2.5低張力納米(mi)流體的(de)滲吸(xi)采收率

為了研(yan)究滲(shen)吸過(guo)程(cheng)中的(de)驅動力，Schechter推導了毛管數和重力比的(de)宏(hong)觀(guan)參(can)數，即反邦德數NB-1：

式中：σ—油水界面張力，mN/m；φ—多孔(kong)介(jie)質的孔(kong)隙度(du)，%；K—多孔(kong)介(jie)質的滲透率，10-3μm2；Δρ—油水密度(du)差，g/cm3；H—多孔(kong)介(jie)質的高度(du)，cm；C—與多孔(kong)介(jie)質的幾何尺寸有關的常數，圓(yuan)形(xing)毛細管(guan)為0.4。

NB-1為滲(shen)吸(xi)機(ji)理判別參數(shu)，式中沒有考(kao)慮巖石潤(run)濕性。NB-1＞5時(shi)(shi)，毛管力(li)(li)在滲(shen)吸(xi)作用(yong)中起(qi)主導(dao)(dao)作用(yong)；1＜NB-1＜5時(shi)(shi)，重(zhong)力(li)(li)和毛管力(li)(li)同時(shi)(shi)起(qi)作用(yong)；NB-1＜＜1時(shi)(shi)，重(zhong)力(li)(li)起(qi)主導(dao)(dao)作用(yong)。

為驗證TPHS活(huo)性(xing)納米流體在滲吸(xi)采(cai)收(shou)率(lv)的(de)應用，采(cai)用靜態(tai)滲吸(xi)實(shi)驗開展TPHS及(ji)常(chang)見表(biao)面(mian)活(huo)性(xing)劑復配溶液滲吸(xi)效果(guo)對比(bi)研究，巖心的(de)基(ji)本(ben)物性(xing)參數見表(biao)2，不(bu)同體系與原油間的(de)界面(mian)張力、所計算的(de)反(fan)邦德數和滲吸(xi)采(cai)收(shou)率(lv)結(jie)果(guo)見表(biao)3，結(jie)果(guo)表(biao)明在滲吸(xi)過(guo)程中毛管(guan)力起主(zhu)導(dao)作用。

