一种气凝胶纳米流体改善稠油热采开发效果的方法与流程

1.本发明属于油田开采技术领域，特别涉及一种改善稠油热采开发效果的方法。


背景技术：

2.蒸汽驱作为稠油油藏的主要开发方式之一，是一种由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而使稠油粘度降低的技术。蒸汽驱技术在国内外的应用中均提高了驱油效率，从而提高了采收率。
3.中国专利cn104847322a(申请号cn201410054218.5)提供了一种深层普通稠油水驱后转蒸汽驱提高采收率的方法，从而能够大幅提高水驱后普通稠油油藏原油采收率。专利文献cn101539012a(申请号cn200910011365.3)提供了一种在稠油蒸气吞吐或蒸汽驱动过程中注入一种具有催化氧化和裂化双功能的催化剂，并辅以一定量的空气注入的开采方法，从而使原油轻质化降粘，同时生成能改善原油流动性的表面活性剂。
4.以上两种方法所提供的技术方案虽然能优化稠油开采方法，提高采收率，但是并没有考虑到，在稠油油藏热采开发的过程中，由于蒸汽驱过程中蒸汽的沿程热损失较大，大量的热量进入注入井近井地带，无法深入稠油油藏深部，或热量流失进入对开采过程无效的地层，蒸汽热利用效率低。注入蒸汽热量有限，一进入地层则与岩石和流体进行热交换，随着蒸汽流动范围不断扩大，传递到油藏深部的热量大幅降低，导致储层中后段稠油升温降粘率低，无法得到有效动用；而通过单纯的提高蒸汽的注入量来提升蒸汽驱油的增产措施受到经济油气比的限制。


技术实现要素：

5.针对现有的技术不足，本发明提供一种气凝胶纳米流体改善稠油热采开发效果的方法。
6.一种改善稠油热采开发效果的方法，其特征在于，向油藏储层注入疏水性sio2气凝胶纳米颗粒，在岩石表面形成隔热吸附层，以减少在蒸汽驱的过程中热量向储层前缘的岩石和流体传递，而将更多的热量带入储层深部，提高深部油藏稠油的流动性。
7.所述气凝胶纳米流体改善稠油热采开发效果的方法，具体操作步骤如下：
8.1)油藏选择：根据油藏地质特征与开发现状，进行粗筛选油藏，所述油藏满足一般蒸汽驱开发利用的条件，即：
9.油藏深度≤1600m
10.原油粘度《10000mpa s
11.含油饱和度≥45％
12.储层渗透率≥200
×
10-3
μm213.2)布井：在油藏的前后各1/4处钻两口垂直井，井底距离油藏底部3-5m，靠近前端的井用于注气凝胶纳米颗粒和蒸汽，靠近后端的井为生产井；
14.3)配制含气凝胶纳米颗粒的乙醇水溶液：将气凝胶纳米颗粒用溶剂进行分散，随
后加入去离子水。
15.4)气凝胶溶液驱动：向储层注入含气凝胶纳米颗粒的溶液后关闭两口井，2d后待纳米颗粒在储层岩石颗粒表面吸附稳定，注入蒸汽进行蒸汽驱，多次驱动气凝胶纳米颗粒的保温效果变差后，可再次采用气凝胶溶液驱动，补充气凝胶纳米颗粒。
16.需要说明的是，若采用亲水性二氧化硅气凝胶纳米颗粒，容易产生如下缺陷：亲水性气凝胶纳米颗粒遇水后，水分子会进入其多孔结构内部，由于巨大的界面张力会使多孔结构坍塌，气凝胶也失去应用价值，从而达不到较好的隔热效果。本技术采用疏水性二氧化硅气凝胶作为隔热材料可以达到更优异的隔热效果，其中，步骤3)中所述气凝胶纳米颗粒为疏水性sio2气凝胶纳米颗粒包括但不限于：三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶、六甲基二硅氮烷改性的sio2气凝胶、三甲基乙氧基硅烷改性的sio2、六甲基二硅氧烷改性的sio2、二甲基二氯硅烷改性的sio2气凝胶、甲基三乙氧基硅烷改性的sio2气凝胶、3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基氯硅烷改性的sio2气凝胶。
17.步骤3)中所述溶剂为无水乙醇。
18.进一步地，上述去离子水与无水乙醇的体积比为：7：1～10:1；优选的，去离子水与无水乙醇的体积比为9:1。
19.步骤4)中所述气凝胶纳米颗粒的质量分数为0.5％～1％。当注入浓度过低时，纳米颗粒在流体中游离程度大，与岩石颗粒接触并产生吸附作用的概率降低，且吸附不稳定，易随产液流出；当注入浓度过大时，纳米颗粒分散度降低，易堵塞入口端流体流动通道，导致注入压力急剧升高，颗粒不能向前缘部分移动，无法形成有效隔热带。
20.步骤4)中所述含气凝胶纳米颗粒的溶液注入量为0.5～1pv。当注入量较多时，纳米颗粒随流体驱动向填砂模型后端迁移，产出液纳米颗粒浓度升高、颗粒数量增多，因吸附已达饱和量，未吸附的颗粒随产液流出；当注入量过少时，进入模型中吸附滞留的颗粒数量有限，形成的吸附带过短且隔热效果较差。
