交聯(lián)聚合物微球>聚合物HAP組合體系的深部調(diào)驅(qū)性能研究

姜志高，李陳，韋巍，胡微雪　(中石化華東油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225007)

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交聯(lián)聚合物微球>聚合物HAP組合體系的深部調(diào)驅(qū)性能研究

姜志高，李陳，韋巍，胡微雪(中石化華東油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225007)

[摘要]海上油田的非均質(zhì)性較強(qiáng)，單純聚合物驅(qū)在海上油田應(yīng)用中的效果受到限制。為了強(qiáng)化聚合物驅(qū)的深部調(diào)驅(qū)能力，利用反向懸浮聚合法合成Q(16)、Q(17)、Q(18)、Q(20)等4種交聯(lián)聚合物微球，并與聚合物HAP進(jìn)行復(fù)配，然后通過(guò)3種不同組合方式來(lái)進(jìn)行巖心驅(qū)油試驗(yàn)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)單純交聯(lián)聚合物微球和單純的聚合物HAP的提高采收率效果為15%左右，而二者組合后效果能達(dá)到20%以上，其中組合方式3中Q(20)&HAP體系提高采收率幅度最大，達(dá)到21.80%，說(shuō)明交聯(lián)聚合物微球-聚合物HAP組合體系有較好的滯留、封堵效果，具有一定深部調(diào)驅(qū)能力，能夠達(dá)到更好的提高采收率效果。

[關(guān)鍵詞]聚合物驅(qū);交聯(lián)聚合物微球；深部調(diào)驅(qū)；海上油田；組合體系

由于海上油田與陸上油田的開(kāi)采環(huán)境的差別，使得海上油田與陸上油田通用的提高開(kāi)采效果的技術(shù)有差異[1,2]。我國(guó)海上油田開(kāi)采發(fā)展比較晚，到目前為止還是以聚合物驅(qū)研究為主[3,4]，但是海上油田由于井距大、滲透率級(jí)差高、儲(chǔ)層非均質(zhì)嚴(yán)重等特點(diǎn)，使得海上油田的開(kāi)發(fā)難度增大[5～7]，單純的聚合物驅(qū)效果降低。海上油田的這些特點(diǎn)對(duì)聚合物的深部封堵、調(diào)驅(qū)能力提出的更高要求[8～10]，對(duì)此，筆者利用實(shí)驗(yàn)室合成的4種交聯(lián)聚合物微球(以下簡(jiǎn)稱微球)和締合聚合物HAP先進(jìn)行復(fù)配，使得復(fù)配體系兼具微球與HAP溶液的優(yōu)點(diǎn)，并且很好地克服了各自的缺陷，能夠更好地降低油水流度比，擴(kuò)大波及系數(shù)，提高其滯留效果，延緩聚合物在應(yīng)用過(guò)程的單向突破[11～13]。復(fù)配后再通過(guò)不同驅(qū)油方式形成組合體系，組合體系充分發(fā)揮復(fù)配體系深部調(diào)驅(qū)能力及HAP的驅(qū)油能力，使得采收率得到最大限度的提高。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[SY/T6576-2003]，利用填砂管驅(qū)替試驗(yàn)和巖心驅(qū)替試驗(yàn)物理模型系統(tǒng)地研究了不同組合體系的微球-聚合物封堵和深入性能，分析不同組合體系提高采收率的能力，從而為微球-聚合物組合體系深部調(diào)驅(qū)技術(shù)礦場(chǎng)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1試驗(yàn)

