4.矿场应用

4.1球形纳米流体的矿场应用

球形纳米流体在矿场的应用案例包括但不局限于以下情况。

        ①胜利油田分别在2002年和2010年开展了多次纳米流体增注技术的矿场试验。2002年孤东采油厂开展了2井次的纳米级阻聚堵水矿场试验，施工完成后两口对应油井的含水率平均下降15%，共增油1.0×10³  t。2010年以来纯梁采油厂成功应用聚硅纳米材料增注技术16井次，通过改变岩石润湿性增加水相渗流能力，降低注水压力，该项技术应用的增注有效率为86%。

        ②河南油田双河采油厂2005年开展纳米级堵水剂矿场试验5井次，堵水有效成功率100%，措施井共减少25 653.5 m³的无效注水量，措施井对应的生产井累计增油3 293.5 t，纳米级堵水剂堵水有效期长达23个月；2010年河南油田在王集和古城泌124区块选取4个井组开展了纳米深部调驱矿场试验，其中王32和柴9井组的调驱效果明显，注水井吸水剖面得到明显的改善，注入压力上升，措施有效期阶段共增油551.4 t、降水12 535.6 m³。

        ③2019年渤海油田KL21-1-B1井开展了生物纳米多晶硅降压增注矿场试验，措施后KL21-1-B1井注水指数从5.5 m³/（MPa·d）增加到28 m³/（MPa·d），说明该生物纳米多晶硅体系具有较好的降压增注效果。

        ④2014年哥伦比亚的Castilla和Chichimene油田开展了一项油基纳米流体新技术矿场试验。Castilla油田的CNA和CNB两口井分别注入31.8 m³和23.9 m³的纳米流体，闷井12 h后，产油量平均增加了43.725 m³/d；Chichimene油 田 的CHA 和CHB两 口 井 分 别 注入13.7 m³和17m³ 的纳米流体，闷井12h后，CHA和CHB两口井产油量分别增加了49.3 m³ /d和13.8m³ /d。

4.2片状纳米流体的矿场应用

        片状纳米流体在室内的研究较多，但在矿场的应用案例较少，下文主要列举了2D纳米黑卡在国内油田的矿场应用效果。

4.2.1缝洞型碳酸盐岩油藏矿场应用案例

        ①2019年，塔河油田TK7-459井组实施2D纳米黑卡调驱试验，该井组为暗河和断裂复合岩溶区，井组连通性好，油藏温度130 ℃，地层水矿化度2.4×10⁵  mg/L，50 ℃下原油黏度9×10⁴  mPa·s。井组暗河连通，局部充填，单元注水期间显示两方向受效。TK7-459共注入0.005 wt%的2D纳米黑卡分散体系3 150 m³，注2D纳米黑卡分散体系不足一个月开始见效，由“1注2采”转为“1注4采”，井组平均含水由82%降至25.7%，平均日产量由6.2 t增至17.7 t，累计增油1 248.6吨，增效275.8万元，投入产出比1：6.3。

        ②塔河油田TK779井，前期已经注水50 000 m³，油压、套压皆为0，单方向水窜。注2D纳米黑卡分散体系2.0×10³  m³时，油压上升至4 MPa （最高7.4 MPa），套压达7 MPa （最 高9.8 MPa），注 入2D纳 米 黑 卡 分 散 体系4.9×10³  m³后，3口邻井均受效，“1注1采”变为“1注3采”，截止统计日期，井组累积增油2 233.9 t，平均含水率从 82%下降至 25.7%。

        ③塔河油田TP251X井，井间存在多级、多尺度通道，储集体沿断裂展布。在注入2D纳米黑卡分散体系过程中，油压和套压持续爬升。注入前，TP7-1含水率保持100%，产油量持续为0，当注入2D纳米黑卡分散体系后，含水率由100%下降至0，自2019年9月5日起自喷生产，自喷产油20 t/d。注2D纳米黑卡分散体系前井组产油量4 t/d，注入2D纳米黑卡分散体系后，井组日产油量达到31 t/d。