21.步骤4)中所述蒸汽注入温度为200～250℃；
22.疏水性sio2气凝胶驱动原理：
23.疏水性sio2气凝胶分散在溶液中后，注入到注入井内，待气凝胶在储层前段吸附稳定后，在岩石表面形成隔热吸附层。随后注入蒸汽，注入井通过蒸汽驱动后与生产井之间形成热连通，蒸汽在油藏中窜流，将热量传递到波及区域，使油层原油温度升高减小粘度，进而提高稠油流动性，随蒸汽一同产出。
24.疏水性的sio2气凝胶是一种密度低、孔隙度大、导热系数低的多功能材料，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2-3个数量级。气凝胶的孔径与粒径分别接近标准状态下气体分子的平均自由程与声子的平均自由程，故能够有效抑制材料内的气相与固相热传导，宏观上表现为阻止环境温度的红外热辐射，是一种理想的隔热材料。且疏水性sio2气凝胶可以克服亲水性sio2气凝胶遇水后，水分子会进入其多孔结构内部产生巨大界面张力，致使气凝胶多孔结构坍塌，隔热性能失效的问题。纯蒸汽驱动时液滴在岩石表面冷凝示意图及气凝胶纳米颗粒在岩石表面形成隔热吸附层抑制蒸汽冷凝作用示意图分别如图8及图9所示，从图中可以看出纯蒸汽驱动时蒸汽在岩石表面冷凝，导致大量热量流失进入对开采过程无效的地层，而气凝胶纳米颗粒在岩石表面形成隔热吸附层能有效抑制蒸汽的冷凝，从而提高蒸汽热利用率。
25.有益效果
26.1、将疏水性sio2气凝胶纳米颗粒应用于稠油热采，用以促进蒸汽腔扩展，将热量带入油藏深部，使该处原油升温降粘。
27.2、无水乙醇作为油水均互溶的溶剂，无毒，能够对疏水性气凝胶形成物理吸附作用，使其与乙醇水溶液配制成含疏水性sio2气凝胶纳米颗粒的乙醇悬浊液，从而带入地层中，并且不会导致材料性能失效。
28.3、通过减小注入量的同时增大注入浓度可将气凝胶纳米颗粒滞留在储层的前段，形成吸附带。
附图说明
29.图1为油藏与布井示意图
30.图2为实验例1中纯蒸汽驱动和气凝胶纳米颗粒溶液驱动后填砂管各处温度变化图
31.图3为实验例2中纯蒸汽驱动和气凝胶纳米颗粒溶液驱动后填砂管各处温度变化图
32.图4为实施例1、2中各测温点起温时间对比图
33.图5为实施例1、2中各测温点结束温度示意图
34.图6为一维填砂管温度场图
35.图7为气凝胶纳米颗粒在填砂模型前端滞留示意图
36.图8为纯蒸汽驱动时液滴在岩石表面冷凝示意图
37.图9为气凝胶纳米颗粒在岩石表面形成隔热吸附层抑制蒸汽冷凝示意图
38.图10为纯蒸汽驱动时蒸汽腔在填砂管模型中扩展示意图
39.图11为添加气凝胶纳米颗粒后蒸汽腔在填砂管模型中扩展示意图
40.图12为实施例3中个测温点各处温度变化图
41.图13为实施例4中个测温点各处温度变化图
42.图14为实施例5中个测温点各处温度变化图
43.图15为对比例1中个测温点各处温度变化图
44.图16为对比例3中个测温点各处温度变化图
45.图17为气凝胶纳米颗粒粒径占比图
46.图18为实施例2中填砂管前段的白色吸附物
具体实施方式
47.温度测试仪器及方法如下所述：
48.实验仪器：过热蒸汽分散发生器、温度采集控制箱、填砂模型保温套、温度探针。
49.测试方法：打开蒸汽发生器预热2h，待蒸汽加热温度达到蒸汽注入温度时切换至恒温模式。打开保温套加热，当三个温探数据达到50℃且出口蒸汽状态稳定时，开始注入蒸汽，同时开始记录填砂模型前、中、后三处的温度数据。当各测温点的温度数据不再发生明显变化时认为填砂模型内的热传导达到平衡状态，停止实验。
50.实施例1
51.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察气凝胶纳米颗粒隔热效果。
52.实验条件：
53.1)填砂管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接温度探测器的接口，分别距离入口端18cm、23cm、28cm。
54.2)气凝胶颗粒：三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶
55.3)溶剂：乙醇水溶液，其中去离子水与无水乙醇的体积比为9:1
56.4)气凝胶质量分数为0.5％；
57.5)气凝胶溶液注入量为0.5pv；
58.6)蒸汽注入温度：200℃
59.7)蒸汽注入速度：1.5ml/min
60.实验步骤：
61.1)填砂模型充填石英砂后抽真空、饱和水，测试孔隙度、渗透率。
