聚合物微球提高低滲油藏滲吸效率微觀實驗研究

楊明達

聚合物微球提高低滲油藏滲吸效率微觀實驗研究

楊明達

（中國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對低滲油藏滲吸采收率的作用效果，通過物理模擬實驗和微觀實驗的方法分析了聚合物微球對剩余油的動用情況，研究了巖心自發(fā)滲吸的最佳效果。結果表明：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。從微觀實驗可以看出聚合物微球對動用簇狀剩余油有明顯效果，對孔道進行了封堵，提高了滲吸液的波及體積，進而提高了采收率。

聚合物微球；微觀實驗；物理模擬；采收率

目前，我國的大部分油田已經進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[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，是提高采收率的關關鍵性問題。滲吸主要是依靠兩相接觸面的壓差，使非潤濕相被潤濕相驅替出來的過程[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動力。國內外在進行滲吸室內研究方面，主要關注表面活性劑濃度、巖石潤濕性、巖石滲透率、溫度等因素對提高滲吸采收率的影響，較少對滲吸的微觀實驗進行描述。吸水膨脹后的聚合物微球可以在巖心中循環(huán)往復的流動、變形、封堵[4]，使調驅調剖作用充分發(fā)揮，進而提高油的采出程度，然而聚合物微球的驅油效果受溫度、礦化度和時間等因素的影響[5]，恰當的利用聚合物微球的優(yōu)點對采油有一定的促進作用。本文通過室內物理模擬和微觀實驗的方法，針對多組巖心開展?jié)B吸實驗，著重的評價了溫度、礦化度對聚合物膨脹倍率的影響，分析了聚合物微球滲吸驅油的機理，并通過微觀實驗的方法研究了聚合物微球對滲吸的作用效果，以及驅油后巖心的剩余油分布情況。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗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。實驗用油采用煤油，55 ℃時，油相密度為0.79 g/mL，粘度為1.9 mPa·s。實驗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光學相襯顯微鏡。

1.2 實驗方法

（1）滲吸實驗

實驗巖心抽真空，飽和地層水和實驗用油，實驗溫度為55 ℃。巖心處理后置于滲吸瓶進行滲吸實驗。滲吸實驗中，在僅依靠兩相接觸面的壓差的作用下，最終表現為油滴上浮。從滲吸瓶的刻度中可記錄析出油的體積（圖1）。

圖1 滲吸實驗裝置

（2）微觀實驗

將不同時間段內滲吸后的巖心切片，通過激光將巖心的空隙結構刻蝕在玻璃片上，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 結果與討論

2.1 聚合物微球性能評價

0—微粒初始粒徑，μm;

1—微粒膨脹后粒徑，μm。

根據表1中的測試結果可知，當實驗溫度范圍在35~55 ℃時，聚合物微球吸水量逐漸變大，膨脹倍率在13~19.72之間；當實驗溫度范圍在55~65 ℃時，聚合物微球吸水量略有下降。這是由于當反應體系溫度較高時，溶液的粘彈性越大，進而使體系的吸水量逐漸的增加；而當反應溫度升高到一定值時，聚合物微球所形成的的鏈發(fā)生斷裂，導致體系吸水量有所下降。根據表2中的測試結果可知，當實驗用水礦化度范圍在1 200~8 753 mg/L之間時，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。實驗用水含有較多的Na+和 Ca2+時，會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，根據實驗結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 溫度對聚合物微球膨脹率的影響

表2 礦化度對聚合物微球膨脹率的影響

2.2 聚合物微球滲吸實驗分析

在研究滲吸機理的過程中，通常要引入滲吸判別參數。依照Schechter等的研究[7]，Bond數的倒數可用來估計毛細管力和重力對巖心自吸的作用和貢獻，即用N-1來解釋自吸過程中的主要機理。

