲吸實(shí)驗開(kāi)展TPHS及常見(jiàn)表面活性劑復配溶液滲吸效果對比研究，巖心的基本物性參數見(jiàn)表2，不同體系與原油間的界面張力、所計算的反邦德數和滲吸采收率結果見(jiàn)表3，結果表明在滲吸過(guò)程中毛管力起主導作用。

表2巖心物性參數

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，使毛管力的方向與水的吸入方向相同。J-11巖心實(shí)驗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(kāi)始出油。其余5組實(shí)驗中毛管力起主導作用，S-12巖心滲吸過(guò)程呈逆向滲吸的特點(diǎn)，滲吸開(kāi)始后巖心介質(zhì)表面有油滴析出，油滴較小并有拉絲現象，油滴主要集中在側面，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(guò)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(guò)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(guò)程中，出油情況與S-12巖心相似。5組活性納米流體實(shí)驗中，4組實(shí)現了出油。對于親油巖心發(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(zhù)反邦德數增加而降低。

Zhang等通過(guò)對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(cháng)度LC的計算方法，Ma等基于特征長(cháng)度LC定義了無(wú)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(cháng)度，在實(shí)驗條件下用巖心長(cháng)度L和直徑D表示為

通過(guò)靜態(tài)滲吸實(shí)驗對比了不同滲吸配方體系在無(wú)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。課題組前期研究發(fā)現，不同類(lèi)型的表面活性劑體系的滲吸采收率不同，陽(yáng)離子雙子表面活性劑12-2-12對巖心表面油潤濕，在實(shí)驗周期內不出油，1年后才出油；以?xún)尚蕴鸩藟A表面活性劑C12BE為主的滲吸配方體系使得巖心J-3表現為中性潤濕；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(guò)J-13巖心與S-12巖心滲吸實(shí)驗的對比，由于低滲巖心滲吸較慢，在滲吸實(shí)驗的時(shí)間內，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院士認為根據分離壓驅油機理，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(lèi)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，這種自組裝結構形成了垂直于油水界面的高于納米溶液本體的結構分離壓；納米流體界面沿著(zhù)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制滲吸驅油實(shí)驗

采用兩組長(cháng)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)驗對比了在低速驅替條件下的驅油體系0.1%TPHS+0.2%AOS和0.1%TPHS+0.2%AOS+0.05%納米SiO2的驅油效率，結果見(jiàn)圖6。在強制滲吸驅油過(guò)程中浮力、黏滯力和毛管力起作用；驅油過(guò)程可以描述為：初始階段是浮力起主導作用；隨著(zhù)時(shí)間推移，采油速率降低并且達到平衡，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；滲吸驅油實(shí)驗采用二次采油方式，在實(shí)驗條件相同注入量下，加入納米顆粒的低張力納米流體的驅油效率為75.1%，低張力表面活性劑體系的驅油效率為62.4%，納米顆粒加入后表面活性劑體系的驅油效率增加了12.7%；低張力表面活性劑在注入量0.27 PV時(shí)水驅前緣突破（見(jiàn)水），而低張力納米流體在注入量0.4 PV時(shí)才突破見(jiàn)水；加入納米顆粒后，延遲了無(wú)水采油時(shí)間。含有納米顆粒的驅油體系的采出液有明顯的乳化現象，提高了驅替液的流度，納米顆粒和表面活性劑在驅替前緣形成的Pickering乳液穩定了油墻，延遲了水驅突破。

圖6低張力納米流體的強制滲吸驅油效率對比

3結論

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復配后，與原油間的界面張力達到更低的10-2數量級，且具有更高的濁點(diǎn)，拓寬了應用范圍。

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