表2巖心物(wu)性參數

表(biao)3不同滲吸(xi)(xi)體系的滲吸(xi)(xi)采收率

親(qin)油(you)(you)(you)性巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)石發(fa)生(sheng)(sheng)滲吸(xi)的(de)(de)(de)前(qian)提(ti)條(tiao)件是(shi)潤(run)濕(shi)性反轉(zhuan)，使毛管力(li)的(de)(de)(de)方向(xiang)與(yu)水的(de)(de)(de)吸(xi)入方向(xiang)相同。J-11巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)實驗(yan)(yan)中(zhong)重力(li)和毛管力(li)同時起作用(yong)，放入巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)后不出(chu)(chu)(chu)油(you)(you)(you)，滲吸(xi)液一直呈(cheng)渾濁狀(zhuang)態，直至(zhi)一年后才開(kai)始出(chu)(chu)(chu)油(you)(you)(you)。其(qi)余5組實驗(yan)(yan)中(zhong)毛管力(li)起主(zhu)導(dao)作用(yong)，S-12巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)滲吸(xi)過(guo)程(cheng)(cheng)呈(cheng)逆向(xiang)滲吸(xi)的(de)(de)(de)特點，滲吸(xi)開(kai)始后巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)介質表面有(you)油(you)(you)(you)滴(di)(di)(di)析出(chu)(chu)(chu)，油(you)(you)(you)滴(di)(di)(di)較(jiao)小并有(you)拉絲現象，油(you)(you)(you)滴(di)(di)(di)主(zhu)要(yao)集中(zhong)在(zai)側(ce)面，在(zai)12 h后巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)頂(ding)部(bu)(bu)(bu)有(you)大(da)(da)量(liang)油(you)(you)(you)滴(di)(di)(di)析出(chu)(chu)(chu)，且體積較(jiao)大(da)(da)。S-1巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)滲吸(xi)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，只有(you)巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)頂(ding)部(bu)(bu)(bu)有(you)油(you)(you)(you)滴(di)(di)(di)析出(chu)(chu)(chu)，油(you)(you)(you)滴(di)(di)(di)體積較(jiao)大(da)(da)。J-3巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)在(zai)滲吸(xi)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)以順向(xiang)滲吸(xi)為主(zhu)，主(zhu)要(yao)是(shi)巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)頂(ding)部(bu)(bu)(bu)緩(huan)慢出(chu)(chu)(chu)油(you)(you)(you)；J-16巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)在(zai)滲吸(xi)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，出(chu)(chu)(chu)油(you)(you)(you)情況與(yu)S-12巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)相似。5組活(huo)性納(na)米(mi)流體實驗(yan)(yan)中(zhong)，4組實現了(le)出(chu)(chu)(chu)油(you)(you)(you)。對于(yu)親(qin)油(you)(you)(you)巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)發(fa)生(sheng)(sheng)滲吸(xi)的(de)(de)(de)前(qian)提(ti)條(tiao)件是(shi)潤(run)濕(shi)性的(de)(de)(de)改(gai)變(bian)，因(yin)此實驗(yan)(yan)證明活(huo)性納(na)米(mi)流體能夠改(gai)變(bian)親(qin)油(you)(you)(you)巖(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)心(xin)(xin)(xin)的(de)(de)(de)潤(run)濕(shi)性，最(zui)終(zhong)采收率大(da)(da)致隨著反邦德數增(zeng)加(jia)而降(jiang)低。

Zhang等通過對(dui)油水黏度(du)取幾何平均、考慮巖心大小、形(xing)狀和邊界條件，給(gei)出特征長度(du)LC的計算方法，Ma等基于(yu)特征長度(du)LC定義了無因(yin)次時間td：

式中：t—滲(shen)吸采(cai)收時間，min；K—多(duo)孔(kong)介(jie)質的(de)滲(shen)透率，μm2；—多(duo)孔(kong)介(jie)質孔(kong)隙度(du)(du)，1；μw—水的(de)黏度(du)(du)，mPa·s；μo—油的(de)黏度(du)(du)，mPa·s；LC—巖(yan)心(xin)的(de)特征長度(du)(du)，在實驗條(tiao)件下用巖(yan)心(xin)長度(du)(du)L和直徑D表(biao)示為

通過靜態滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)實驗(yan)(yan)對(dui)比了不(bu)同滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)配(pei)(pei)方(fang)體(ti)系(xi)在無因次時(shi)間條件下的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)采收(shou)率(lv)，如圖5所示，圖中斜(xie)率(lv)越(yue)(yue)大，表(biao)(biao)明水潤濕(shi)性(xing)(xing)(xing)越(yue)(yue)強(qiang)。課題組前期研究發現，不(bu)同類型的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)活性(xing)(xing)(xing)劑(ji)(ji)體(ti)系(xi)的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)采收(shou)率(lv)不(bu)同，陽(yang)離(li)子雙子表(biao)(biao)面(mian)活性(xing)(xing)(xing)劑(ji)(ji)12-2-12對(dui)巖心表(biao)(biao)面(mian)油潤濕(shi)，在實驗(yan)(yan)周期內不(bu)出(chu)油，1年(nian)后才(cai)出(chu)油；以兩(liang)性(xing)(xing)(xing)甜菜堿表(biao)(biao)面(mian)活性(xing)(xing)(xing)劑(ji)(ji)C12BE為(wei)主(zhu)的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)配(pei)(pei)方(fang)體(ti)系(xi)使得(de)巖心J-3表(biao)(biao)現為(wei)中性(xing)(xing)(xing)潤濕(shi)；以陰非(fei)(fei)離(li)子表(biao)(biao)面(mian)活性(xing)(xing)(xing)劑(ji)(ji)TPHS和(he)AEC為(wei)主(zhu)的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)配(pei)(pei)方(fang)體(ti)系(xi)使得(de)巖心水潤濕(shi)，采收(shou)率(lv)較高(gao)。以合成的(de)(de)陰非(fei)(fei)離(li)子表(biao)(biao)面(mian)活性(xing)(xing)(xing)劑(ji)(ji)TPHS為(wei)主(zhu)的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)配(pei)(pei)方(fang)體(ti)系(xi)具有最(zui)快(kuai)的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)吸(xi)采油速(su)率(lv)和(he)最(zui)高(gao)的(de)(de)采收(shou)率(lv)。

