核殼型乳膠顆粒逐級(jí)深部調(diào)驅(qū)劑性能

呂曉華，劉 正，賈 貝，楊力生，李二曉

河南正佳能源環(huán)保股份有限公司，河南新鄭451100

長(zhǎng)慶油田屬于典型的致密油藏，儲(chǔ)層傳導(dǎo)性較差，容易在注水井近井地帶形成一定的高壓區(qū)，在油井近井地帶形成一定的低壓區(qū)。高壓區(qū)地層注水壓力不斷升高，低壓區(qū)地層能量虧空，油井供液能力下降，易出現(xiàn)“注不進(jìn)、采不出”的現(xiàn)象。由于聚合物分子尺寸的限制，聚合物驅(qū)油技術(shù)難以應(yīng)用在致密油藏。

ZJ-HK核殼型乳膠顆粒是河南正佳能源環(huán)保股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的一種納米級(jí)油藏逐級(jí)深部調(diào)驅(qū)劑，在線注入工藝簡(jiǎn)單，納米級(jí)顆粒能夠運(yùn)移到油藏深部，遇水膨脹，可有效封堵地層深部?jī)?yōu)勢(shì)水竄通道，補(bǔ)充地層能量，動(dòng)用中低滲層及水驅(qū)波及不到的剩余油，達(dá)到提高油田采收率的目的。其具有深部調(diào)驅(qū)劑所具備的“注得進(jìn)、堵得住、能移動(dòng)”的顯著特點(diǎn)［1］，能夠有效解決致密油藏開(kāi)采中遇到的相關(guān)技術(shù)難題［2］。

1 ZJ-HK核殼型乳膠顆粒的研發(fā)生產(chǎn)

1.1 ZJ-HK核殼型乳膠顆粒設(shè)計(jì)

ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒設(shè)計(jì)粒徑為50～200 nm，是一種納米級(jí)乳液聚丙烯酰胺類(lèi)產(chǎn)品，其核為交聯(lián)聚合凝膠類(lèi)，殼為水化層，從核心到外層包含多層結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)分別負(fù)責(zé)水化、膨脹、強(qiáng)度等。乳膠顆粒通過(guò)注入水進(jìn)入地層，吸水膨脹，在孔喉完成暫堵—突破—再暫堵—再突破的過(guò)程，通過(guò)凝膠膠團(tuán)和水的“分工合作”，達(dá)到調(diào)、驅(qū)的協(xié)同作用［3］。圖1 為ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒的透射電鏡照片，其中，圖1（a）為100 nm 核殼型乳膠顆粒初始的透射電鏡照片，圖1（b）為100 nm核殼型乳膠顆粒水化吸水膨脹后的透射電鏡照片。

圖1 ZJ-HK核殼型乳膠顆粒透射電鏡照片

1.2 ZJ-HK核殼型乳膠顆粒生產(chǎn)

圖2 為ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒生產(chǎn)流程。由圖2 可知：ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒主要生產(chǎn)流程是將原料丙烯腈（AN）通過(guò)蒸餾去除雜質(zhì)，經(jīng)水合反應(yīng)等生成粗丙烯酰胺（AM），經(jīng)過(guò)精制、提純，去除銅（Cu2+）、鐵（Fe2+）、鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）等雜質(zhì)得到精制丙烯酰胺（AM）。精制AM、丙烯酸鈉（AA-Na）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）通過(guò)嚴(yán)格的配比，送入聚合釜，加入引發(fā)劑、交聯(lián)劑等，經(jīng)乳化得到淡黃色乳液，即為核殼型乳膠顆粒。

圖2 ZJ-HK核殼型乳膠顆粒生產(chǎn)流程

1.3 ZJ-HK核殼型乳膠顆?；拘阅?/h3>

根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HNZJ 002—2019 對(duì)ZJ-HK核殼型乳膠顆?；拘阅苓M(jìn)行測(cè)評(píng)。產(chǎn)品基本性能評(píng)價(jià)結(jié)果：ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒為均質(zhì)淺棕色透明液體，外觀無(wú)分層、無(wú)絮狀物；在礦化度2×105mg/L 的模擬鹽水中能夠完全分散，不分層，無(wú)絮狀物，其初始粒徑為100 nm；可分離固形物含量27.7%，原始黏度為382 mPa·s，采用200 g/L 的模擬鹽水配制5 g/L 的ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒溶液，黏度<3 mPa·s，其黏度與水相當(dāng)。

