Факторы, влияющие на нефтеотдачу при применении наносуспензий (часть 2)

Мы продолжаем говорить о факторах, влияющих на нефтеотдачу при применении наносуспензий. В прошлой статье мы рассмотрели такие факторы как содержание наночастиц и их размер. Сегодня речь пойдет о минерализации, температуре и смачиваемости.

Минерализация

Стандартные коллоидные наночастицы становятся менее стабильными с повышением минерализации. Электрокинетический потенциал частиц падает, так как минерализация возрастает, и коллоидные частицы скапливаются. В связи с присущим недостатком, связанным со стабильностью этих частиц, была необходима модификация наночастиц для функционального поддержания расклинивающего давления. Стабильность была достигнута путем манипулирования поверхностной плотности заряда, модификацией поверхности частиц, контролем ионного состояния жидкости через поверхностно-активные вещества или их комбинацией.

Повышение минерализации (до 10% массового содержания катионов одновалентного Na+ или двухвалентного Ca2+) в суспензии, содержащей наночастицы, не препятствует перемещению наночастиц. Однако это значительно повысило удержание наночастиц в породе.

Температура

Пластовая температура во много раз больше температуры в поверхностных условиях, поэтому закачка наносуспензии должна быть эффективной и при более высоких температурах перед её применением на месторождении в пластовых условиях. При повышении температуры электрокинетический потенциал падает, и коллоидные частицы скапливаются. То есть коллоидные наночастицы становятся менее стабильными с повышением температуры. Однако Колделас обнаружил, что температура почти не влияет на удержание частиц и лишь слегка понижает нефтеотдачу. Это объясняется тем, что твердые частицы керна могут быть более устойчивыми к температуре.

Теоретически доказано, что увеличение температуры способствует повышению коэффициента вытеснения и приросту нефтеотдачи за счет закачки наносуспензии. Однако из-за влияния температуры этот механизм становится достаточно сложным и неоднозначным. Это может быть вызвано снижением поверхностного натяжения при повышении температуры, так как взаимодействие между молекулами жидкости слабее. Другая причина заключается в возрастании интенсивности броуновского движения с повышением температуры жидкости-носителя и со снижением её вязкости и размера частиц. Поскольку броуновское движение может быть одним из видов энергии, управляющим вытеснением нефти, то силы взаимодействия между наночастицами могут увеличиваться.

Смачиваемость наночастиц

Смачиваемость частиц кремнезема определяется выбором покрытия поверхности. Такое покрытие может быть гидрофильным или гидрофобным. Гидрофильные частицы кремнезема лучше смачиваются водой. В то время как гидрофобные частицы кремнезема не смачиваются водой и смачиваются нефтью. Смачиваемость наночастиц определяется тем, как они будут располагаться на границе раздела фаз нефть-вода. Также на изменение смачиваемости может оказывать влияние адсорбция на поверхности твердой породы. Смачиваемость изменяют с целью сделать поток нефти неподвижным. Характер смачиваемости жидкостью меняется, когда она содержит частицы. Изменение смачиваемости на стенках пор в породе-коллекторе приводит к возникновению фильтрационных сопротивлений потокам нефти и воды, которые вызывают изменение относительных проницаемостей нефти и воды. Закачка жидкости, содержащей гидрофильные наночастицы, в поровое пространство приведет к повышению относительной проницаемости по нефти (Kr0), так как это изменит смачиваемость коллектора, и он будет хорошо смачиваться водой. Чем лучше нефтяной коллектор смачивается водой, тем выше нефтеотдача в обводненных коллекторах. Это заключение можно сделать исходя из того факта, что нефть может быть вытеснена высокими капиллярными силами в мелких порах хорошо смачиваемого водой коллектора. Для повышения нефтеотдачи может быть применена обработка. Закачка жидкости, содержащей гидрофобные наночастицы, в поровое пространство приведет к повышению относительной проницаемости по воде (Krw), которое может быть использовано для повышения приемистости нагнетательных скважин.

Наиболее часто используемыми наночастицами, меняющими смачиваемость, являются частицы нанокремнезема. Частицы нанокремнезема могут быть приготовлены для различной смачиваемости и краевого угла смачивания. Гидрофобные частицы нанокремнезема меняют смачиваемость породы со смачиваемой водой на смачиваемую нефтью, а гидрофобные частицы нанокремнезема – со смачиваемой нефтью на смаичваемую водой. Частицы нанокремнезема с нейтральной смачиваемостью меняют смачиваемость породы со смачиваемой водой или нефтью на нейтральную смачиваемость. Подходящая функционализация или химия поверхностных явлений имеет решающее значение. Она повышает стабильность наночастиц, понижает флокуляцию/скопление, повышает однородность среды, а самое главное уменьшает взаимодействие со скелетом породы.