1.1藥品

失水山梨醇三油酸酯(Span-85)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)、過(guò)硫酸銨(APS)、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(AIBA，V50)、亞硫酸氫鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA·2Na)、脲、氫氧化鈉、乙酸、無(wú)水乙醇、丙酮、丙烯酸鈉，以上為分析純；油酸失水山梨醇酯(Span-80)、白油、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、Tween60，以上為工業(yè)品；HAP(粘均分子量為1100×104，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%粉狀)，工業(yè)品，水解度為18.2%；所用原油樣為SZ36-1油田A區(qū)原油綜合而成，加煤油稀釋至70mPa·s(60 ℃溫度下)；所用水為SZ36-1油田模擬污水，具體組成見(jiàn)表1；交聯(lián)聚合物微球Q16、Q17、Q18、Q20為實(shí)驗(yàn)室自制,基本性質(zhì)見(jiàn)表2；巖心尺寸為2.5cm×30cm的人造膠結(jié)柱狀巖心，氣測(cè)滲透率為2.0μm2。

表1　SZ36-1油田A區(qū)模擬污水無(wú)機(jī)離子組成

表2　交聯(lián)聚合物微球的基本性質(zhì)

1.2儀器

頂置式電子攪拌器，RW20數(shù)顯型，德國(guó)IKA；反應(yīng)釜，實(shí)驗(yàn)室自制；pH值計(jì)，型號(hào)PHSJ-3F，上海精密科學(xué)儀器有限公司；數(shù)控超級(jí)恒溫槽，寧波天恒實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)；分析天平，BP310S型，Sartorius公司生產(chǎn)。

1.3復(fù)配體系不同組合方式的巖心驅(qū)油方案

具體流程：①模擬抽真空，飽和SZ36-1油田模擬水。②模擬飽和油，在60℃下恒溫老化24h。③將飽和油后的巖心放入巖心夾持器中，加環(huán)壓到5MPa；打開(kāi)計(jì)算機(jī)壓力采集系統(tǒng)，開(kāi)啟平流泵，速度為0.4ml/min。先將污水注入巖心中，水驅(qū)至入口壓力穩(wěn)定且采出油含水率達(dá)到95%。④然后通過(guò)不同的組合方式注劑驅(qū)0.6PV(PV表示孔隙體積)，其中組合方式1注入0.6PV微球與HAP復(fù)配體系；組合方式2先注入微球與HAP復(fù)配體系0.3PV，再注入HAP溶液0.3PV；組合方式3先注入HAP溶液0.3PV，再注入微球與HAP復(fù)配體系0.3PV。⑤注劑后切換成水驅(qū)，至壓力穩(wěn)定且含水率達(dá)到95%以上停止試驗(yàn)。

2結(jié)果與討論

2.1交聯(lián)聚合物微球的制備

1)水相在自制反應(yīng)釜中加入適量水、AMPS，溶解后用適量氫氧化鈉溶液中和至一定值，按一定配比加入丙烯酰胺(AM)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)，攪拌至固體物質(zhì)全部溶解后，加入一定量的EDTA·2Na、脲，最后加入醋酸調(diào)節(jié)水相pH值至需要值，加入適量引發(fā)劑待用。

2)油相用燒杯稱取一定量的Span80和Span85分散劑，加入適量白油，攪拌混合均勻，得到油相溶液。

3)試驗(yàn)步驟將配制好的油相加入到反應(yīng)釜中，高速攪拌30min后將水相逐滴加入到油相中，通氮驅(qū)氧1h后測(cè)電導(dǎo)率，在一定溫度下引發(fā)聚合反應(yīng)，并且在50℃下反應(yīng)2h，后升溫到65℃，恒溫反應(yīng)3h，以使反應(yīng)盡可能地完全。反應(yīng)結(jié)束后，待生成物冷卻，用無(wú)水乙醇和丙酮沉淀出聚合物，放入烘箱中干燥12h后裝袋以供分析。

2.2填砂管封堵試驗(yàn)

