使用金属氧化物纳米粒子降低界面张力并改变润湿性以减少凝析油堆积的制作方法

本申请要求2017年2月27日提交的名称为“使用金属氧化物纳米粒子降低界面张力并改变润湿性以减少凝析油堆积”的美国申请号62/463,962的优先权，所述美国申请通过引用整体结合于此。

该文件涉及纳米粒子在地层处理流体中用于减少气体凝析油储层中的凝析油堆积(condensatebanking)的用途。

背景技术：

当气体凝析油储层中的压力降至低于露点时，流体分离成液相和气相。因此，压力的降低导致从液体到气体的相变，称为“反凝析”。在井眼附近的区域中，压力梯度较陡，导致较大的液/气比。根据临界液体饱和度和气体流量，可以迅速形成液体饱和，从而阻碍气体流动。在这种条件下，高表面能矿物质促进凝析油膜在岩石表面上的扩散，润湿孔隙表面，并且凝析油积聚。积聚的凝析油限制了使气体流动的开放路径，从而降低井产能。

技术实现要素：

在第一一般方面，处理具有多孔地层材料的气体凝析油储层包括将地层处理流体引入气体凝析油储层并且将地层处理流体保持在气体凝析油储层中。地层处理流体是包含金属氧化物纳米粒子的分散体。气体凝析油储层包括与多孔地层材料接触的离散凝析油部分。将地层处理流体保持在气体凝析油储层中，使得离散凝析油部分从多孔地层材料中移出，以在气体凝析油储层中产生游离凝析油。

第一一般方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。

在一些实施方式中，将地层处理流体在气体凝析油储层中保持足够的时间以使地层处理流体在离散凝析油部分与多孔地层材料之间形成楔形膜。

一些实施方式包括从气体凝析油储层中移除游离凝析油。

在一些实施方式中，金属氧化物纳米粒子的最大尺寸在1纳米(nm)至100nm的范围内。

在一些实施方式中，地层处理流体中的金属氧化物纳米粒子的浓度为最多1重量百分比(重量％)。

在一些实施方式中，地层处理流体中的金属氧化物纳米粒子的粒子体积分数为最多0.25。

在一些实施方式中，金属氧化物纳米粒子包括硅、铝、锌、镁、铁、锆、镍或锡的氧化物，或其组合。在某些实施方式中，金属氧化物纳米粒子包括二氧化硅。

在一些实施方式中，地层处理流体包括超临界二氧化碳。

附图简述

图1描绘了用于向气体凝析油储层提供地层处理流体的示例性系统。

图2a描绘了与气体凝析油储层中的地层接触的地层处理流体。

图2b描绘了图2a的地层处理流体的纳米粒子的放大视图。

图2c描绘了图2a的地层处理流体和气体凝析油储层的接触区域的放大视图。

图3是用于减少气体凝析油储层中的凝析油堆积的示例性过程的流程图。

发明详述

由在接近井眼时通过露点的气体在井眼孔隙附近析出的凝析油通过相对渗透率效应降低了孔隙对气体的渗透率。这种现象被称为“凝析油堆积”。通过相对于地层中的液体对气体凝析油储层中多孔地层的润湿性提高气体对气体凝析油储层中多孔地层的润湿性，可以降低凝析油堆积的影响，从而提高来自气体凝析油储层中的井的气体产量。

可以通过使多孔地层与包含基础流体和纳米粒子的地层处理流体接触来提高多孔地层对气体的润湿性。合适的基础流体的实例包括含水流体和超临界二氧化碳。在一些实施方式中，基础流体包含至少10重量百分比(重量％)的水。在一些实施方式中，基础流体包含最多99.9重量％的水。在一些实施方式中，基础流体具有10重量％至90重量％范围内的水组成。合适的金属氧化物纳米粒子的实例包括硅、铝、锌、镁、铁、锆、镍、锡的氧化物或其组合。在一些实施方式中，金属氧化物纳米粒子的最大尺寸在1纳米(nm)至100nm的范围内。地层处理流体中的纳米粒子的浓度通常为最多1重量％。在一些实施方式中，地层处理流体中的纳米粒子的浓度为至少0.1重量％。

在一些实施方式中，地层处理流体是胶体分散体。在一些实施方式中，地层处理流体包含一种或多种添加剂。地层处理流体可以具有0.01重量％至10重量％范围内的添加剂浓度。添加剂的实例包括表面活性剂、聚合物、酸、碱和溶质。合适的表面活性剂包括阴离子表面活性剂，如十二烷基苯磺酸钠。合适的聚合物的实例包括黄原胶、部分水解的聚丙烯酰胺和十六烷基二苯醚二磺酸钠。合适的酸包括盐酸。合适的碱包括氢氧化钠。合适的溶质包括硬脂酸。

胶体分散体通常是稳定的胶体分散体，使得处理流体中的纳米粒子流过多孔地层中的孔隙。胶体分散体的稳定性至少部分地基于以下因素，如纳米粒子的尺寸、形状、电荷和溶剂化程度，以及胶体分散体的酸碱度(ph)和分散体中的添加剂的性质和浓度。

图1描绘了用于将地层处理流体递送至地下地层104中的井眼102的示例性系统100。来自源106的地层处理流体经由泵108通过管线110被泵送至井口112，并且经由管道114进入井眼102。地层处理流体通过地层中的孔隙进入气体凝析油储层116。

