乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)的探討

陸瑤(安徽皖維高新材料股份有限公司，安徽 巢湖 238000)

1 乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)的應(yīng)用意義

中國大部分油田是由于陸相沉積形成的，因此，從整體上看，中國油田儲(chǔ)層非均質(zhì)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，再加上油田長期開采過程中各類增產(chǎn)措施的肆意應(yīng)用，使得油田非均質(zhì)性進(jìn)一步增強(qiáng)，這種情況的出現(xiàn)不僅會(huì)使油田的水驅(qū)采收率進(jìn)一步降低，還會(huì)使地層中形成新的水流大孔道，降低注水利用率的同時(shí)，降低油田低滲地帶殘余原油的利用率。現(xiàn)階段，為切實(shí)解決上述問題，相關(guān)工作人員可以通過合理應(yīng)用乳液聚合物在線深度調(diào)剖技術(shù)的方式，降低原油注采工作的難度，為中國原油開采量的提高提供支持[1]。

2 乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)的應(yīng)用研究

文章主要以綜合含水到92.3%的館陶組復(fù)雜性油藏為例，介紹了乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)在其中的應(yīng)用方法。

2.1 乳液聚合物性能

乳液聚合物調(diào)剖體系中主要包含的物質(zhì)有乳液聚合物與交聯(lián)劑，其中乳液聚合物主要成分為聚丙烯酰胺相反乳液，分子直徑在幾微米到幾十微米之間，這種乳液的性質(zhì)在常溫下較為穩(wěn)定，在進(jìn)入地層后，受地層溫度、地層水礦化度等因素的影響，將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向反應(yīng)，進(jìn)而形成O/W體系。

2.1.1 乳液聚合物的溶解速度

2.1.2 乳液聚合物的黏濃性

用無水配置乳液聚合物，每升污水中聚合物的含量分別為500、800、1 000、1 500、2 000、2 500、3 000 mg，將污水放在65 ℃的環(huán)境下，測試污水的溶液黏度，隨著污水中乳液聚合物濃度的不斷提升，污水的黏度也逐漸提升。

2.1.3 乳液聚合物的耐溫性

用污水配置濃度為3 000 mg/L的乳液聚合物混合液，測試在不同溫度下混合液的溶液黏度，并且對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以了解到，在試驗(yàn)過程中，隨著溫度的不斷提升，混合液聚合物黏度呈下降趨勢，并且當(dāng)混合液的溫度為85 ℃時(shí)，其黏度保留率較溫度為25 ℃的大了70%左右，這種情況的存在說明了該乳液聚合物的耐溫性較好。

2.1.4 乳液聚合物的流變性

采用污水配置濃度為3 000 mg/L的乳液聚合物，在其溫度為65 ℃時(shí)，對其流變性進(jìn)行測量，并對測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)聚合物溶液具有剪切變稀的特性，這種情況的存在說明該乳液聚合物適合現(xiàn)場注入工作的開展。

2.1.5 乳液聚合物的抗剪切性

我曾看過一位老師教學(xué)《陶罐和鐵罐》一課時(shí)，讓學(xué)生在課堂上分角色扮演課文中的鐵罐和陶罐，親自體察人物的內(nèi)心世界，把課文的內(nèi)容聲情并茂地表演出來。學(xué)生在愉快的表演中深入體會(huì)到鐵罐的驕傲自大，陶罐的謙虛善良，懂得了學(xué)習(xí)課文后受到的啟示。

用無水配置濃度分別在1 500、2 000、2 500與3 000 mg/L的聚合物溶液，并且令溶液經(jīng)過防砂器材，測量溶液經(jīng)過防砂器材剪切后的黏度。乳液聚合物的抗剪切性能較好，并且隨著溶液中聚合物濃度的增加，其黏度保留率呈下降趨勢，從總體而言，乳液聚合物的剪切黏度保留率大于80%。

2.2 交聯(lián)配方優(yōu)化方法

2.2.1 聚合物濃度對配方優(yōu)化試驗(yàn)的影響

在試驗(yàn)過程中，先用污水溶解乳液聚合物，控制交聯(lián)劑的濃度為1 000 mg/L，聚合物的濃度為800、1 000、1 200與1 400 mg/L，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚合物的濃度在1 000 mg/L以上時(shí)，第一，體系由黏性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥裕@種情況的出現(xiàn)說明溶液內(nèi)體系發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)；第二，體系的彈性模量、黏性模量、復(fù)合黏度逐漸增加，這種情況的出現(xiàn)也說明了體系發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)。從上述試驗(yàn)可知，當(dāng)該體系的聚合物濃度為1 000 mg/L時(shí)，聚合物出現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)[2]。