4.2.2砂岩油藏矿场应用举例

        ①2019年12月，辽河油田杜古20井组引入2D智能纳米黑卡技术。杜古潜山属裂缝性潜山油藏，杜古20井于1986年转注，注水井段2242~2 564 m，有效厚度267m，周边共有7口油井，油水井动态数据显示注入水主要沿条带东南方向窜进，存在较为明显的水窜通道。注入液量由 2D纳米黑卡驱油体系两个月后，井组产94.3 m³/d增至100.3 m³/d，产油量由15.6 m³/d增至20.3 m³/d，含水率由88.5%下降至79.3%。

        ②2020年大庆油田低渗透油藏肇52-44井区开展2D纳米黑卡驱油体系注入后，区块内平均单井含水率从水驱阶段的87.4%最低降至78.4%，平均单井产油量从标定的0.8t/d最高提升至1.5 t/d。截至统计日期为止，由于2D纳米黑卡自身的作用原油产量净增加830.5 t。

        ③2020年胜利油田低渗透油藏辛154-1井区开展2D纳米黑卡驱油体系注入后，区块内综合含水率从水驱阶段的92.6%降至84.9%，综合产油量从标定的5.6 t/d增加至10.5t/d，且有效期超过1年。截至统计日期为止，由于2D纳米黑卡驱油体系的注入原油产量增加1260 t。

4.3限制纳米流体矿场大规模应用的瓶颈问题

        调研发现，有关纳米驱油体系在提高采收率领域公开发表的研究成果有很多，但大部分仅为室内研究成果，而纳米驱油体系在矿场应用的报道较少。室内研究虽已证明纳米驱油技术是一项潜力巨大的提高采收率新技术，但仍存在多个问题限制纳米驱油技术在油田现场的大规模应用。目前纳米流体从室内实验推广至油藏应用过程中主要存在的两个瓶颈问题：

        ①缺乏高效开发非常规油藏的纳米驱油体系。目前矿场应用成功的低浓度（<1 000 mg/L）球形纳米材料主要作为增效剂使用，无法单独作为驱油体系进行矿场试验。球形纳米流体发挥楔形渗透作用时的浓度高（˃10 wt%），低浓度时无法发挥楔形渗透这一重要驱油机理，造成驱油效率不尽人意。此外，球形纳米材料与油水界面的接触形式是“点对点”接触，而二维片状纳米材料与油水界面的接触形式是“面对面”接触，该接触形式限制了二维片状纳米材料在油水界面的旋转等微运动，增强了对油水界面性质的影响，有望突破球形纳米材料的技术限制。

        ②二维片状纳米材料较球形纳米材料有其独特性，但关于二维片状纳米流体的研发、提高采收率机理的研究及矿场先导试验三位一体的理论和技术研究尚不成系统，需要更深层次的探讨和研究。

5.结论

        总结了纳米流体提高原油采收率的相关研究和应用进展，包括纳米材料的合成方法、纳米流体稳定性评价方法、纳米流体提高原油采收率机理及纳米流体矿场应用进展。

        1)应用于提高原油采收率领域中的纳米材料主要有表面单一润湿性纳米材料和表面亲水-亲油两亲性纳米材料，且两亲性纳米材料具有更高的界面活性，提高原油采收率潜力更大；

        2)纳米流体稳定性评价方法主要有Zeta电位法、pH控制法和沉淀法，稳定性高的纳米流体是应用纳米流体提高原油采收率的前提和最基本条件；

        3)纳米流体提高原油采收率的六大主要机理是降低界面张力、改变润湿性、降低原油黏度、提高泡沫稳定性、结构分离压力和降压增注；

        4)球形纳米流体在浓度大于10 wt%、且加入8 wt%SDS时才会形成结构分离压力，而片状纳米流体在超低浓度（0.005 wt%）下就可形成结构分离压力，这也是片状纳米流体主要的驱油机理之一；

        5)相较于球形纳米流体，片状纳米流体提高原油采收率的潜力更大，但关于二维片状纳米驱油体系的研发、提高采收率机理的研究及矿场先导试验三位一体的理论和技术研究尚不成系统，还需要进一步探讨和研究。