聚合物微球提高低滲油藏滲吸效率微觀實(shí)驗(yàn)研究

楊明達(dá)

聚合物微球提高低滲油藏滲吸效率微觀實(shí)驗(yàn)研究

楊明達(dá)

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道大慶輸油氣分公司, 黑龍江 大慶 163000）

為了研究聚合物微球?qū)Φ蜐B油藏滲吸采收率的作用效果，通過物理模擬實(shí)驗(yàn)和微觀實(shí)驗(yàn)的方法分析了聚合物微球?qū)κＳ嘤偷膭?dòng)用情況，研究了巖心自發(fā)滲吸的最佳效果。結(jié)果表明：帶有聚合物微球的溶液與未加入聚合物微球的溶液相比對(duì)提高采收率起到了一定的作用，采收率在14%~15%，滲吸過程主要靠重力的作用憑借逆向滲吸的方式將原油置換出來。從微觀實(shí)驗(yàn)可以看出聚合物微球?qū)?dòng)用簇狀剩余油有明顯效果，對(duì)孔道進(jìn)行了封堵，提高了滲吸液的波及體積，進(jìn)而提高了采收率。

聚合物微球；微觀實(shí)驗(yàn)；物理模擬；采收率

目前，我國(guó)的大部分油田已經(jīng)進(jìn)入到了開采的后期階段[1]，低滲透砂巖油藏成為了油田開采的主要領(lǐng)域，所以保證低滲透油藏的高效開采，是各大油田的首要任務(wù)[2]。低滲透油田采用注水開發(fā)過程中，原油的采出程度較低，所以采油過程中如何充分發(fā)揮滲吸作用，是提高采收率的關(guān)關(guān)鍵性問題。滲吸主要是依靠?jī)上嘟佑|面的壓差，使非潤(rùn)濕相被潤(rùn)濕相驅(qū)替出來的過程[3]。由于低滲透砂巖油藏的孔隙體積小，毛管力與重力成為了滲吸的主要?jiǎng)恿?。?guó)內(nèi)外在進(jìn)行滲吸室內(nèi)研究方面，主要關(guān)注表面活性劑濃度、巖石潤(rùn)濕性、巖石滲透率、溫度等因素對(duì)提高滲吸采收率的影響，較少對(duì)滲吸的微觀實(shí)驗(yàn)進(jìn)行描述。吸水膨脹后的聚合物微球可以在巖心中循環(huán)往復(fù)的流動(dòng)、變形、封堵[4]，使調(diào)驅(qū)調(diào)剖作用充分發(fā)揮，進(jìn)而提高油的采出程度，然而聚合物微球的驅(qū)油效果受溫度、礦化度和時(shí)間等因素的影響[5]，恰當(dāng)?shù)睦镁酆衔镂⑶虻膬?yōu)點(diǎn)對(duì)采油有一定的促進(jìn)作用。本文通過室內(nèi)物理模擬和微觀實(shí)驗(yàn)的方法，針對(duì)多組巖心開展?jié)B吸實(shí)驗(yàn)，著重的評(píng)價(jià)了溫度、礦化度對(duì)聚合物膨脹倍率的影響，分析了聚合物微球滲吸驅(qū)油的機(jī)理，并通過微觀實(shí)驗(yàn)的方法研究了聚合物微球?qū)B吸的作用效果，以及驅(qū)油后巖心的剩余油分布情況。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用水為大慶采油四廠注入水，礦化度：6557 mg/L；聚合物微球：S-D320。實(shí)驗(yàn)用油采用煤油，55 ℃時(shí)，油相密度為0.79 g/mL，粘度為1.9 mPa·s。實(shí)驗(yàn)采用的天然巖心取自大慶油田薩中開發(fā)區(qū)。

微分干涉差顯微鏡（IX73），恒溫箱(UFE-500)，粒度儀（Zetasizer qoooHS）、XSZ-H光學(xué)相襯顯微鏡。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）滲吸實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)巖心抽真空，飽和地層水和實(shí)驗(yàn)用油，實(shí)驗(yàn)溫度為55 ℃。巖心處理后置于滲吸瓶進(jìn)行滲吸實(shí)驗(yàn)。滲吸實(shí)驗(yàn)中，在僅依靠?jī)上嘟佑|面的壓差的作用下，最終表現(xiàn)為油滴上浮。從滲吸瓶的刻度中可記錄析出油的體積（圖1）。