式中：B-1—滲吸判別參數；

—與多孔介質的幾何尺寸有關的常數，此時的=0.4；

—界面張力，mN·m-1；

—多孔介質的孔隙度；

—多孔介質的滲透率，10-3μm2；

Δ—油水密度差，g/cm3；

—重力加速度，cm/s2；

—多孔介質的高度，cm。

根據滲吸判別參數的內容可知，當B-1>5時，毛細管力是滲吸的主要作用力；當B-1<<1時，重力是滲吸的主要作用力；當1

推算表3中的計算結果可知：實驗1和實驗2的B-1值大于5，采收率在9.6%~10.3%之間，此時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，表現為逆向滲吸；實驗3和實驗4的B-1值小于1，采收率在14%~15%之間，此時的重力大于毛管力，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，此時為同向滲吸。當聚合物微球加入到注入水中，實驗測得的采收率都高于僅有注入水的各組實驗，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入到了巖心的內部，促進了原油的流動，滲吸效果較好，降低了殘余油飽和度，對提高滲吸效率起到了一定的促進作用(表3)。

表3 巖心參數

2.3 聚合物微球微觀滲吸機理分析

將滲吸后的巖心切片后，采用顯微鏡觀察巖心內油的分布情況[9-12]。在注入水中進行滲吸實驗發(fā)現：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用，存有大量的剩余油，析油方式為逆向滲吸。此時巖心內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)生流動時受到的水相阻力較大，存在指進的現象。加入聚合物微球后，巖心更深部的油發(fā)生了流動，水波及體積變大，聚合物微球進入到大部分孔道中，對孔喉進行封堵，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入孔喉中，油滴被拉伸后逐漸流出基質，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，巖心內部的剩余油明顯減少，促進了油相與水相的交換程度，提高了滲吸效率，進一步說明了聚合物微球對提高滲吸效率起到了一定的促進作用，采用微觀實驗的方法與引入滲吸判別參數得到的實驗結果吻合（圖3-6）。

圖3 注入水滲吸結束剩余油分布

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 聚合物微球滲吸結束剩余油分布

3 結論

（1）當巖心在采用注入水進行室內滲吸實驗時，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。當巖心在采用聚合物微球溶液進行室內滲吸實驗時，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）微觀實驗研究滲吸過程，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，存在指進的現象。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，促進更深部的流動，起到較好的調剖效果。

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

［1］呂曉光, 張永慶, 陳兵. 油田開發(fā)后期的相控建模[J]. 新疆石油地質, 2005, 26(1):77-79.

［2］王瑞飛, 宋子齊, 何涌,等. 利用超前注水技術開發(fā)低滲透油田[J]. 斷塊油氣田, 2003, 10(3):43-45.

［3］華方奇, 宮長路, 熊偉,等. 低滲透砂巖油藏滲吸規(guī)律研究[J]. 大慶石油地質與開發(fā), 2003, 22(3):50-52.

［4］王偉吉, 邱正松, 黃維安,等. 納米聚合物微球封堵劑的制備及特性[J]. 鉆井液與完井液, 2016, 33(1):33-36.

［5］王濤, 肖建洪, 孫煥泉,等. 聚合物微球的粒徑影響因素及封堵特性[J]. 油氣地質與采收率, 2006, 13(4):80-82.

［6］楊長春, 岳湘安, 周代余,等. 耐溫耐鹽聚合物微球性能評價[J]. 油田化學, 2016, 33(2):254-260.

［7］Schechter D S, Zhou D, Orr F M. Low IFT drainage and imbibition. J. Pet. Sci. Eng., 1994, 11(4): 283-300.

［8］李繼山. 表面活性劑體系對滲吸過程的影響[D]. 中國科學院研究生院(滲流流體力學研究所), 2006.

［9］石亞琛, 戈薇娜, 孫超,等. 空氣泡沫驅驅油機理與實驗研究[J]. 當代化工, 2016(12):2852-2855.

［10］劉均榮, 吳曉東. 熱處理巖石微觀實驗研究[J]. 西南石油大學學報自然科學版, 2008, 30(4):15-18.

［11］劉學偉, 梅士盛, 楊正明. CO2非混相驅微觀實驗研究[J]. 特種油氣藏, 2006, 13(3):91-93.

［12］馮慶賢, 唐國慶. 水/氣交替驅微觀實驗研究[J].油氣地質與采收率, 1995(4):6-13.

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