1.4 ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒耐溫抗鹽性能及膨脹特征

ZJ-HK核殼型乳膠顆粒具有較好的耐溫抗鹽性能及膨脹特征。實(shí)驗(yàn)采用礦化度200 g/L 的模擬鹽水配制5 g/L的ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒溶液，分別封存在安培瓶中，放入95 ℃恒溫烘箱，考察耐溫抗鹽性。95 ℃高溫放置1、7 和14 d，考察核殼型乳膠顆粒水化膨脹特征。圖3為ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒在95 ℃高溫、礦化度2 × 105mg/L 的模擬鹽水中吸水膨脹1、7 和14 d 的電鏡照片。由圖3 可知：ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒在模擬鹽水中分散14 d 無(wú)分層和絮狀物出現(xiàn)，分散性及耐溫抗鹽性能較好。隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，核殼型乳膠顆粒尺寸逐漸增大，外層密度降低，水化14 d 后，核殼型乳膠顆粒膨脹20～100倍，最大尺寸為亞微米級(jí)［4］，表現(xiàn)出良好的耐溫抗鹽及膨脹特征，能夠滿足深部調(diào)驅(qū)劑進(jìn)入地層吸水膨脹的需要，達(dá)到調(diào)、驅(qū)的協(xié)同作用。

圖3 ZJ-HK核殼型乳膠顆粒水化膨脹電鏡照片

2 ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒封堵性能評(píng)價(jià)和提高采收率實(shí)驗(yàn)

核殼型乳膠顆粒遇水膨脹可有效封堵地層深部?jī)?yōu)勢(shì)水竄通道，有效解決注入性與封堵性之間的矛盾［5］，目前在長(zhǎng)慶油田礦場(chǎng)應(yīng)用。

2.1 封堵性能評(píng)價(jià)

針對(duì)長(zhǎng)慶油田目標(biāo)油藏開(kāi)展封堵性能實(shí)驗(yàn)。巖心滲透率2 mD、實(shí)驗(yàn)溫度90 ℃，采用礦化度25.863 g/L 的模擬鹽水配制ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒1.5 g/L，巖心模型有4 個(gè)測(cè)壓點(diǎn)。首先注入經(jīng)0.45 μm 核孔濾膜過(guò)濾的模擬鹽水，當(dāng)1、2 測(cè)壓點(diǎn)壓力升高并基本穩(wěn)定后，注入1.5 g/L、0.3 PV 的ZJ-HK核殼型乳膠顆粒，再注入模擬鹽水，考察其封堵/變形特性，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4 可知：ZJ-HK核殼型乳膠顆粒在孔喉完成暫堵—突破—再暫堵—再突破的過(guò)程，能夠運(yùn)移到地層深部，具有調(diào)驅(qū)劑逐級(jí)深部調(diào)驅(qū)的典型特征［6］。

圖4 ZJ-HK核売型乳膠顆粒封堵性能評(píng)價(jià)

2.2 致密砂巖裂縫微觀模型提高采收率實(shí)驗(yàn)

考察ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒對(duì)致密砂巖裂縫微觀模型提高采收率效果。實(shí)驗(yàn)采用長(zhǎng)慶油田滲透率<1 mD 的致密砂巖制作微觀巖心膜片，用裁紙刀人為貫通一道劃痕模擬可能的壓裂裂縫或者天然裂縫。長(zhǎng)慶油田砂巖滲透率、孔喉孔道都非常小，如果核殼型乳膠顆粒沒(méi)有封堵效應(yīng)，水不可能從劃痕滲入致密砂巖。圖5 為微觀模型提高采收率實(shí)驗(yàn)微觀電鏡圖，由圖5 可知：注入1.5 g/L核殼型乳膠顆粒0.3 PV，采收率從注水的23%提高到75%，驅(qū)替效果顯著，能夠解決裂縫非均質(zhì)低滲油藏提高采收率的技術(shù)難題［7］。

圖5 ZJ-HK核売型乳膠顆粒微觀電鏡照片

3 結(jié)論

ZJ-HK 核殼型乳膠顆粒為納米級(jí)深部調(diào)驅(qū)劑，能夠進(jìn)入地層深部，具有逐級(jí)深部封堵性能及好的驅(qū)替效果，能夠解決裂縫非均質(zhì)低滲油藏提高采收率的技術(shù)難題，已在長(zhǎng)慶油田礦場(chǎng)持續(xù)應(yīng)用。