纳米二氧化硅浓度以及油水相互作用对合成预成型颗粒凝胶流变性能和水封应用效果的影响

《Scientific Reports》：Effect of nano silica concentration and oil/water interactions on the rheological properties and performance of synthesized preformed particle gels for water shut-off

　　

摘要

在采用水基增强采油（EOR）方法的高异质性和裂缝性油田中，产生过多的不需要的盐水是一个严重问题。最近，人们提出了使用颗粒凝胶（PPGs）作为分流剂来控制裂缝的导电性。尽管大量文献报告了在二氧化硅纳米颗粒（SNP）存在下PPGs的结构强度和流变性能有所改善，但SNP浓度对这些结果的可能影响尚未得到详细研究。此外，关于流变参数（如结构强度和弹性/粘性模量）对二次注水（在裂缝中替换PPGs之后）流动动力学的影响也研究较少，且很少被可视化。此外，在大多数情况下，忽略了原油中的水溶性组分（WSF）与盐水长期相互作用对颗粒膨胀和PPG样品强度的可能影响。为此，在本研究的第一个步骤中，合成了四种含有不同浓度SNP的PPG样品，并通过多种体积和流变测试对其进行了评估。体积测试表明，SNP的存在增加了样品的膨胀能力，因为含有0.4 wt% SNP的凝胶颗粒在100倍稀释海水（100xdSW）中的膨胀因子最高（为25），而不含纳米颗粒的样品膨胀因子为15。然而，当纳米颗粒含量进一步增加到0.8%和1.0%时，PPG颗粒的膨胀能力下降（分别为24和19）。研究表明，盐水中离子的类型和浓度以及油/盐水的相互作用会影响膨胀行为。盐水中缺乏原油的水溶性组分以及盐浓度的增加会降低凝胶颗粒的膨胀能力。此外，WSF的存在可以减弱高盐度对PPG颗粒膨胀动力学的影响。虽然盐水中的WSF增强了PPG颗粒的膨胀能力，但Hele-Shaw动态堵塞测试显示，使用这些盐水的PPG样品在二次注水时的抗堵塞性能较差。PPGs的流变测试证实了SNP浓度对储存模量和损失模量的显著影响。在模型裂缝中的动态测试表明，虽然SNP总体上提高了PPG对二次注水的动态强度和堵塞性能，但只有含有0.8 wt%纳米二氧化硅的PPG样品表现出理想的堵塞性能（尽管其膨胀能力略低于含有0.4% SNP的凝胶）。这种PPG样品在裂缝中形成了一个极低渗透性的多孔介质，由于其适当的粘弹性特性，使得水在颗粒间形成的通道中的流动速度非常低，且没有明显的凝胶冲刷现象。然而，在其他PPG样品的情况下，注入的二次水将部分凝胶颗粒挤出，从而在处理过的裂缝中形成了一个宽而高导电性的流动路径。综合考虑膨胀能力、流变强度和动态堵塞性能，含有0.8 wt% SNP的PPG被认为是有效封闭裂缝的最佳浓度。