62.2)配制三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶乙醇水溶液：将气凝胶纳米颗粒用无水乙醇进行分散，随后加入去离子水，对混合液进行超声分散处理。
63.3)气凝胶溶液驱动。
64.4)注入蒸汽，采集蒸汽驱动过程填砂管3段温度变化数据。
65.实施例2
66.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察气凝胶纳米颗粒隔热效果。
67.实验条件：
68.1)填砂管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接温度探测器的接口，分别距离入口端18cm、23cm、28cm。
69.2)气凝胶颗粒：三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶
70.3)溶剂：乙醇水溶液，其中去离子水与无水乙醇的体积比为9:1
71.4)气凝胶质量分数为0.5％；
72.5)气凝胶溶液注入量为0.5pv；
73.6)蒸汽注入温度：210℃
74.7)蒸汽注入速度：2ml/min
75.其他实验条件及实验步骤同实验例1。
76.从图2、图3、图4、图5看出，在不同的条件下加入气凝胶纳米颗粒后，测温点1的最终温度较纯蒸汽驱动均有明显下降，测温点2略微下降，而测温点3的温度显著提升。说明疏水性sio2气凝胶纳米颗粒在填砂模型中能有效起到保温隔热的作用，减少蒸汽热损失，而将更多热量带入填砂管中后段。要实现气凝胶纳米颗粒滞留在储层前段并形成有效隔热带，需根据储层的物性条件设定注入浓度和注入量范围。从图18可以看出，实验结束后将砂掏出，可在前段看见形似膏状的白色吸附物。
77.实施例3
78.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察不同气凝胶颗粒注入量的条件下，气凝胶纳米颗粒隔热效果。
79.实验条件：
80.1)填砂管的具体参数为管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接
温度探测器的接口，分别距离入口端18cm、23cm、28cm。
81.2)气凝胶颗粒：三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶
82.3)溶剂：乙醇水溶液，其中去离子水与无水乙醇的体积比为9:1
83.4)气凝胶质量分数为0.5％；
84.5)气凝胶溶液注入量为1pv；
85.6)蒸汽注入温度：200℃
86.7)蒸汽注入速度：1.5ml/min
87.实验步骤同实施例1
88.结果论述：如图12所示的填砂管各处的温度变化图，从图中可以看出，当气凝胶注入量为1pv时，与实施例1相比，填砂管末端温度均维持在60℃左右，均具有较好的保温效果。
89.实施例4
90.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察不同气凝胶颗粒浓度的条件下，气凝胶纳米颗粒隔热效果。
91.实验条件：
92.1)填砂管的具体参数为管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接温度探测器的接口，分别距离入口端18cm、23cm、28cm。
93.2)气凝胶颗粒：三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶
94.3)溶剂：乙醇水溶液，其中去离子水与无水乙醇的体积比为9:1
95.4)气凝胶质量分数为1％；
96.5)气凝胶溶液注入量为0.5pv；
97.6)蒸汽注入温度：200℃
98.7)蒸汽注入速度：1.5ml/min
99.实验步骤同实施例1
100.实验结论：如图13所示的填砂管各处的温度变化图，当气凝胶质量分数为1％时，填砂管末端的温度相较于实施例中填砂管末端温度略高，具有较好的保温隔热效果。然而当注入浓度过大，纳米颗粒分散度降低，易堵塞入口端流体流动通道，导致注入压力急剧升高，颗粒不能向模型深部运移。
101.实施例5
102.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察不同疏水改性的条件下，气凝胶纳米颗粒隔热效果。
103.实验条件：