2.2.2 交聯(lián)劑濃度對配方優(yōu)化試驗(yàn)的影響

再用污水溶解聚合物的過程中，令聚合物的濃度為2 000 mg/L，溫度為65 ℃，控制交聯(lián)劑的濃度分別為400、500、600、700與800 mg/L，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液內(nèi)交聯(lián)劑的濃度在500 mg/L以上時(shí)，第一，體系從黏性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥?，這種情況的出現(xiàn)說明了此時(shí)體系內(nèi)發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)；第二，體系內(nèi)的彈性模量、黏性模量、復(fù)合黏度也開始迅速增加。這種情況的出現(xiàn)也說明了此時(shí)體系內(nèi)發(fā)生了大量的交聯(lián)反應(yīng)。因此，可以了解到，該體系的最低交聯(lián)劑成膠濃度為500 mg/L。

2.3 乳液調(diào)剖體系性能評價(jià)

2.3.1 熱穩(wěn)定性

用無水溶解乳液聚合物，并且控制聚合物濃度為2 000 mg/L，交聯(lián)劑濃度為1 000 mg/L，溫度為65 ℃，并且在溶液成膠后，將其在65 ℃的環(huán)境下保存三個(gè)月，對其黏度進(jìn)行整理記錄，可以了解到，溶液剛成膠時(shí)的黏度為346.2 mPa·s，成膠三個(gè)月后的黏度為255.8 mPa·s，經(jīng)計(jì)算可以得到其黏度保留率為73.9%。對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可以認(rèn)識到，該弱膠體系在放置三個(gè)月后，黏度保留率仍大于70 %，這種情況的出現(xiàn)原因在于污水中的聚合物與交聯(lián)劑進(jìn)行反應(yīng)，使得溶液的黏度增大，溶液內(nèi)的細(xì)菌、氧等物質(zhì)被膠質(zhì)束縛無法大范圍移動(dòng)，進(jìn)而使得溶液的熱穩(wěn)定性大大提升。

2.3.2 剪切恢復(fù)性

一般情況下，交聯(lián)聚合物在經(jīng)過剪切處理后，其黏度將會(huì)大幅度下降，但若將剪切后的聚合物放在一起，一段時(shí)間后，體系仍能出現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)，并且其黏度將會(huì)大幅度增加，交聯(lián)聚合物的這種性能被稱作剪切恢復(fù)性。與一般聚合物經(jīng)過機(jī)械剪切降解，黏度大幅度下降，經(jīng)過一段時(shí)間的放置后，黏度略有回升的情況不同，交聯(lián)聚合物的剪切恢復(fù)性是由其交聯(lián)劑金屬離子與聚合物分子鏈重新連接產(chǎn)生的交聯(lián)，穩(wěn)定性相對更高。

現(xiàn)階段，為切實(shí)了解機(jī)械剪切對交聯(lián)聚合物的黏度影響，可以用無水調(diào)配聚合物濃度在2 000 mg/L，交聯(lián)劑濃度在1 000 mg/L的混合液，并將其放置在65 ℃的烘箱內(nèi)，待混合液成膠后，用混調(diào)器對其進(jìn)行剪切，剪切時(shí)間控制在10 s左右，然后再將剪切后的混合液放到65 ℃的恒溫箱中進(jìn)行保存，使剪切后的混合液重新交聯(lián)，重復(fù)上述步驟，對聚合物的交聯(lián)情況進(jìn)行整理，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剪切次數(shù)為0時(shí)，聚合物的交聯(lián)黏度為342 mPa·s，當(dāng)剪切次數(shù)為1時(shí)，聚合物的交聯(lián)黏度為306 mPa·s，當(dāng)剪切次數(shù)為2時(shí)，聚合物的交聯(lián)黏度為274 mPa·s，當(dāng)剪切次數(shù)為3時(shí)，聚合物的交聯(lián)黏度為225 mPa·s。對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，隨著聚合物剪切次數(shù)的增加，其強(qiáng)度逐漸降低，造成這種情況出現(xiàn)的原因在于在剪切過程中，聚合物分子鏈將會(huì)發(fā)生破裂，這種情況的出現(xiàn)使得聚合物與交聯(lián)劑之間的交聯(lián)強(qiáng)度下降。但需要注意的是，盡管聚合物經(jīng)過3次剪切，但兩種交聯(lián)劑的交聯(lián)黏度比仍在10以上[3]。