圖1 滲吸實(shí)驗(yàn)裝置

（2）微觀實(shí)驗(yàn)

將不同時(shí)間段內(nèi)滲吸后的巖心切片，通過激光將巖心的空隙結(jié)構(gòu)刻蝕在玻璃片上，通過顯微鏡記錄油在巖心中發(fā)生滲吸的部位和剩余油分布的形態(tài)和位置（圖2）。

圖2 顯微鏡

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物微球性能評(píng)價(jià)

0—微粒初始粒徑，μm;

1—微粒膨脹后粒徑，μm。

根據(jù)表1中的測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度范圍在35~55 ℃時(shí)，聚合物微球吸水量逐漸變大，膨脹倍率在13~19.72之間；當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度范圍在55~65 ℃時(shí)，聚合物微球吸水量略有下降。這是由于當(dāng)反應(yīng)體系溫度較高時(shí)，溶液的粘彈性越大，進(jìn)而使體系的吸水量逐漸的增加；而當(dāng)反應(yīng)溫度升高到一定值時(shí)，聚合物微球所形成的的鏈發(fā)生斷裂，導(dǎo)致體系吸水量有所下降。根據(jù)表2中的測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)實(shí)驗(yàn)用水礦化度范圍在1 200~8 753 mg/L之間時(shí)，聚合物微球吸水量隨著礦化度的增加而減小，膨脹倍率在11.58~21.63之間。實(shí)驗(yàn)用水含有較多的Na+和 Ca2+時(shí)，會(huì)抑制聚合物微球的吸水。低滲透油藏溫度為55 ℃，礦化度為6 557 mg/L，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知該種聚合物微球可以在油藏中發(fā)揮較好的作用。

表1 溫度對(duì)聚合物微球膨脹率的影響

表2 礦化度對(duì)聚合物微球膨脹率的影響

2.2 聚合物微球滲吸實(shí)驗(yàn)分析

在研究滲吸機(jī)理的過程中，通常要引入滲吸判別參數(shù)。依照Schechter等的研究[7]，Bond數(shù)的倒數(shù)可用來估計(jì)毛細(xì)管力和重力對(duì)巖心自吸的作用和貢獻(xiàn)，即用N-1來解釋自吸過程中的主要機(jī)理。

式中：B-1—滲吸判別參數(shù)；

—與多孔介質(zhì)的幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)，此時(shí)的=0.4；

—界面張力，mN·m-1；

—多孔介質(zhì)的孔隙度；

—多孔介質(zhì)的滲透率，10-3μm2；

Δ—油水密度差，g/cm3；

—重力加速度，cm/s2；

—多孔介質(zhì)的高度，cm。

根據(jù)滲吸判別參數(shù)的內(nèi)容可知，當(dāng)B-1>5時(shí)，毛細(xì)管力是滲吸的主要作用力；當(dāng)B-1<<1時(shí)，重力是滲吸的主要作用力；當(dāng)1

推算表3中的計(jì)算結(jié)果可知：實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的B-1值大于5，采收率在9.6%~10.3%之間，此時(shí)的毛管力起支配作用，原油的析出方向與滲吸液的吸入方向不同，表現(xiàn)為逆向滲吸；實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4的B-1值小于1，采收率在14%~15%之間，此時(shí)的重力大于毛管力，原油克服毛管末端的阻力流出，原油的析出方向與滲吸液的吸入方向相同，此時(shí)為同向滲吸。當(dāng)聚合物微球加入到注入水中，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的采收率都高于僅有注入水的各組實(shí)驗(yàn)，高出的采收率值在5%左右，說明聚合物微球在滲吸的過程中進(jìn)入到了巖心的內(nèi)部，促進(jìn)了原油的流動(dòng)，滲吸效果較好，降低了殘余油飽和度，對(duì)提高滲吸效率起到了一定的促進(jìn)作用(表3)。

表3 巖心參數(shù)