104.1)填砂管的具体参数为管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接温度探测器的接口，分别距离入口端18cm、23cm、28cm。
105.2)气凝胶颗粒：六甲基二硅氮烷改性的sio2气凝胶
106.3)溶剂：乙醇水溶液，其中去离子水与无水乙醇的体积比为9:1
107.4)气凝胶质量分数为0.5％；
108.5)气凝胶溶液注入量为0.5pv；
109.6)蒸汽注入温度：200℃
110.7)蒸汽注入速度：1.5ml/min
111.实验步骤同实施例1
112.实验结论：改性剂处理纳米颗粒，使其接触角和密度发生改变，从亲水转变为疏水，但不会对气凝胶纳米颗粒的孔隙结构造成影响，孔隙度均在90％以上，均能有效抑制颗粒内部的气、固热传导。换而言之，不同改性剂处理的气凝胶纳米颗粒在隔热效果方面差异不大。
113.对比例1
114.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察其他隔热材料的条件下，地层的隔热效果。
115.实验条件：
116.1)填砂管的具体参数为管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接温度探测器的接口(分别距离入口端18cm、23cm、28cm)。
117.2)气凝胶颗粒：亲水性sio2气凝胶
118.3)溶剂：乙醇水溶液，其中去离子水与无水乙醇的体积比为9:1
119.4)sio2质量分数为0.5％；
120.5)气凝胶溶液注入量为0.5pv；
121.6)蒸汽注入温度：200℃
122.7)蒸汽注入速度：1.5ml/min
123.实验步骤同实施例1
124.结果论述：亲水性气凝胶纳米颗粒遇水后，水分子会进入其多孔结构内部，由于巨大的界面张力会使多孔结构坍塌，气凝胶也失去应用价值。如图15，通过填砂管各处温度的变化图中可以看出，填砂管末端温度没有明显上升，亲水性二氧化硅气凝胶的隔热性能不如疏水改性的二氧化硅气凝胶颗粒。
125.对比例2
126.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察其他溶剂的条件下，气凝胶纳米颗粒隔热效果。
127.实验条件：
128.1)填砂管的具体参数为管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接温度探测器的接口(分别距离入口端18cm、23cm、28cm)。
129.2)气凝胶颗粒：三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶
130.3)溶剂：乙酸乙酯、盐酸混合流体，其中乙酸乙酯与盐酸的体积比为19：1
131.4)sio2质量分数为0.5％；
132.5)气凝胶溶液注入量为0.5pv；
133.6)蒸汽注入温度：200℃
134.7)蒸汽注入速度：1.5ml/min
135.实验步骤同实施例1
136.结果论述：采用乙酸乙酯、盐酸混合流体作为溶剂分散疏水改性的二氧化硅气凝胶纳米颗粒，盐酸作为催化剂使乙酸乙酯分解成水溶性的乙醇和乙酸，乙酸能对碳酸盐起酸化作用，乙醇则能吸附气凝胶颗粒。由于实验条件多变，反应速率难以控制，而采用乙醇水溶液作为溶剂，疏水性气凝胶纳米颗粒对乙醇存在物理吸附作用，使纳米颗粒分散在溶
液中，形似溶解，配制成含气凝胶纳米颗粒的乙醇分散液。
137.对比例3
138.利用填砂管为模型模拟实际地层，考察其他注入浓度的条件下，气凝胶纳米颗粒隔热效果。
139.实验条件：
140.1)填砂管的具体参数为管长60cm，内径2.54cm,内有保温涂层，前中后各有1个接温度探测器的接口(分别距离入口端18cm、23cm、28cm)。
141.2)气凝胶颗粒：三甲基氯硅烷疏水改性的sio2气凝胶
142.3)溶剂：乙醇水溶液，其中去离子水与无水乙醇的体积比为9:1
143.4)sio2质量分数为0.1％；
144.5)气凝胶溶液注入量为0.5pv；
145.6)蒸汽注入温度：200℃
146.7)蒸汽注入速度：1.5ml/min
147.实验步骤同实施例1
148.结果论述：如图,16所示，当气凝胶纳米颗粒的质量分数为0.1％时，填砂管末端温度未产生明显上升。这是因为注入浓度过低时，纳米颗粒在流体中游离程度大，与岩石颗粒接触并产生吸附作用的概率降低，且吸附不稳定，易随产液流出，无法形成有效隔热带。
149.上述虽然对本发明的具体实施方案进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。