圖1　微球分散體系流動(dòng)壓差圖

將模擬水配制的交聯(lián)聚合物微球Q20溶液(0.04%)在60 ℃溫度下熟化10d后在室溫下注入到填砂管內(nèi)，填砂管滲透率K為1.064μm2，測(cè)定不同位置填砂管的流動(dòng)壓差ΔP隨微球分散體系注入量孔隙體積倍數(shù)的變化，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可以看到，先注水時(shí)，壓力為平衡狀態(tài)；當(dāng)注入交聯(lián)聚合物分散體系時(shí)，前端壓力開(kāi)始上升，這說(shuō)明微球分散體系可以很好的實(shí)行封堵，并且在上升過(guò)程中不時(shí)有急劇下降趨勢(shì)，這是微球的特殊可變性球形結(jié)構(gòu)所致；當(dāng)壓力上升到一定幅度時(shí)，可以突破孔喉，進(jìn)行深部運(yùn)移，并且在下一段繼續(xù)實(shí)行封堵。當(dāng)注入1PV的微球分散體系時(shí)，后端壓力開(kāi)始上升，這說(shuō)明微球具有很好的深部封堵效果。能夠進(jìn)得去，堵得住，能移動(dòng)，滿足深度調(diào)剖最重要的3個(gè)指標(biāo)。

2.3單純微球和聚合物HAP驅(qū)油效果對(duì)比

將4種微球分散體系和HAP分別在60℃下溶脹15d待用，恒溫箱溫度設(shè)置為60℃，巖心飽和油后先以0.4ml/min的泵速水驅(qū)至含水率達(dá)到95%，然后分別注入4種微球分散體系(0.04%)和HAP(0.175%)驅(qū)0.6PV，再切換成水驅(qū)至含水率達(dá)95%。含水率變化見(jiàn)圖2，采收率變化見(jiàn)圖3。圖中，縱向箭頭指的是注液順序，下同。

圖2　　　　單純微球和聚合物HAP注入時(shí)含水率與注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖　　　　　　　　　圖3　　　　單純微球和聚合物HAP注入時(shí)巖心采收率注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖

由圖2可知，4種微球和HAP在注劑后含水率都沒(méi)有明顯的下降趨勢(shì)；從圖3中可以看出，HAP提高采收率15.00%(從開(kāi)始注劑直到水驅(qū)結(jié)束的采收率，下同)，微球Q17與Q20提高采收率幅度是較大，分別為15.89%和15.64%，說(shuō)明HAP與微球都有一定的提高采收率的能力，但是效果較為接近，和其他幾種微球并沒(méi)有很明顯的差異。從含水率及驅(qū)油結(jié)果可看出，單純注入微球和HAP均有一定的驅(qū)油效果，但是效果并不太明顯，并沒(méi)有達(dá)到很好的驅(qū)油效果。

2.4組合方式1驅(qū)油效果

該試驗(yàn)在注劑階段只注入微球與HAP的復(fù)配體系，總共注入0.6PV。使用的配比是微球(0.03%)+HAP(0.145%)，含水率變化見(jiàn)圖4，采收率變化見(jiàn)圖5。

圖4　　　　組合方式1含水率與注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖　　　　　　　　　　　圖5　　　　組合方式1巖心采收率與注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖

由圖4可知,4種復(fù)配體系在通劑后含水率都有較為明顯的下降趨勢(shì)。由圖5中可以看出，注入復(fù)配體系后，采收率均有較大幅度提高，Q17&HAP和Q20&HAP體系提高采收率幅度是最大，分別達(dá)到20.86%和21.88 %，這都比單純注入交聯(lián)聚合物微球及HAP的采收率要高出5%～6%左右。這是因?yàn)槲⑶虻那蛐谓Y(jié)構(gòu)能夠很好的封堵住孔喉，具有良好的調(diào)剖能力，而HAP則具有良好的驅(qū)油能力，兩者的協(xié)同作用使得復(fù)配體系能夠擴(kuò)大波及體積，延緩聚合物的突破，在單純注入微球和HAP基礎(chǔ)之上較大幅度的提高了采收率。

2.5組合方式2驅(qū)油效果

該試驗(yàn)中，劑驅(qū)階段先通入0.3 PV的微球-HAP復(fù)配溶液，再通入0.3PV的HAP溶液(0.175%)，總計(jì)通入0.6PV。含水率變化見(jiàn)圖6，采收率變化見(jiàn)圖7。

圖6　　　　組合方式2含水率與注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖　　　　　　　　　　　圖7　　　　組合方式2巖心采收率與注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖

由圖6可知，4種微球在注劑后含水率都有很明顯的下降的趨勢(shì)。從圖7中可以看出，4種復(fù)配體系均較大幅度的提高了采收率，其中，Q17&HAP和Q20&HAP體系提高采收率幅度最大，分別達(dá)到19.42%和21.51%，也能夠在單純注入微球和HAP的基礎(chǔ)之上提高3%～6%左右，說(shuō)明組合方式2也能夠起到較好的調(diào)剖作用，擴(kuò)大波及體積，從而提高采收率。

2.6組合方式3驅(qū)油效果

該試驗(yàn)中，劑驅(qū)階段先通入0.3PV的HAP溶液，再通入0.3PV的微球-聚合物復(fù)配溶液，總計(jì)通入0.6PV。含水率變化見(jiàn)圖7，采收率變化見(jiàn)圖8。

圖8　　　　組合方式3含水率與注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖　　　　　　　　　　圖9　　　　組合方式3巖心采收率與注入孔隙體積的關(guān)系曲線圖

由圖8可知，4種微球在通劑后含水率都有很明顯的下降的趨勢(shì)。從圖9中可以看出，4種復(fù)配體系均提高了采收率，其中Q17&HAP和Q20&HAP體系提高采收率幅度最大，分別達(dá)到21.08%和21.80%，說(shuō)明組合方式3也有很好的提高采收率效果，能夠在單純注入微球和HAP基礎(chǔ)之上提高5%～6%左右。

對(duì)比3種組合方式試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)3種組合方式都很好的提高了采收率，這是因?yàn)槲⑶蚺cHAP復(fù)配之后，由于分子間的締合，使其封堵能力和滯留能力得到較大的改善，從圖8中也能看出，復(fù)配體系的注劑期間含水有明顯的下降，說(shuō)明了復(fù)配體系的液流改向能力較強(qiáng)，從而擴(kuò)大波及體積，達(dá)到更好的提高采收率的效果。其中，方式3與方式2相比，只是更換了注劑順序，但是方式3優(yōu)于方式2，這是因?yàn)榉绞?是后注入復(fù)配體系，當(dāng)切換成水后，有更好的滯留和封堵效果，延長(zhǎng)了聚合物在巖心里面停留的時(shí)間，從而達(dá)到更好的提高采收率效果。

3結(jié)論

1)HAP驅(qū)油效果與微球和HAP復(fù)配體系對(duì)比，復(fù)配體系有更高的驅(qū)油效率和采收率。這是因?yàn)閺?fù)配后微球和HAP的協(xié)同作用，互補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)，并使得各自優(yōu)點(diǎn)更好的發(fā)揮出來(lái)，強(qiáng)化了油藏高滲部分孔喉的封堵及注劑在孔隙中的滯留，強(qiáng)化聚合物驅(qū)的液流改向能力，從而提高了采收率。

2)在巖心滲透率為2.0μm2、原油黏度為70mPa·s(60 ℃溫度)條件下，3種組合方式中，組合方式1和組合方式3提高采收率效果相當(dāng)，優(yōu)于組合方式2，但是考慮成本因素，推薦使用組合方式3。在4種微球與HAP復(fù)配物中，Q17&HAP和Q20&HAP這2種復(fù)配體系在組合方式3中提高采收率效果均優(yōu)于其他2種體系。其中Q20&HAP最高，達(dá)到21.80%。因此，推薦使用Q20&HAP體系。

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[編輯]趙宏敏

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)07-0004-05

[中圖分類號(hào)]TE357.46

[作者簡(jiǎn)介]姜志高(1986-)，男，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)方面的研究工作；E-mail:294029854@qq.com。

[基金項(xiàng)目]國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05024-004-05)。

[收稿日期]2015-10-27

[引著格式]姜志高，李陳，韋巍，等.交聯(lián)聚合物微球-聚合物HAP組合體系的深部調(diào)驅(qū)性能研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(7)：4～8.