图2a描绘了与气体凝析油储层(如气体凝析油储层116)中的地层202接触的地层处理流体200的实例。地层处理流体200是包含金属氧化物纳米粒子204的胶体分散体。图2b描绘了金属氧化物纳米粒子204的放大视图，其中添加剂206位于纳米粒子周围。在一些实施方式中，添加剂206是选择用于将金属氧化物纳米粒子204分散在地层处理流体200中的表面活性剂。凝析油208与地层处理流体200和地层202接触。

图2c描绘了其中地层处理流体200、地层202和凝析油208接触的区域的放大视图，其中角度θc是凝析油与地层之间的接触角。当地层202与凝析油208之间的接触角θc大于地层处理流体200与地层202之间的接触角θf时，地层处理流体倾向于产生楔形膜210。凝析油液滴208与地层202之间的接触角θc可以至少部分地由于地层处理流体200优先润湿地层202而增加。此处，“楔形膜”通常是指在地层202和凝析油208之间的界面处与地层202和凝析油208接触的楔形体积的地层处理流体200。因此，地层处理流体200介于地层202和凝析油208之间，从地层202中逐出凝析油208，从而减少凝析油堆积。

至少部分地由于布朗运动和金属氧化物纳米粒子204之间的静电排斥，发生凝析油208与地层202的分离。虽然由单个金属氧化物纳米粒子204施加的力较小，但是对于大的粒子体积分数(如最多0.25的粒子体积分数)，力是较大的。此处，“粒子体积分数”通常是指纳米粒子(如金属氧化物纳米粒子204)的体积与总流体(如地层处理流体200)的体积的比率。粒子体积分数取决于流体中纳米粒子的浓度(例如，以重量百分比计)、纳米粒子的密度和分散有纳米粒子的流体的密度。对于大的粒子体积分数，在顶点252处，力可以超过50,000帕斯卡(pa)。在一些实施方式中，地层处理流体200的粒子体积分数为至少0.01。在一些实施方式中，地层处理流体200的粒子体积分数为至少0.1。在一些实施方式中，地层处理流体200的粒子体积分数在0.1至0.2的范围内。当该力在空间上限制于不连续相的顶点252(即，在地层202和凝析油208之间)时，随着重新建立平衡，地层处理流体200置换凝析油208。

图3是用于减少气体凝析油储层(如气体凝析油储层116)中的凝析油堆积的示例性过程300的流程图。可以执行方法300以处理包括多孔地层材料的气体凝析油储层116。在302处，将地层处理流体(如地层处理流体200)提供至气体凝析油储层。地层处理流体是包含金属氧化物纳米粒子的分散体，并且气体凝析油储层包括与多孔地层材料接触的离散凝析油部分。在304处，将地层处理流体保持在气体凝析油储层中。将地层处理流体保持在气体凝析油储层中使离散凝析油部分从多孔地层材料中移出，以在气体凝析油储层中产生游离凝析油。可以将地层处理流体在气体凝析油储层中保持足够的时间以使地层处理流体在离散凝析油部分与多孔地层材料之间形成楔形膜。此处，“游离凝析油”通常是指不与地层接触的一定体积的凝析油。在一些实施方式中，将地层处理流体置换的游离凝析油从气体凝析油储层中移除。

定义

在本文中，除非上下文另有明确规定，术语“一个(a)”、“一种(an)”或“所述(the)”用于包括一个或多于一个。除非另有指明，术语“或”用于表示非排他性的“或”。“a和b中的至少一个”的表述与“a、b或者a和b”的含义相同。另外，应该理解的是，在本公开中使用的并且没有以其它方式定义的措辞或术语仅用于描述目的而不是限制目的。任何章节标题的使用旨在帮助阅读文件，并且不被解释为进行限制；与章节标题有关的信息可能出现在特定章节之内或之外。

以范围形式表示的值应该以灵活的方式解释为不仅包括作为范围界限明确记载的数值，而且还包括在该范围内涵盖的所有单个数值或子范围，就像每个数值和子范围都被明确记载一样。例如，“0.1％至约5％”或“0.1％至5％”的范围应当解释为包括约0.1％至约5％，以及在所示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另有指明，“x至y”的表述与“约x至约y”的含义相同。同样地，除非另有指明，“x、y或z”的表述与“约x、约y或约z”的含义相同。“约”可以允许一定数值或范围内的变化程度，例如，在所述值或所述范围界限的10％以内、5％以内或1％以内。

术语“流体”是指气体、液体、凝胶、具有高固体含量的浆料以及临界和超临界材料。

术语“地下地层”是指地球表面下的任何物质，包括在海底表面下的任何物质。例如，地下地层可以是井眼的任何部分以及与井眼流体接触的地下产石油或产水的地层或区域的任何部分。在一些实例中，地下地层可以是可以产生液体或气体石油材料、水的任何地下地区或与其流体接触的任何地下部分。例如，地下地层可以是需要破裂的区域、裂缝或围绕裂缝的区域以及流动路径或围绕流动路径的区域中的至少一种，其中裂缝或流动路径任选地可以直接地或通过一个或多个裂缝或流动路径流体连接至地下产石油或产水区域。

其他实施方式

应当理解，虽然已经结合其详细描述描述了实施方式，但是上述描述旨在说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。其他方面、优点和改变在以下权利要求的范围内。