微纳米孔隙中原油的物理化学启动机制

By the study of existing form and activation method of crude oil on surface of rocks with different lithology in micro pores, the interactions among multiple fluids, imbibition, and flow trend in micro pores will be revealed. Based on the experimental data and theory of interface chemistry, the thermodynamic relations of oil activation in extra/ultra low permeability and tight oil reservoirs will be established, which canprovide theoretical guidance for thorough understanding, utilization, and further oil recovery enhancement of this kind of resources..The research includes 4 aspects: (1) Design and manufacture of micro experiment model, including the design of different experimental micro/nanomodels, internal pore surface construction and wetting treatment; (2) Physical modelling experiments and microscopic observation. Utilizing the experimental models, the inner surface will be treated to obtain designedwettability, original oil-water state will be preseted. After that, the physical modelling experiment will be carried out; (3) Investigation the start-up process of crude oil, considering the boundary conditions of different original wettability, different environmental conditions and fluid properties; (4) Construction of thermodynamic euqations of oil activation. Based on the physical modelling results and related thermodynamic parameters from the process of oil activation under the combined effect of various chemical agents, the thermodynamic equations will be duducted to provide theorical guidance.

通过对微观孔隙中不同岩性岩石表面上原油存在形式和启动状态的研究，揭示微观纳米级孔隙中多种流体的作用状态、渗吸与渗流趋势，利用实验数据和界面化学理论推导出在特/超低渗以及致密油油藏的孔隙介质中原油启动的热力学关系式，为深入认识和利用该类油藏资源、进一步提高石油采收率提供理论指导。.包括4方面研究内容：（1）微观实验模型的设计与制造。不同微/纳米级别的实验模型的设计，孔隙内表面的处理与润湿性构建；（2）物理模拟实验与微观观察。利用设计的不同级别的实验模型（微流控模型），进行内表面处理与润湿性构建、预设原始油水状态，进行物理模拟实验和观察；（3）原油的启动过程实验。在不同原始润湿性岩石表面的束缚状态和启动过程研究，不同环境条件和不同流体性质下的启动过程；（4）热力学启动方程的建立。利用物理模拟实验结果及不同化学剂作用下启动过程中相关热力学参数的变化，构建并推导出具有理论指导意义的热力学方程。

项目针对微纳米毛细管润湿性改变与评价、微纳米孔隙中原油渗吸微观机理和原油启动物理化学式关键科学问题，建立了毛细管润湿性改变实验平台、渗透速度测试仪实验装置，提出“粘附功降低”、“渗透速度”、“毛细管举升系数”等参数和相关实验方法。为微纳米孔隙中原油的启动机制研究奠定了装置、参数和方法基础。项目开展了周密细致的实验设计并系统制订研究方案。系统进行接触角、界面张力、静态渗吸、动态渗吸、毛细管举升实验、微观驱油实验、核磁共振等实验研究，总体完成了项目任务书计划。基于项目提出的粘附功降低指标，总结出粘附功降低与原油启动和渗吸效果关系规律。基于自行建立的“毛细管举升系数”、“渗透速度”提出“渗透力”参数及实验方法，发明研制了渗透速度测试仪器。通过研究不同化学剂在孔隙中的渗透力，进一步明确了油湿岩石孔隙表面原油启动的作用规律。发明设计并加工出毛细管润湿性改变实验平台，建立了系统的实验评价方法。进行岩石表面及油水界面分子间作用方式与效果评价并归纳出作用规律。基于结构-性能关系规律，自主研制了具有润湿反转功能的渗吸表面活性剂。通过核磁共振研究了静态渗吸、动态渗吸过程油水分布和作用规律；通过微观驱油实验观察了原油启动、运移和渗流过程；通过原子力显微镜评价结合表面张力和接触角评价，研究了2种化学剂理化性能、表面吸附与脱油效果间关系规律，丰富和发展了渗流理论。发表相关论文15篇、会议论文1篇；授权发明专利16项、申报发明专利2项；获得省部级技术发明一等奖1项、二等奖1项，局级技术发明二等奖1项；培养研究生4名。通过对微观孔隙中不同岩性岩石表面上原油存在形式和启动状态的研究，揭示微观纳米级孔隙中多种流体的作用状态、渗吸与渗流趋势，利用实验数据和界面化学理论推导出在特/超低渗以及致密油油藏的孔隙介质中原油启动的判据。为深入认识和利用该类油藏资源，进一步提高石油采收率提供了理论指导。