圖5低張力(li)納(na)米流(liu)體滲吸體系在大慶低滲天然巖心(xin)中的采收率

通過J-13巖(yan)心(xin)與(yu)S-12巖(yan)心(xin)滲(shen)吸(xi)實(shi)(shi)驗的對比(bi)，由于低(di)滲(shen)巖(yan)心(xin)滲(shen)吸(xi)較(jiao)慢，在滲(shen)吸(xi)實(shi)(shi)驗的時(shi)間內(nei)，納(na)米(mi)(mi)SiO2粒子的加入(ru)能(neng)夠提高(gao)采(cai)收率(lv)4.47%，其原(yuan)理是納(na)米(mi)(mi)粒子與(yu)表面活性劑的潤濕協同作用。納(na)米(mi)(mi)流(liu)(liu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)加入(ru)后滲(shen)吸(xi)采(cai)油(you)(you)速率(lv)更(geng)快。Wasam院士認為根據(ju)分離(li)(li)壓驅油(you)(you)機理，納(na)米(mi)(mi)粒子處在油(you)(you)/水(shui)/巖(yan)石(shi)三(san)相鍥(qie)形(xing)(xing)界面處，低(di)張力(li)納(na)米(mi)(mi)流(liu)(liu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在鋪展流(liu)(liu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)邊界形(xing)(xing)成類似固體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的有序組(zu)合體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，在本(ben)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)溶(rong)液(ye)中(zhong)形(xing)(xing)成液(ye)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的分子有序組(zu)合體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)；低(di)張力(li)納(na)米(mi)(mi)流(liu)(liu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在油(you)(you)/水(shui)/巖(yan)石(shi)三(san)相鍥(qie)形(xing)(xing)界面處形(xing)(xing)成二(er)維層(ceng)狀(zhuang)自組(zu)裝體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，這(zhe)種自組(zu)裝結構(gou)形(xing)(xing)成了垂直于油(you)(you)水(shui)界面的高(gao)于納(na)米(mi)(mi)溶(rong)液(ye)本(ben)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的結構(gou)分離(li)(li)壓；納(na)米(mi)(mi)流(liu)(liu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)界面沿著油(you)(you)滴(di)和巖(yan)石(shi)剝離(li)(li)的方向移動(dong)，最終使得油(you)(you)滴(di)從巖(yan)石(shi)表面脫(tuo)附。

2.6低張(zhang)力納米流體(ti)的強制(zhi)滲吸驅油實(shi)驗(yan)

