纳米吸附法降低岩石微孔道水流阻力的实验研究

doi:10.7623/syxb200901027

石油学报 ›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (1): 125-128.DOI: 10.7623/syxb200901027

纳米吸附法降低岩石微孔道水流阻力的实验研究

狄勤丰^1,2, 沈琛³, 王掌洪³, 顾春元^1,2, 施利毅^1,2, 方海平⁴

1. 上海大学上海市应用数学和力学研究所, 上海, 200072;
2. 上海市力学在能源工程中的应用重点实验室, 上海, 200072;
3. 中国石油化工股份有限公司, 北京, 100029;
4. 中国科学院上海应用物理所, 上海, 201800

收稿日期:2008-02-17 修回日期:2008-06-05 出版日期:2008-11-25 发布日期:2010-05-21
作者简介:狄勤丰,男,1963年8月生,1987年获华东石油学院硕士学位,1997年获西南石油学院博士学位,现为上海大学教授,博士生导师,主要从事石油工程、工程力学等方面的教学和科研工作.E-mail:qinfengd@sina.com
基金资助:
国家高技术研究发展计划(863)项目(2008AA06Z201);国家自然科学基金项目(No.50874071);上海市科学技术委员会重点攻关项目(071605102);上海市教育委员会重点攻关项目(08ZZ45)联合资助

Experimental research on drag reduction of flow in micro channels of rocks using nano-particle adsorption method

DI Qinfeng^1,2, SHEN Chen³, WANG Zhanghong³, GU Chunyuan^1,2, SHI Liyi^1,2, FANG Haiping⁴

1. Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics, Shanghai University, Shanghai 200072, China;
2. Shanghai Key Laboratory of Mechanics in Energy and Environment Engineering, Shanghai 200072, China;
3. China Petroleum & Chemical Corporation, Beijing 100029, China;
4. Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China

Received:2008-02-17 Revised:2008-06-05 Online:2008-11-25 Published:2010-05-21

摘要/Abstract

摘要：

研究了疏水性纳米SiO₂颗粒在岩石微孔道孔壁的吸附对岩石孔壁的阻力特性的改变机制,探讨了纳米SiO₂降压增注机理。疏水性纳米颗粒吸附在地层岩石微孔道表面并形成纳米吸附层,使亲水孔壁表面呈现强疏水性并形成水流滑移层,较大幅度地降低了流动阻力,从而提高了水流速度。通过润湿性变化、吸附电镜扫描等系列实验,证明了岩石微孔道中产生纳米滑移效应的可能性。流动实验结果表明,经含纳米颗粒流体处理后,岩心的水相渗透率大幅度提高,平均达到47%。同时用Lattice Boltzmann方法(LBM)模拟了含疏水性纳米SiO₂颗粒流体处理前后的实际渗流问题,间接计算出了纳米颗粒吸附造成的滑移长度。

关键词: 纳米SiO₂, 降压增注机理, 吸附法, 岩石孔隙, 流体流动, 滑移效应, 润湿性, 渗透率, 实验研究

Abstract:

The alternating mechanisms of flow resistance to porous wall and the mechanism of enhancing water injection by using nano-particle of SiO₂ were investigated with the nano-particle adsorption method. When the hydrophobic nano-particles were adsorbed on the surface of porous walls, a layer of nanometer particles was formed instead of hydrated layer. The wettability of porous wall then could be translated to strongly hydrophobicity from hydrophilicity, and the slip effects on the nano-particles layer happened. The flow resistance could be reduced obviously, and the fluid velocity was enlarged obviously. A series of experiments were made to validate the feasibility to form the slip effects on the porous wall by nano-particle adsorption method. The results of displacement experiment show that the water-phase effective permeability could increase about 47 percent averagely. The Lattice Boltzmann Method was used to simulate the slippage length on the porous wall induced by nano-particle adsorption method.

Key words: hydrophobic nano-particle of SiO₂, reducing pressure and enhancing water injection mechanism, nano-particle adsorption method, rock pore, fluid flow, slippage effect, wettability, permeability, experimental study

中图分类号:

TE357

狄勤丰, 沈琛, 王掌洪, 顾春元, 施利毅, 方海平. 纳米吸附法降低岩石微孔道水流阻力的实验研究[J]. 石油学报, 2009, 30(1): 125-128.

DI Qinfeng, SHEN Chen, WANG Zhanghong, GU Chunyuan, SHI Liyi, FANG Haiping. Experimental research on drag reduction of flow in micro channels of rocks using nano-particle adsorption method[J]. ACTA PETROLEI SINICA, 2009, 30(1): 125-128.

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纳米吸附法降低岩石微孔道水流阻力的实验研究

Experimental research on drag reduction of flow in micro channels of rocks using nano-particle adsorption method

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