纳米材料复合CO2 吞吐在稠油油藏的矿场试验

宋 奇，时维才，纪艳娟

（中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州 225009）

油田经过多年开发，已进入开发中后期“高含水、高采出”阶段，油井产量递减快，残余油仅仅靠水驱是很难再被驱出的。挖掘“水驱难驱动残余油”是提高原油采收率面临的主要难题[1]。

随着纳米技术的不断发展以及纳米技术在很多领域的成功应用，国内外科研工作者正在努力尝试将纳米技术与现有提高采收率（EOR）技术融合集成，以解决传统EOR 技术不能解决或难以解决的许多问题，如波及效率低、费用昂贵、苛刻环境下的不适应性及潜在的储层伤害等。CO2吞吐具有大幅度降低原油黏度，提高原油流动性和补充地层能量的特性，华东、辽河等多个油田曾开展CO2吞吐现场试验，取得了一定效果。

为进一步提高CO2吞吐经济效益，通过室内实验和研究，优化出纳米材料、CO2吞吐参数，并在PZ 区块应用，取得较好的增油效果，为稠油油田老区稳产探索出一条新方法。

1 纳米材料复合CO2 吞吐技术

纳米材料复合CO2吞吐技术是在油井中先后注入纳米溶液和CO2介质，焖井一段时间开井生产，利用纳米材料和CO2相互协同和强化，发挥整体驱动作用。前置纳米材料可有利于后续CO2段塞发挥降黏、溶解膨胀、抽提等效用，CO2可以扰动经过纳米溶液作用后的可动残余油，提高洗油剂波及面积；开井后，随地层压力的降低，溶解CO2的原油流动能力增强，采出液含水降低，原油产量提高[2-4]。

2 纳米材料复合CO2 吞吐技术施工参数优化

针对残余油难驱动问题引进新型H 纳米材料，并在实验室内开展了纳米材料对PZ 原油的界面张力、乳化降黏、润湿性改变等性能评价。

2.1 纳米材料的评价与浓度优化

2.1.1 分散稳定性 常温下，纳米H 溶液可均一、稳定分散在水相中，且静置30 d 无明显沉降、分层现象。

2.1.2 降低界面张力性能 用TX500C 全量程界面张力仪测定了纳米H 溶液与PZ 原油在50 ℃下的界面张力，纳米H 溶液对PZ 原油的界面张力可降低至10-2mN/m，具有较好的降低界面张力效果（见表1）。

表1 纳米溶液降低界面张力性能

2.1.3 乳化降黏性能 纳米材料作为前置液注入到地层后与原油发生乳化作用，使高黏度的稠油变为低黏度的水包油乳状液采出，乳化降黏形成的乳状液不需要十分稳定，只要达到流动时分散的要求即可，从而使原油具有较好的流动性，更易流入井筒。在50 ℃条件下，将不同质量分数的纳米H 溶液与PZ 原油（903 mPa·s）以质量比3:7 混合，用搅拌器将其混合均匀，用RS6000流变仪测得混合物的黏度（见表2）。实验结果显示，随着纳米溶液浓度的增加，降黏率增加。纳米H 溶液质量分数为0.005%时，降黏率为98.87%，纳米H 溶液质量分数为0.01%时，降黏率为99.27%。

表2 纳米材料对PZ 原油的降黏评价实验

2.1.4 改变润湿性评价 将岩心薄片放入0.005%纳米H 溶液中在60 ℃下浸泡24 h 以上，取出后放置在60 ℃的烤箱中烘干，得到吸附纳米颗粒的岩心片。利用OCA 光学接触角仪测定改性前后岩心片的润湿性（见图1）。纳米材料可将岩心的润湿性由亲水润湿调整为中性润湿。

图1 纳米H 溶液吸附前后岩心片润湿角变化情况

实验结果表明，纳米H 材料的分散稳定性较好，随着纳米材料浓度的增加，降低油水界面张力和乳化降黏性能更佳，因此在充分考虑经济效益的前提下，确定纳米材料的使用浓度为0.005%。

2.2 CO2 用量和注入参数的优化

2.2.1 CO2注入量 室内实验结果表明，注入量是影响CO2吞吐产油量的主要因素。采用经济效益评价法进行注气量的优化设计。考虑各项费用投入，评价不同注入量下的净收益，从而得到PZ-8 和PZ-11 井设计CO2注入量分别为800 t 和700 t，预计增油量分别为293 t 和407 t。

2.2.2 CO2注入速度 考虑PZ 区块井组多为压裂井，并借鉴邻井经验，确定注入速度30 t/d，同时根据实际注入压力情况动态调整。

2.2.3 注入压力控制 PZ 区块注水井注水压力为11.2 MPa，同时依据注入速度要求，选择注入系统额定压力25.0 MPa。

3 纳米材料复合CO2 吞吐现场试验

PZ 断块为普通稠油油藏，发育5 个砂体，平面上分布稳定，含油面积0.5 km2，地质储量114×104t，长期未得到有效动用，低速低采出开发。结合室内实验和研究，2020 年先后在PZ-8 井和PZ-11 井开展纳米材料复合CO2吞吐技术。

PZ-8 井和PZ-11 井纳米材料CO2注入量、焖井时间和吞吐措施前后日产油量与含水率变化情况（见表3）。截止日前，2 口试验井日增油3.1 t，累增油967.1 t，且持续有效，纳米材料复合CO2吞吐增油效果高于CO2吞吐预测增油效果（700 t）。

表3 纳米材料复合CO2 吞吐现场试验井吞吐前后数据

4 结论与建议

（1）纳米材料能够在水相中均匀分散，可发挥润湿反转、乳化降黏、降低界面张力等多重功效，用量少，效率高，在运移过程提高原油的洗油能力和扩大波及体积。

（2）纳米材料复合CO2吞吐技术可发挥纳米材料和CO2协同降黏、增强原油流动性、抽提等作用，将油层难驱动原油变为可驱替原油，提高原油采收率。

（3）纳米材料复合CO2吞吐技术在PZ-8 和PZ-11井应用，取得较好的增产效果，其增产效果优于CO2吞吐预测效果，为高含水稠油油田老区稳产探索出一条新方法。