含有纳米SiO2的注入水改善储层渗透率实验研究

荣 雁

(中石化胜利油田新春公司)

本文以取自油田的岩心为研究对象，采集油田的采出水作为地层水，依据油田的实际注水组分配制了不同矿化度的注入水。以岩心、地层水、注入水为基础，进行了岩心驱替实验，对比了添加纳米SiO2、不添加纳米SiO2以及不同温度条件下的岩心渗透率变化情况，深入研究了纳米SiO2在储层保护中的作用机理。

一、实验

1. 地层水和注入水组分

本文所用地层水采自油田现场，注入水根据油田现场所实际使用的注入水离子成分进行配制，地层水和注入水的离子组分如表1所示。

2. 岩心物理性质

本文实验所用岩心取自油田现场，岩心的主要组分为：石英92%、白云母4%、蒙脱石1%、高岭石2%、钾长石1%。岩心参数为：直径32.86 mm、长度62.76 mm、孔隙度16%、渗透率0.256 mD。

表1 地层水和注入水的离子组分

3. 注入水中纳米SiO2加量的确定

为评价注入水中纳米粒子的活性，在不同纳米SiO2含量的条件下测定了纳米SiO2注入水的导电率，以确定纳米SiO2的最佳浓度。当纳米SiO2的浓度由0增加至0.1%时，溶液电导率的增加速度较大；而当纳米SiO2的浓度由0.%继续增加至0.8%时，溶液电导率的增加速度放缓。因此纳米SiO2的最佳添加浓度为0.1%，在下文的实验中纳米SiO2的添加浓度均为0.1%。

4. 岩心驱替实验

在2 MPa恒定压力下进行岩心驱替实验，以1 mL/min的恒定速度分别将50 000 mg/L、5 000 mg/L和2 000 mg/L矿化度的注入水注入到岩心中，并通过压力传感器对每注入1 V孔隙体积(假设岩样内的总孔隙体积为100 V)注入水时的岩心数据进行检测，并根据实验数据计算岩心的渗透率。

二、结果和讨论

1. 渗透率变化原因分析

微粒运移和盐类沉积是导致岩心渗透率变化的主要因素[7]，为验证在本文的实验过程中的渗透率变化仅由盐类沉积所造成，本文进行了注水过程的微粒运移对比实验。在进行实验时，岩样内部和待注入水均为仅含有NaCl的溶液，其中岩样内部为200 000 mg/L的NaCl溶液，注入水分别为50 000 mg/L、5 000 mg/L、2 000 mg/L的NaCl溶液(NaCl水溶液能加速岩心内部的微粒运移过程[8])。

图1 不同NaCl浓度条件下的相对渗透率变化

从图1实验测试结果可知岩样的渗透率变化仅发生在初始阶段，是由于盐水溶液的注入多导致的。但当盐水溶液的注入体积达到一定程度后，随盐水溶液的注入体积的增加岩心渗透率无明显变化，因此在岩样内部的微粒运动效应并不明显。因此，在本文的研究中排除了微粒运移对岩心渗透率变化的影响因素，岩心渗透率的变化仅由盐类沉积造成。

2. 不添加纳米SiO2的岩心渗透率分析

3. 添加纳米SiO2后的岩心渗透率分析

图2 不同矿化度条件下相对渗透率随注入水体积的变化规律

图3 添加纳米SiO2后相对渗透率随注入水体积的变化规律

从图3和图4中可以发现，当加入纳米SiO2后1#注入水的渗透率明显高于2#注入水和3#注入水，这是由于溶液中的离子强度不同所造成的。溶液中的离子强度由式(1)定义[12-14]：

(1)

式中:Si—离子强度，mol/L；ci—离子浓度，mol/L；zi—电荷数，无量纲。

当溶液中离子浓度增加时，其所具有的离子强度也呈上升的趋势，此时纳米颗粒的周围由离子所形成的双电层受溶液中离子的挤压不断被压缩，其电位梯度增加，因而导致了对阴离子的吸附量的上升，更进一步减少了CaSO4沉淀的产生，提高了岩心的渗透率[15-18]。

图4 40℃条件下纳米SiO2对相对渗透率影响的对比分析

以不添加纳米二氧化硅条件下，注入水和地层水混合后CaSO4沉淀的生成量为基础，通过实验得到添加纳米SiO2后CaSO4沉淀的减少率如图5所示，从图5中可以发现添加纳米SiO2后，CaSO4沉淀出现了明显的降低。

图5 添加纳米SiO2的后CaSO4减少率变化规律

四、结论

(1)纳米SiO2颗粒在防止CaSO4沉淀的产生和储层保护方面具有较为明显的作用，对油田的注水工艺改进具有一定的指导意义。

(2)在40℃条件下，未添加纳米SiO2时1#注入水的平均相对渗透率仅为0.261，添加纳米SiO2后上升至0.92。

(3)在25℃～40℃范围内，岩心的渗透率随温度的增加而呈逐渐上升的趋势；而当温度继续上升至80℃时，岩心的渗透率随温度的增加而呈降低的趋势。