2.5低张力纳米流体的渗吸采收率

为了研究渗吸过程中的驱动力，Schechter推导了毛管数和重力比的宏观参数，即反邦德数NB-1：

式中：σ—油水界面张力，mN/m；φ—多孔介质的孔隙度，%；K—多孔介质的渗透率，10-3μm2；Δρ—油水密度差，g/cm3；H—多孔介质的高度，cm；C—与多孔介质的几何尺寸有关的常数，圆形毛细管为0.4。

NB-1为渗吸机理判别参数，式中没有考虑岩石润湿性。NB-1＞5时，毛管力在渗吸作用中起主导作用；1＜NB-1＜5时，重力和毛管力同时起作用；NB-1＜＜1时，重力起主导作用。

为验证TPHS活性纳米流体在渗吸采收率的应用，采用静态渗吸实验开展TPHS及常见表面活性剂复配溶液渗吸效果对比研究，岩心的基本物性参数见表2，不同体系与原油间的界面张力、所计算的反邦德数和渗吸采收率结果见表3，结果表明在渗吸过程中毛管力起主导作用。

表2岩心物性参数

表3不同渗吸体系的渗吸采收率

亲油性岩石发生渗吸的前提条件是润湿性反转，使毛管力的方向与水的吸入方向相同。J-11岩心实验中重力和毛管力同时起作用，放入岩心后不出油，渗吸液一直呈浑浊状态，直至一年后才开始出油。其余5组实验中毛管力起主导作用，S-12岩心渗吸过程呈逆向渗吸的特点，渗吸开始后岩心介质表面有油滴析出，油滴较小并有拉丝现象，油滴主要集中在侧面，在12 h后岩心顶部有大量油滴析出，且体积较大。S-1岩心渗吸过程中，只有岩心顶部有油滴析出，油滴体积较大。J-3岩心在渗吸过程中以顺向渗吸为主，主要是岩心顶部缓慢出油；J-16岩心在渗吸过程中，出油情况与S-12岩心相似。5组活性纳米流体实验中，4组实现了出油。对于亲油岩心发生渗吸的前提条件是润湿性的改变，因此实验证明活性纳米流体能够改变亲油岩心的润湿性，最终采收率大致随着反邦德数增加而降低。

Zhang等通过对油水黏度取几何平均、考虑岩心大小、形状和边界条件，给出特征长度LC的计算方法，Ma等基于特征长度LC定义了无因次时间td：

式中：t—渗吸采收时间，min；K—多孔介质的渗透率，μm2；—多孔介质孔隙度，1；μw—水的黏度，mPa·s；μo—油的黏度，mPa·s；LC—岩心的特征长度，在实验条件下用岩心长度L和直径D表示为

通过静态渗吸实验对比了不同渗吸配方体系在无因次时间条件下的渗吸采收率，如图5所示，图中斜率越大，表明水润湿性越强。课题组前期研究发现，不同类型的表面活性剂体系的渗吸采收率不同，阳离子双子表面活性剂12-2-12对岩心表面油润湿，在实验周期内不出油，1年后才出油；以两性甜菜碱表面活性剂C12BE为主的渗吸配方体系使得岩心J-3表现为中性润湿；以阴非离子表面活性剂TPHS和AEC为主的渗吸配方体系使得岩心水润湿，采收率较高。以合成的阴非离子表面活性剂TPHS为主的渗吸配方体系具有最快的渗吸采油速率和最高的采收率。

图5低张力纳米流体渗吸体系在大庆低渗天然岩心中的采收率

通过J-13岩心与S-12岩心渗吸实验的对比，由于低渗岩心渗吸较慢，在渗吸实验的时间内，纳米SiO2粒子的加入能够提高采收率4.47%，其原理是纳米粒子与表面活性剂的润湿协同作用。纳米流体加入后渗吸采油速率更快。Wasam院士认为根据分离压驱油机理，纳米粒子处在油/水/岩石三相锲形界面处，低张力纳米流体在铺展流体边界形成类似固体的有序组合体，在本体溶液中形成液体的分子有序组合体；低张力纳米流体在油/水/岩石三相锲形界面处形成二维层状自组装体，这种自组装结构形成了垂直于油水界面的高于纳米溶液本体的结构分离压；纳米流体界面沿着油滴和岩石剥离的方向移动，最终使得油滴从岩石表面脱附。

2.6低张力纳米流体的强制渗吸驱油实验

采用两组长填砂管（孔隙度均为45.50%，渗透率均为700×10-3μm2，含油饱和度约60%）实验对比了在低速驱替条件下的驱油体系0.1%TPHS+0.2%AOS和0.1%TPHS+0.2%AOS+0.05%纳米SiO2的驱油效率，结果见图6。在强制渗吸驱油过程中浮力、黏滞力和毛管力起作用；驱油过程可以描述为：初始阶段是浮力起主导作用；随着时间推移，采油速率降低并且达到平衡，这时浮力大小与毛管力与黏滞力的和相等，停止出油。图中的含水率变化反映了油墙的突破和聚集；渗吸驱油实验采用二次采油方式，在实验条件相同注入量下，加入纳米颗粒的低张力纳米流体的驱油效率为75.1%，低张力表面活性剂体系的驱油效率为62.4%，纳米颗粒加入后表面活性剂体系的驱油效率增加了12.7%；低张力表面活性剂在注入量0.27 PV时水驱前缘突破（见水），而低张力纳米流体在注入量0.4 PV时才突破见水；加入纳米颗粒后，延迟了无水采油时间。含有纳米颗粒的驱油体系的采出液有明显的乳化现象，提高了驱替液的流度，纳米颗粒和表面活性剂在驱替前缘形成的Pickering乳液稳定了油墙，延迟了水驱突破。

图6低张力纳米流体的强制渗吸驱油效率对比

3结论

采用“一锅煮”法合成了一种阴非离子表面活性剂TPHS，具有合成时间短、产率高的特点，能够有效降低油水界面张力，并具有优良的耐温抗盐能力。

阴非离子表面活性剂TPHS与阴离子表面活性剂AOS复配后，与原油间的界面张力达到更低的10-2数量级，且具有更高的浊点，拓宽了应用范围。

少量纳米SiO2颗粒与TPHS、AOS复配即可产生润湿协同作用，提高渗吸速率和采收率，并能形成乳液稳定油墙，延长无水采油期。