新型超疏水颗粒控水技术研究

李志臻，王滨，苏延辉，史斌，麻路，徐浩

新型超疏水颗粒控水技术研究

李志臻，王滨，苏延辉，史斌，麻路，徐浩

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

二氧化钛超疏水颗粒作为一种新兴材料已在多领域进行应用，其具有多种优良性质，如超强的亲油性和疏水性，极小的粒径，环境友好性等。针对目前油气田领域的控水需求，结合纳米超疏水颗粒材料的诸多优势，进行了新型超疏水颗粒在油气田控水领域的研究。针对目前油田控水领域存在问题，使用改性二氧化钛颗粒制得新型超疏水颗粒控水体系，并对其控水机理进行分析，实验室内对其接触角润湿情况进行测试，水相接触角为122°，具有良好的疏水性，使用岩心驱替装置对其注入性、封堵性和耐冲刷性进行评价，发现该体系在目标储层岩心中注入性良好，水相封堵率为81.40%，有良好的堵水效果，冲刷40 PV后仍具有封堵性，因此可以看出该技术完全可满足油气田控水作业的要求。

改性； 疏水； 颗粒； 控水

在油藏的开发过程中，随着开发时间的增长，油井含水上升，造成水淹、油气采收率下降等问题。目前海上油田多数油井产液含水已高达85%以上，此前多次采用堵水措施但效果较差[1-2]。针对目前油井控水技术现场所遇问题，需要研究一种新型控水体系及工艺进行解决。

目前选择性堵剂受限于高温和抗压强度，针对高温高渗储层作用效果有限，含硅类堵剂具有耐温抗盐、不易降解、强度可控等优点，具有改善高温高矿化度地层控水效果、深部封堵高渗带的潜力，针对油藏条件，考虑经济效益，有选择性地应用二氧化钛改性材料，是一个非常值得关注的话题[2]。二氧化钛改性颗粒是目前被研究较多的疏水改性颗粒，其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，在油田采油上有巨大潜力[3]。因此，基于目前海上油田控水技术所存在的现场问题，结合二氧化钛超疏水颗粒的性能特点，针对其在油气田控水领域的可行性进行评价。

1 超疏水颗粒控水机理

1.1 超疏水颗粒概述

二氧化钛超疏水颗粒是一种以二氧化钛为为基础的表面改性颗粒，通过在二氧化钛颗粒合成过程中引入疏水基团，达到颗粒亲油疏水的作用。二氧化钛超疏水颗粒具有多种性能：超强的疏水性能，水相接触角高达100°以上；较小的粒径，平均粒径最小可达到100 nm以下；环境友好性等。由于该颗粒的特殊性质，使其在油气田控水领域有着极大的应用潜力[4-6]。

图1 超疏水颗粒示意图

1.2 控水机理

超疏水颗粒材料的封堵机理，主要在于颗粒注入储层后，较大尺寸颗粒会在储层喉道中形成架桥，随后较小尺寸的材料在架桥材料形成的小孔道上进行嵌入和堵塞[7]。依靠超疏水颗粒材料的弹性和塑性，发生强有力的拉筋作用，加强了楔塞的机械强度，形成牢固的移动困难的塞状垫层，加之其自身强烈的亲油疏水性，达到选择性控水的目的[8-10]。

图2 超疏水颗粒孔喉架桥

1.3 岩心驱替试验

使用岩心驱替装置对颗粒的注入性、封堵性和耐冲刷性进行测试，所用岩心为目标储层岩心，岩心驱替试验参照石油行业标准SY/T 5336—2006 岩心常规分析方法进行[9]执行，驱替装置如图3所示。

图3 岩心驱替装置

2 控水颗粒性能评价[11-14]

2.1 接触角测试

超疏水颗粒的堵水不堵油效果，主要源于二氧化钛改性材料的亲油疏水性，将颗粒铺展于平面后，滴加水滴，测试其水相接触角，测试结果如图4 所示，可以看到超疏水颗粒的水相接触角在122°，有很强的疏水效果。

图4 水相接触角

2.2 注入性

将岩心进行烘干承重处理后，饱和模拟地层水，称湿重，计算孔隙体积，随后向以1 mL·min-1速度注入模拟地层水，待注入压力稳定后，计算岩心水测原始渗透率。以1 mL·min-1速度正向注入超疏水颗粒，待压力稳定后停止注入，观察并记录注入压力，实验结果如图5所示。

由图5可以看出，随着改性颗粒的注入，注入压力开始升高，注入颗粒5 PV后，注入压力达到稳定，为0.67 MPa，此后一直保持稳定，说明改性颗粒在该岩心中的注入性良好。

图5 注入性评价结果

2.3 封堵性

使用注入超疏水颗粒后的岩心进行封堵性评价，反向以1 mL·min-1速度向岩心中注入模拟地层水，观察注入压力变化，待压力稳定后停止注入，并计算岩心渗透率，与2.2中水测原始渗透率进行对比，计算渗透率封堵率，实验结果如图6和表1所示。