2.3.3 緩交聯(lián)性

現(xiàn)階段，在聚合物中加入交聯(lián)劑，那么溶液的黏度將會(huì)隨時(shí)間的推移逐漸升高，直到黏度達(dá)到某一黏度值后，黏度將會(huì)穩(wěn)定下來，這種性質(zhì)被稱作是緩交聯(lián)性。在當(dāng)前的乳液聚合物使用過程中，緩交聯(lián)性的存在不僅保證交聯(lián)聚合物溶液可以被大量注入，從而令注入液具有了驅(qū)油性；還保證了交聯(lián)聚合物溶液可以進(jìn)入油田的地層深處，通過發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的方式做到深部調(diào)驅(qū)，對地層深部非均質(zhì)情況加以改善。

在當(dāng)前乳液聚合物調(diào)驅(qū)體系構(gòu)建的過程中，緩交聯(lián)性是保證體系能否做到深部調(diào)驅(qū)的關(guān)鍵性因素?，F(xiàn)階段，為切實(shí)測定聚合物的緩交聯(lián)性，可以先用污水溶解乳液聚合物，并控制每升污水中聚合物的質(zhì)量能夠達(dá)到2 000 mg、交聯(lián)劑的質(zhì)量能夠達(dá)到1 000 mg，然后控制溶液溫度在65 ℃。從圖中可以看出乳液聚合物與交聯(lián)劑形成調(diào)驅(qū)體系的時(shí)間約為10天，并且經(jīng)分析可以了解到，在聚合物交聯(lián)的過程中，交聯(lián)劑的部分有效成分會(huì)被油相包裹起來，在高溫破乳后才能釋放，這種情況的出現(xiàn)使得聚合物滿足了延緩交聯(lián)的目的。

2.4 在線乳液聚合物調(diào)剖體系的實(shí)際應(yīng)用

在某油田應(yīng)用乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)，應(yīng)用的井次為10，平均每個(gè)井中注入的調(diào)剖劑為5 320 m3。對注入調(diào)剖劑前后的開采情況進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，注水井的吸水剖面在注入調(diào)剖劑后得到了明顯的改善，其注入壓力升高了1.2 MPa，并且在該油田對應(yīng)的27口生產(chǎn)井中，有23口井的增油效果較為明顯，并且平均每口井每天的產(chǎn)液能力上升了3.1 m3，產(chǎn)油能力增加了1.7 t，含水率下降了2.2%，產(chǎn)油有效期達(dá)到了128～380天，平均每口井的產(chǎn)油有效期為272天，階段性原油產(chǎn)量累計(jì)增長了1.2×104t。

2.5 乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

在實(shí)際應(yīng)用過程中可以發(fā)現(xiàn)，首先，乳液聚合物是一種加速性非牛頓流體，其黏彈性較單純的聚合物更好，并且相較于干粉聚合物，乳液聚合物具有溶解時(shí)間短、初始黏度低、剪切抗性強(qiáng)、注入性優(yōu)秀等特點(diǎn)；其次，乳液聚合物體系具有緩交時(shí)間較長、交聯(lián)黏性較高、交聯(lián)熱穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以使用小型在線注入方式，滿足多輪次調(diào)剖井的使用需要；再次，乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)在應(yīng)用過程中，可以有效解決因注水采油，導(dǎo)致油田高含水期地層非均質(zhì)性日漸嚴(yán)重的深部調(diào)剖問題；最后，經(jīng)試驗(yàn)證明，乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)能有效適應(yīng)不整裝小區(qū)塊的深部調(diào)剖問題，并且在實(shí)際應(yīng)用過程中能夠取得較為明顯的成效，因此，在當(dāng)前我國原油開采過程中，這一技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅能夠切實(shí)提升復(fù)雜性油藏的采收率，還具備較為廣闊的發(fā)展前景[4]。

3 結(jié)語

總而言之，在線深部調(diào)剖技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中可以有效改善注入水的宏觀波及系數(shù)，切實(shí)提升整個(gè)區(qū)塊的原油采收率，在當(dāng)前人們對原油資源需求量不斷上漲的當(dāng)下，受到了人們的廣泛關(guān)注。