采(cai)用(yong)兩組長填(tian)砂管（孔(kong)隙度(du)(du)均為45.50%，滲透(tou)率(lv)(lv)均為700×10-3μm2，含油飽和(he)度(du)(du)約60%）實(shi)驗(yan)對比了在(zai)低(di)速(su)驅(qu)(qu)(qu)替(ti)(ti)條(tiao)(tiao)件下的(de)驅(qu)(qu)(qu)油體(ti)(ti)系(xi)0.1%TPHS+0.2%AOS和(he)0.1%TPHS+0.2%AOS+0.05%納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)SiO2的(de)驅(qu)(qu)(qu)油效(xiao)率(lv)(lv)，結果(guo)見圖6。在(zai)強制(zhi)滲吸(xi)(xi)驅(qu)(qu)(qu)油過程中浮(fu)力、黏滯(zhi)力和(he)毛管力起作(zuo)用(yong)；驅(qu)(qu)(qu)油過程可以描(miao)述為：初(chu)始階段(duan)是浮(fu)力起主導作(zuo)用(yong)；隨(sui)著時(shi)間(jian)推移(yi)，采(cai)油速(su)率(lv)(lv)降低(di)并(bing)且達到平衡，這時(shi)浮(fu)力大小與毛管力與黏滯(zhi)力的(de)和(he)相等，停止(zhi)出(chu)油。圖中的(de)含水(shui)(shui)率(lv)(lv)變化反映了油墻的(de)突破和(he)聚集；滲吸(xi)(xi)驅(qu)(qu)(qu)油實(shi)驗(yan)采(cai)用(yong)二次采(cai)油方(fang)式，在(zai)實(shi)驗(yan)條(tiao)(tiao)件相同(tong)注(zhu)入(ru)(ru)量下，加(jia)入(ru)(ru)納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)顆(ke)(ke)粒的(de)低(di)張力納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)流體(ti)(ti)的(de)驅(qu)(qu)(qu)油效(xiao)率(lv)(lv)為75.1%，低(di)張力表(biao)面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑體(ti)(ti)系(xi)的(de)驅(qu)(qu)(qu)油效(xiao)率(lv)(lv)為62.4%，納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)顆(ke)(ke)粒加(jia)入(ru)(ru)后(hou)表(biao)面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑體(ti)(ti)系(xi)的(de)驅(qu)(qu)(qu)油效(xiao)率(lv)(lv)增加(jia)了12.7%；低(di)張力表(biao)面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑在(zai)注(zhu)入(ru)(ru)量0.27 PV時(shi)水(shui)(shui)驅(qu)(qu)(qu)前緣突破（見水(shui)(shui)），而低(di)張力納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)流體(ti)(ti)在(zai)注(zhu)入(ru)(ru)量0.4 PV時(shi)才突破見水(shui)(shui)；加(jia)入(ru)(ru)納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)顆(ke)(ke)粒后(hou)，延(yan)(yan)遲(chi)了無水(shui)(shui)采(cai)油時(shi)間(jian)。含有納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)顆(ke)(ke)粒的(de)驅(qu)(qu)(qu)油體(ti)(ti)系(xi)的(de)采(cai)出(chu)液有明顯的(de)乳化現(xian)象，提高了驅(qu)(qu)(qu)替(ti)(ti)液的(de)流度(du)(du)，納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)顆(ke)(ke)粒和(he)表(biao)面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑在(zai)驅(qu)(qu)(qu)替(ti)(ti)前緣形成的(de)Pickering乳液穩定(ding)了油墻，延(yan)(yan)遲(chi)了水(shui)(shui)驅(qu)(qu)(qu)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(guo)煮”法合(he)成(cheng)了一種陰非離(li)子表面活性劑TPHS，具有合(he)成(cheng)時(shi)間短、產率高的特(te)點，能夠(gou)有效降低油水(shui)界面張力，并(bing)具有優良的耐(nai)溫抗鹽能力。

陰非離子表面活性劑TPHS與(yu)陰離子表面活性劑AOS復(fu)配后，與(yu)原油間(jian)的界(jie)面張力達到更低的10-2數(shu)量級(ji)，且具有更高的濁點，拓寬了應用范(fan)圍。

少量納米(mi)SiO2顆粒與TPHS、AOS復(fu)配即可(ke)產生潤濕協同作用，提高滲吸速率(lv)和采收(shou)率(lv)，并(bing)能形(xing)成乳液穩定油(you)墻，延長(chang)無水采油(you)期。