聚合物微球在人造礫巖巖心中的運移性能

羅 強，唐 可，羅 敏，吳運強，宮兆波，劉新年，王鳳清

（1.中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

聚合物微球在人造礫巖巖心中的運移性能

羅 強1，唐 可1，羅 敏2，吳運強1，宮兆波1，劉新年1，王鳳清1

（1.中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

聚合物微球是一種可改善油藏非均質(zhì)性、提高水驅(qū)采收率的深部調(diào)剖劑。采用多點測壓人造礫巖巖心實驗和產(chǎn)出液中微球粒度分布測試相結(jié)合的方法，研究了粒度分布呈雙峰的聚合物微球體系在2種滲透率的人造礫巖巖心中的運移性能。研究結(jié)果表明，聚合物微球在滲透率為0.295 7和0.634 5 μm2的人造礫巖巖心中具有較好的注入性能，且最大阻力系數(shù)分別為5.3和8.5；粒度超過16 μm的聚合物微球難以通過滲透率為0.295 7 μm2的人造礫巖巖心，其產(chǎn)出液中微球粒度呈單峰分布特征，峰值為5 μm；而滲透率為0.634 5 μm2的人造礫巖巖心產(chǎn)出液中微球粒度呈雙峰分布特征，峰值分別為7和150 μm，粒度超過450 μm的聚合物微球難以通過。

聚合物微球人造礫巖巖心阻力系數(shù)粒度分布運移

針對隔夾層發(fā)育不完全和長期水驅(qū)開發(fā)導(dǎo)致油藏深部水流優(yōu)勢通道發(fā)育造成的注入水無效循環(huán)的問題，須通過深部液流轉(zhuǎn)向技術(shù)來提高水驅(qū)效果。適合深部液流轉(zhuǎn)向技術(shù)的化學(xué)劑主要包括聚合物溶液及其弱凝膠［1-2］、CDG［3-4］、柔性顆粒［5］和聚合物微球［6-7］等。其中，聚合物微球因具有耐溫、耐礦化度能力強，粒度小，以水為攜帶介質(zhì)，有較好的分散性，不需專門的注入設(shè)備即可實現(xiàn)在線注入等優(yōu)點而備受關(guān)注。隨注入水進(jìn)入油層后，大量的聚合物微球廣泛分布于巖石孔隙中。在近井地帶，多個聚合物微球的堆積可封堵大孔道使水繞流。當(dāng)壓差增大時，聚合物微球產(chǎn)生彈性變形，可通過喉道繼續(xù)向油層深部運移；在油層深部，由于壓差作用較小，聚合物微球在孔隙內(nèi)滯留，堵塞孔隙通道，從而實現(xiàn)深部液流轉(zhuǎn)向的作用。聚合物微球在油藏巖石孔隙中運移—封堵—再運移—再封堵的過程中，不斷改變巖石中注入流體的流動方向，有效增大了油層尤其是深部和油井附近油層聚合物微球的波及體積。

目前，聚合物微球的研究主要包括聚合物微球的合成、性能評價和其在巖心中的運移、封堵、驅(qū)油機理以及現(xiàn)場應(yīng)用［8-14］等方面。賈曉飛等采用多點測壓分析了聚合物微球在巖心中的封堵—運移—再封堵過程［15-16］。姚傳進(jìn)應(yīng)用激光粒度分析儀測得聚合物微球平均粒徑，并與巖心的平均孔喉直徑之間建立了粒度匹配系數(shù)，研究了聚合物微球在巖心中的運移和封堵性能［17］。但這些研究均未通過測定產(chǎn)出液中聚合物微球的粒度分布來定量分析其在巖心中的運移性能。因此，筆者采用多點測壓人造礫巖巖心實驗和產(chǎn)出液中聚合物微球粒度分布測試相結(jié)合的方法，定量描述聚合物微球在不同滲透率人造礫巖巖心中的運移性能。

