Механизмы перемещения наносуспензий (продолжение)

Мы продолжаем публиковать перевод статьи «Интерпретация механизмов применения наночастиц в повышении нефтеотдачи» и сегодня продолжим рассмотрение темы механизмов перемещения наносуспензий, рассмотрение которой было опубликовано ранее.

Помимо описанного в предыдущей публикации заводнение наносуспензией улучшает смачиваемость коллектора и меняет поверхностное натяжение. Также наносуспензии могут менять плотность как закачиваемой, так и пластовой жидкости. Наиболее широко используемыми наночастицами являются наночастицы кремния с различной смачиваемостью, такие как гидрофобно-лиофильные наночастицы поликремния, лиофобно-гидрофильные наночастицы поликремния и наночастицы поликремния с нейтральной смачиваемостью. Жидкости, составляющие основу стабилизированных суспензий, зависят от смачиваемости наночастицами (спирт был подобран для диспергирования наночастиц поликремния с нейтральной смачиваемостью и гидрофобно-лиофильных наночастиц поликремния, в то время как для лиофобно-гидрофильных наночастиц поликремния подходит пластовая вода). Наносуспензии могут использоваться и для улучшения добычи высоковязкой нефти (большинство коллекторов с высоковязкой нефтью хорошо смачиваются нефтью). Главная способность наносуспензий – это способность менять смачиваемость со смачиваемости нефтью на нейтральную смачиваемость или смачиваемость водой и наоборот. Изменение смачиваемости достигается за счет адсорбции наночастиц с необходимой смачиваемостью на поверхности породы.

  • Гидрофобно-лиофильные наночастицы поликремния меняют смачиваемость породы со смачиваемой водой на смачиваемую нефтью.
  • Лиофобно-гидрофильные наночастицы поликремния меняют смачиваемость породы со смачиваемой нефтью на смачиваемую водой.
  • Наночастицы поликремния с нейтральной смачиваемостью меняют смачиваемость породы со смачиваемой водой или нефтью на нейтральную смачиваемость.

Авторы статьи полагают, что эти три различных подхода к пониманию поведения перемещения наносуспензий не противоречат друг другу. Все они могут иметь место в одно и то же время. Адсорбция частиц протекает тогда, когда имеет место влияние клиновидной пленки. С другой стороны, временное забивание очень мелких пор помогает воде или другой жидкости, составляющей основу дисперсии, преодолевать другой, менее проницаемый путь через поры и поровые каналы породы, тем самым вытесняя нефть, находящуюся в них.

Основным фактором в этом процессе является нанодисперсная система с точки зрения размера частиц, концентрации и химической модификации. Концентрация коллоидного раствора, как правило, колеблется в интервале от 108 до 1017 частиц на литр, в то время как справочное значение концентрации, используемое для большинства исследований, выше и составляет около 1020 частиц на литр для смеси с 23% массовым содержанием наночастиц (или ~1019 для 5% содержания наночастиц). Эта концентрация определяется как отношение объема наночастиц, находящихся в одном литре суспензии, к объему одной наночастицы, при этом делается допущение, что плотность наночастиц равна справочному значению плотности диоксида кремния и составляет 2,66 г/см3, Формула 1.

формула 1

Энгесет предложил принять V как объем наночастиц одного типа, защемленных в поровом пространстве. Если сделать допущение, что сферические частицы одного диаметра соприкасаются друг с другом в одной точке, и использовать истинный объем частиц, то удельная площадь поверхности может быть определена по Формуле 2.

формула 2

Затем если принять, что V – это объем частиц, адсорбированных на поверхности пор, и V* – это объем частиц, застрявших в устье пор, приходящийся на единицу суммарного объема поровой среды, и сделать допущение, что адсорбция протекает в единственном слое, то суммарная площадь поверхности на границе раздела с жидкостью, приходящаяся на суммарный объем порового пространства, рассчитывается по Формуле 3.

формула 3

Где β – коэффициент площади поверхности. Удельная площадь поверхности керна песчаника может быть рассчитана по эмпирической Формуле 4.

формула 4

Когда S ≥ Sυ, суммарная площадь поверхности, приходящаяся на единицу суммарного объема поровой среды, полностью покрывается частицами, адсорбированными на поверхности пор или застрявшими в устье пор. В этом месте смачиваемость определяется свойствами наночастиц. Дальнейшее продолжающееся осаждение частиц приведет только к снижению пористости и проницаемости. Перед закачкой наночастиц относительные проницаемости по нефти и воде заданы как Kro и Krw. Если площадь поверхности, приходящаяся на единицу суммарного объема поровой среды, не полностью занята наночастицами, то относительные проницаемости по нефти и воде должны быть рассмотрены как линейные функции от площади поверхности, покрытой наночастицами. Тогда относительные проницаемости по нефти и воде будут постепенно меняться в зависимости от площади поверхности, покрытой наночастицами. Предпосылками такой зависимости служат проведенные экспериментальные и численные исследования по изменениям пористости и проницаемости, вызванным заводнением с применением наночастиц. Результаты этих исследований показали, что оба соотношения (K/K0 и ϕ/ϕ0) уменьшаются с повышением объема закаченной наносуспензии, где K0 – начальная проницаемость и ϕ0 – начальная пористость. Эти результаты указывают на то, что адсорбция наночастиц на стенках пор и в заблокированном устье пор чаще всего протекает ближе к местам сужения порового канала.