图6 选择性评价结果

表1 选择性评价结果

由实验结果可以看出，改性颗粒注入后，水相渗透率下降了81.40%，说明改性颗粒在该岩心中的对水相具有良好的封堵作用。

2.4 耐冲刷性

试验2.3中反向驱替压力稳定后继续进行水相驱替，并且提高驱替流速为8 mL·min-1，待驱替体积40 PV后停止试验，观察驱替压力变化，实验结果如图7所示。

图7 耐冲刷性评价结果

由图7可知，封堵后的岩心进行耐冲刷性试验，当驱替量达到28 PV左右，压力开始保持稳定并且40 PV时仍没有下降，因此评价耐冲刷性较好。

3 结 论

1）二氧化钛改性超疏水颗粒具有良好的亲油疏水性能，并且可以通过颗粒在储层孔喉中的架桥作用实现封堵，依靠超疏水颗粒材料的弹性和塑性，发生强有力的拉筋作用，加强了楔塞的机械强度，形成牢固的移动困难的塞状垫层，加之其自身强烈的亲油疏水性，达到选择性控水的目的。

2）通过接触角测试其润湿性，可以发现改性后的二氧化钛颗粒具有较强的疏水性，水相接触角为122°。

3）通过驱替试验可以看出该颗粒具有良好的注入性、封堵性和耐冲刷性，水相封堵率为81.40%，有良好的堵水效果，封堵后的岩心进行耐冲刷性试验，当驱替量达到28 PV左右，压力开始保持稳定并且40 PV时仍没有下降，因此评价耐冲刷性较好。

［1］李柏宏，刘文龙，程征，等. 堵水调剖技术应用及效果评价[J].石油化工应用，2021，40(04)：64-70．

［2］黄波，陈维余，孟科全，等．缝洞型油藏沥青质增强凝胶聚合物体系的堵水性能试验研究[J].当代化工，2021，50(10)：2287-2290．

［3］彭宝亮，罗健辉，王平美，等．纳米材料在油田堵水调剖中的应用进展[J].油田化学，2016,33(03)：552-556．

［4］汪成. 纳米二氧化硅对聚合物凝胶强度的影响[J]. 当代化工，2021, 50 (05)：1086-1089.

［5］李辉，冷莹梦，马长坡，等．聚硅氧烷表面改性TiO2粒子及其超疏水性能[J]. 精细化工，2021, 38 (09)：1813-1818．

［6］郭锦程. 耐磨超疏水涂层的制备及其性能研究[D]. 太原：中北大学, 2021.

［7］李丹. 纳米颗粒在压裂工艺中封堵裂缝性水层的研究[D]. 成都：成都理工大学, 2018.

［8］许飞. 低渗注水开发油藏可动凝胶深部调驱可行性室内研究[D]. 西安：西安石油大学, 2010．

［9］SY-T 5336-2006 《岩心常规分析方法》[S]. 石油行业标准,2006．

［10］巩权峰，魏学刚，辛懂. 油田堵水调剖剂的研究进展[J]. 石油化工应用，2021,40(01)：10-13.

［11］杨利萍，葛际江，孙翔宇. 塔河气田纳米颗粒活性油堵水剂实验[J]. 新疆石油地质，2021, 42 (02)：218-223.

［12］李虎，王晓龙，徐国瑞，等. 一种低分子选择性堵水剂实验研究[J]. 辽宁化工，2021, 50 (04)：477-479.

［13］杨艳，王业飞，张鹏，等. 选择性堵水剂的作用机理及应用影响因素[J].油田化学, 2012, 29 (4) : 502- 506.

［14］李丹. 纳米颗粒在压裂工艺中封堵裂缝性水层的研究[D]. 成都理工大学, 2018.

Study on Water Control Technology of New Superhydrophobic Particles

,,,,,

（CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China）

As a new kind of material, superhydrophobic TiO2particles have been applied in many fields, and they have many excellent properties, such as super liophilic and hydrophobic, small particle size, environmental friendliness and so on.In view of the current demand for water control in the field of oil and gas fields, combined with the advantages of nano-superhydrophobic particle materials, research on new superhydrophobic particles in the field of water control in oil and gas fields was carried out.In view of the existing problems in the field of oilfield water control, a new superhydrophobic particle water control system was prepared by using modified titanium particles, and its water control mechanism was analyzed. The wettability of the contact angle was tested in the laboratory, and the water-contact angle was 122°, with good hydrophobicity. The core displacement device was used to evaluate the injection, plugging and scouring resistance of the system. It was found that the system had good injection performance in the target reservoir core, and the water phase plugging rate was 81.40%, showing good plugging effect. And after flushing 40 PV, it still had plugging property. Therefore, it can be seen that the technology can fully meet the requirements of oil and gas field water control operations.

Modification; Hydrophobic; Particles; Water Control

2021-11-29

李志臻（1987-），男，河北省唐山市人，工程师，工学硕士，2015年毕业于西南石油大学应用化学专业，主要从事油气田提高采收率相关技术的研究。邮箱：lizhzh9@cnooc.com.cn。

TE39

A

1004-0935（2022）03-0329-03