1 實驗材料與方法

聚合物微球溶液配制和人造礫巖巖心注入水為克拉瑪依油田七區(qū)注入水，曝氧后用1層孔徑為3 μm的醋酸纖維素濾膜過濾；聚合物微球溶液的質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，粒度分布為雙峰特征，峰值為5和224 μm；三點測壓巖心夾持器的3個測壓點分別設(shè)置在注入端（壓力為p1）、人造礫巖巖心的1/3處（壓力為p2）和2/3處（壓力為p3），并把人造礫巖巖心從注入端開始分為前段、中段和后段。人造礫巖巖心基本參數(shù)見表1。整個實驗為恒速注入，流量為1 mL/min。實驗溫度為室溫。

表1 人造礫巖巖心基本參數(shù)

聚合物微球溶液及產(chǎn)出液中聚合物微球粒度分布采用激光粒度分析儀Mastersizer2000在室溫下測定，攪拌轉(zhuǎn)速為1 000 r/min；根據(jù)聚合物阻力系數(shù)計算公式［18］，計算聚合物微球溶液的阻力系數(shù)，即

式中：RFm為聚合物微球溶液的阻力系數(shù)；Δpm為注聚合物微球溶液時的壓差，MPa；Δpw為注水時的壓差，MPa。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 聚合物微球在人造礫巖巖心中的注入性能

分別在人造礫巖巖心1和2中注入相同孔隙體積倍數(shù)的聚合物微球溶液，記錄注入過程中各點的壓力變化。由實驗結(jié)果（圖1）可知，2塊人造礫巖巖心各測壓點的壓力隨聚合物微球注入孔隙體積倍數(shù)的增加而增大。其中，人造礫巖巖心1注水平衡時p1約為0.045 MPa，隨著聚合物微球溶液的注入，注入壓力快速上升并伴有波動現(xiàn)象，當(dāng)注入至27倍孔隙體積時，壓力升高到0.24 MPa（圖1a）；而人造礫巖巖心2注水平衡時p1為0.02 MPa，隨著聚合物微球溶液的注入，人造礫巖巖心的注入壓力也隨注入孔隙體積倍數(shù)的增加持續(xù)上升并伴有波動，注入至27倍孔隙體積時，壓力增至0.17 MPa（圖1b）。注入實驗結(jié)果表明，聚合物微球溶液在2種滲透率人造礫巖巖心中均具有較好的注入性能，其最大阻力系數(shù)分別為5.3和8.5。

圖1 人造礫巖巖心在不同測壓點的壓力隨注入孔隙體積倍數(shù)的變化

2.2 產(chǎn)出液中聚合物微球粒度分布

為了進(jìn)一步定量研究運移性能與聚合物微球粒度之間的關(guān)系，采用激光粒度分析儀Mastersiz?er2000對產(chǎn)出液中聚合物微球粒度進(jìn)行檢測分析。分別收集不同孔隙體積倍數(shù)的人造礫巖巖心產(chǎn)出液，由人造礫巖巖心1的實驗結(jié)果（圖2a）可知，相對于注入前溶液中聚合物微球粒度分布的雙峰特征，人造礫巖巖心1的產(chǎn)出液呈單峰特征，粒度為0.4～16 μm，即只有峰值為5 μm的峰，而峰值為224 μm的峰沒有出現(xiàn)。且峰值為5 μm的聚合物微球粒度分布范圍從初始的0.7～42 μm變?yōu)?.4～16 μm；同時峰值的體積分?jǐn)?shù)由4.47%升至7.91%。由此可見，粒度大于16 μm的聚合物微球難以通過滲透率為0.295 7 μm2的人造礫巖巖心。