2.3 聚合物微球微觀滲吸機(jī)理分析

將滲吸后的巖心切片后，采用顯微鏡觀察巖心內(nèi)油的分布情況[9-12]。在注入水中進(jìn)行滲吸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：巖心上部油被析出，但是仍有一部分孔道沒有被波及到，剩有一定的殘余油，而下部分的孔道未被動(dòng)用，存有大量的剩余油，析油方式為逆向滲吸。此時(shí)巖心內(nèi)的殘余油飽和度較高，剩余油主要以孤島狀、柱狀和簇狀形態(tài)分布，由于滲吸過程有，油發(fā)生流動(dòng)時(shí)受到的水相阻力較大，存在指進(jìn)的現(xiàn)象。加入聚合物微球后，巖心更深部的油發(fā)生了流動(dòng)，水波及體積變大，聚合物微球進(jìn)入到大部分孔道中，對(duì)孔喉進(jìn)行封堵，使簇狀的剩余油邊緣的壓差逐漸變大，直至大部分滲吸液進(jìn)入孔喉中，油滴被拉伸后逐漸流出基質(zhì)，而柱狀和孤島狀的剩余油變化不明顯，析油方式為順向滲吸。

總體來講，采用聚合物微球作為滲吸液，巖心內(nèi)部的剩余油明顯減少，促進(jìn)了油相與水相的交換程度，提高了滲吸效率，進(jìn)一步說明了聚合物微球?qū)μ岣邼B吸效率起到了一定的促進(jìn)作用，采用微觀實(shí)驗(yàn)的方法與引入滲吸判別參數(shù)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合（圖3-6）。

圖3 注入水滲吸結(jié)束剩余油分布

圖4 聚合物微球滲吸1 h剩余油分布

圖5 聚合物微球滲吸6 h剩余油分布

圖6 聚合物微球滲吸結(jié)束剩余油分布

3 結(jié)論

（1）當(dāng)巖心在采用注入水進(jìn)行室內(nèi)滲吸實(shí)驗(yàn)時(shí)，油的采收率在9.6%~10.3%之間，滲吸效果較差，在滲吸過程主要依靠毛管力的作用，滲吸方式為順向滲吸。當(dāng)巖心在采用聚合物微球溶液進(jìn)行室內(nèi)滲吸實(shí)驗(yàn)時(shí)，油的采收率在14%~15%之間，滲吸效果較好，滲吸過程主要依靠重力的作用，滲吸方式為逆向滲吸。

（2）微觀實(shí)驗(yàn)研究滲吸過程，可以直接觀察到注入水、聚合物微球溶液的作用范圍、波及體積以及調(diào)剖的過程。采用注入水滲吸的巖心上部油被析出，有一部分孔道沒有被波及到，而下部分的孔道未被動(dòng)用，存有大量的剩余油。剩余油主要以孤島狀、柱狀和簇狀形態(tài)分布，由于滲吸水相阻力較大，存在指進(jìn)的現(xiàn)象。聚合物微球溶液可以有效的封堵孔喉，提高水相的波及體積，促進(jìn)更深部的流動(dòng)，起到較好的調(diào)剖效果。

（3）聚合物微球溶液使巖心內(nèi)部簇狀的剩余油邊緣壓差逐漸變大，直至大部分滲吸液進(jìn)入到巖心的孔喉當(dāng)中，油滴被拉伸后逐漸流出基質(zhì)。而柱狀和孤島狀的剩余油變化不明顯。

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Micro Experimental Study on Enhancing Imbibition Efficiency of Low Permeability Reservoir by Polymer Micorosphere

（PetroChina Pipeline Daqing Oil and Gas Branch Company, Heilongjiang Daqing 163000, China）

In order to study the effect of polymer microsphere on the imbibition recovery inlow permeability reservoirs, the physical simulation and microscopic experiments were used to analyze the production of remaining oil by polymer microsphere, and the best effect of imbibition was studied. The results showed that the solution with polymer microsphere to EOR of imbibiiton played an important role compared with the solution without polymer microsphere, the recovery was 14%~15%. The process of imbibition mainly depended on the action of gravity to replace the crude oil by reverse imbibition. The microscopic experiments proved that the polymer microsphere had obvious effect on the production of cluster residual oil, the hole was blocked, the imbibition liquid volume was increased and the recovery was improved.

Polymer microsphere;Micro experiment; Physical simulation; Recovery

TE 327

A

1671-0460（2017）12-2444-03

2017-04-09

楊明達(dá)（1993-），男，黑龍江省大慶市人， 2015年畢業(yè)于東北石油大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，研究方向：多年來從事儀表維護(hù)維修的研究。E-mail：yangmingda58@aliyun.com。