圖2 人造礫巖巖心產(chǎn)出液中聚合物微球粒度分布

由人造礫巖巖心2的實驗結(jié)果（圖2b）可知，當(dāng)注入5倍孔隙體積的聚合物微球溶液時，產(chǎn)出液中聚合物微球的粒度分布也呈現(xiàn)單峰特征，其粒度為0.5～28 μm，即只有峰值為5 μm的峰，而峰值為224 μm的峰亦未出現(xiàn)。當(dāng)注入15倍孔隙體積時，產(chǎn)出液中聚合物微球的粒度分布呈雙峰特征，第1個峰的粒度為0.6～25 μm，峰值為5 μm；而第2個峰的粒度為74～390 μm，峰值為170 μm。當(dāng)注入25倍孔隙體積時，仍表現(xiàn)為雙峰特征，第1個峰的粒度保持不變，但峰值上升為7 μm；第2個峰的粒度為49～450 μm，峰值降至150 μm。

對比注入5，15和25倍孔隙體積的產(chǎn)出液中聚合物微球粒度峰值體積分?jǐn)?shù)可知，第1個峰的峰值體積分?jǐn)?shù)分別為8.82%，8.43%和6.17%，呈下降趨勢，表明較小粒度的聚合物微球所占比例減少；第2個峰的峰值體積分?jǐn)?shù)從15倍孔隙體積的1.81%增至25倍孔隙體積的3.5%，表明通過人造礫巖巖心的較大粒度聚合物微球所占比例增大。由此可見，當(dāng)注入孔隙體積倍數(shù)小于5時，粒度小于28 μm的聚合物微球可優(yōu)先通過人造礫巖巖心，隨著注入孔隙體積倍數(shù)和壓力的增加，粒度小于450 μm的聚合物微球也可以通過人造礫巖巖心，而粒度大于450 μm的聚合物微球較難通過滲透率為0.634 5 μm2的人造礫巖巖心。

2.3 聚合物微球在人造礫巖巖心中的運移性能

結(jié)合圖1a和圖2a可知，粒度為50～678 μm的聚合物微球大量滯留在人造礫巖巖心1的前段，而粒度為0.4～16 μm的聚合物微球可以運移到中段，從而導(dǎo)致p1和p2都升高，但p1的上升幅度更大。隨著注入孔隙體積倍數(shù)的增加，粒度為0.4～16 μm的聚合物微球出現(xiàn)在產(chǎn)出液中。由于滲透率為0.295 7 μm2人造礫巖巖心的孔喉半徑相對較小，致使粒度超過16 μm的聚合物微球難以通過。

由圖1b和圖2b可知，在聚合物微球注入初期（注入0～5倍孔隙體積），粒度為50～678 μm的聚合物微球大量滯留在人造礫巖巖心2的前段，導(dǎo)致p1大幅度升高；而粒度為0.5～28 μm的聚合物微球可以較為順利地通過整個人造礫巖巖心，所以p2和p3都有一定程度的升高。隨著注入孔隙體積倍數(shù)的增加（注入5～15倍孔隙體積），粒度為74～390 μm的聚合物微球在壓力的作用下變形通過人造礫巖巖心，從而導(dǎo)致p2和p3進(jìn)一步升高。隨著聚合物微球的繼續(xù)注入（注入15～25倍孔隙體積），大量的大粒度聚合物微球（粒度超過450 μm）在人造礫巖巖心的前段聚集，并緩慢向中段運移，從而導(dǎo)致p1和p2也持續(xù)上升。

實驗結(jié)果表明小粒度的聚合物微球可以優(yōu)先通過人造礫巖巖心，而較大粒度的聚合物微球在壓差的作用下可變形通過人造礫巖巖心。

3 結(jié)束語

多點測壓人造礫巖巖心實驗結(jié)果表明，聚合物微球可以在滲透率為0.295 7和0.634 5 μm2的人造礫巖巖心中運移并產(chǎn)生封堵，其最大阻力系數(shù)分別為5.3和8.5。人造礫巖巖心產(chǎn)出液中聚合物微球的粒度分布檢測結(jié)果進(jìn)一步表明，粒度小于16 μm的聚合物微球可以通過滲透率為0.295 7 μm2的人造礫巖巖心，而粒度超過450 μm的聚合物微球難以通過滲透率為0.634 5 μm2的人造礫巖巖心。研究結(jié)果可為礫巖油藏聚合物微球調(diào)驅(qū)試驗的聚合物微球粒徑的選擇提供依據(jù)。

［1］ 潘偉義，劉歡，唐孝芬，等.應(yīng)用多點測壓法研究弱凝膠深部調(diào)剖性能［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2009，16（4）：83-85.

［2］ 李科星，錢志鴻，杜金陽，等.交聯(lián)聚合物動態(tài)成膠及運移的室內(nèi)模擬研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，34（4）：115-121.

［3］ Spildo K，Skauge A，Skauge T.Propagation of colloidal dispersion gels（CDG）in laboratory corefloods［R］.SPE 129927，2010.

［4］ Diaz D，Somaruga C，Norman C，et al.Colloidal dispersion gels im?prove oil recovery in a heterogeneous Argentina waterflood［R］. SPE 113320，2008.

［5］ 唐孝芬，劉玉章，楊立民，等.緩膨高強度深部液流轉(zhuǎn)向劑實驗室研究［J］.石油勘探與開發(fā)，2009，36（4）：494-497.

［6］ Frampton H，Morgan J C，Cheung S K，et al.Development of a nov?el waterflood conformance control system［R］.SPE 89391，2004.

［7］ Feng Yujun，Tabary Rene，Renard Michel，et al.Characteristics of microgels designed for water shutoff and profile control［R］.SPE 80203，2003.

［8］ 陳海玲，鄭曉宇，王雨.微米級大顆粒交聯(lián)聚合物微球的制備［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，26（5）：74-77.

［9］ Chauveteau Guy，Tabary Rene，Blin Nicolas，et al.Disproportion?ate permeability reduction by soft preformed microgels［R］.SPE 89390，2004.

［10］Chauveteau Guy，Tabary Rene，Bon Christel le，et al.In-depth per?meability control by adsorption of soft size-controlled microgels ［R］.SPE 82228，2003.

［11］Rousseau D，Chauveteau G，Renard M，et al.Rheology and trans?port in porous media of new water shutoff/conformance control mi?crogels［R］.SPE 93254，2005.

［12］Chauveteau G，Omari A，Bordeaux U，et al.Controlling gelation time and microgel size for water shutoff［R］.SPE 59317，2000.

［13］雷光倫，李文忠，賈曉飛，等.孔喉尺度彈性微球調(diào)驅(qū)影響因素［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（2）：41-43.

［14］Pritchett James，F(xiàn)rampton Harry，Brinkman Joe，et al.Field appli?cation of a new in-depth waterflood conformance improvement tool ［R］.SPE 84897，2003.

［15］賈曉飛，雷光倫，李會榮，等.孔喉尺度彈性微球運移封堵特性研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（2）：219-221.

［16］劉偉，李兆敏，李賓飛，等.聚合物微球注入?yún)?shù)優(yōu)化及運移規(guī)律研究［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2011，19（6）：886-892.

［17］姚傳進(jìn)，雷光倫，高雪梅，等.非均質(zhì)條件下孔喉尺度彈性微球深部調(diào)驅(qū)研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（5）：61-64.

［18］陳鐵龍，蒲萬芬.聚合物應(yīng)用評價方法［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1996.

編輯劉北羿

TE357.431

A

1009-9603（2014）01-0063-03

2013-11-17。

羅強，男，高級工程師，從事提高采收率技術(shù)研究。聯(lián)系電話：（0990）6879153，E-mail：luoq33@petrochina.com.cn。

中國石油集團(tuán)公司重大專項“新疆礫巖油藏深部調(diào)驅(qū)技術(shù)研究與應(yīng)用”（2012E-34-07）。