調(diào)驅(qū)用聚合物微球性能及驅(qū)油效果評(píng)價(jià)

侯典良

（大慶油田第一采油廠 第一油礦，黑龍江 大慶 163318）

隨著國(guó)內(nèi)外調(diào)驅(qū)技術(shù)的逐漸發(fā)展，聚合物微球體系不斷成熟，目前，已在長(zhǎng)慶油田、渤海油田等多個(gè)國(guó)內(nèi)油田成功應(yīng)用，并取得了較好的增油效果[1,2]。聚合物微球是一種具有圓球形狀、直徑在幾十納米到數(shù)百微米的聚合物顆粒，屬于一種分散型調(diào)驅(qū)體系（在水中分散，并不會(huì)溶解于水中），其主要是利用聚丙烯酰胺單體、乳化劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑等一系列藥劑通過交聯(lián)反應(yīng)的方式化合而成。由于聚合物微球本身具有良好的親水性能，遇水后水分子容易進(jìn)入顆粒內(nèi)部，從而導(dǎo)致微球顆粒膨脹[3,4]。

相較于傳統(tǒng)的聚合物類調(diào)驅(qū)劑，聚合物微球成本更低，現(xiàn)場(chǎng)配液方面也相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)更易實(shí)現(xiàn)耐高溫、耐鹽等特性[5]。除此之外，聚合物微球調(diào)驅(qū)劑的表觀粘度較低，注入性更好，更容易運(yùn)移至油藏深部，在儲(chǔ)層深部喉道實(shí)現(xiàn)封堵、突破、深入、再封堵的過程，不斷改變后續(xù)水液流方向，使后續(xù)水能夠作用至低滲孔道的殘余油，達(dá)到改善注水剖面，擴(kuò)大波及體積，提高采收率的目的[6-8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

根據(jù)D 油田注入水離子組成表配制實(shí)驗(yàn)用水，相關(guān)藥劑均為分析純，由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

表1 注入水離子組成Tab.1 Ion composition of implanted water

實(shí)驗(yàn)藥劑 M 型聚合物微球（有效含量為55%），粒徑為0.3～1μm。

實(shí)驗(yàn)用油 D 油田原油，60℃條件下黏度11.7mPa·s。

實(shí)驗(yàn)巖心 封堵性能實(shí)驗(yàn)為30cm 均質(zhì)人造方巖心，具體參數(shù)為：30×4.5×4.5cm，滲透率分別為50、100、200、500、1000mD；傳輸運(yùn)移能力實(shí)驗(yàn)為60cm 均質(zhì)人造方巖心，具體參數(shù)為：60×4.5×4.5cm，滲透率為100mD；驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)采用雙管并聯(lián)方式，巖心為30cm 均質(zhì)人造方巖心，具體參數(shù)為：30×4.5×4.5cm，滲透率為100、300、600、900mD。

515 型平流泵（美國(guó)WATERS公司）；E30-H 型電動(dòng)攪拌器（OUHIR 公司）；激光粒度分析儀；顯微鏡；手搖泵；恒溫箱；巖心加持器等[9]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案及步驟

1.2.1 膨脹性能實(shí)驗(yàn)

（1）膨脹天數(shù)測(cè)試 用注入水配制聚合物微球溶液（配制濃度為1500mg·L-1），放置在60℃恒溫箱中。靜置不同時(shí)間后，使用激光粒度分析儀，測(cè)量不同老化時(shí)間微球的粒徑變化情況。

（2）濃度影響 用注入水配制聚合物微球溶液（配制濃度分別為：500、1000、1500、2000、2500mg·L-1），放置在60℃恒溫箱中，使用激光粒度分析儀，測(cè)量靜置7d 后微球的粒徑大小。

1.2.2 封堵性能實(shí)驗(yàn)

（1）濃度影響 用注入水配制聚合物微球溶液（配制濃度分別為：500、1000、1500、2000、2500mg·L-1），向100mD 人造方巖心注入0.4PV 聚合物微球溶液，靜置7d 后分別進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，實(shí)驗(yàn)過程中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算殘余阻力系數(shù)和封堵率（保持實(shí)驗(yàn)溫度為60℃）。

（2）滲透率影響 用注入水配制聚合物微球溶液（配制濃度為1500mg·L-1），分別向50、100、300、500、1000mD 人造方巖心注入0.4PV 聚合物微球溶液，靜置7d 后分別進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，實(shí)驗(yàn)過程中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算殘余阻力系數(shù)和封堵率（保持實(shí)驗(yàn)溫度為60℃）。

1.2.3 傳輸運(yùn)移能力實(shí)驗(yàn) 用注入水配制聚合物微球溶液（配制濃度為1500mg·L-1），向60cm 長(zhǎng)巖心注入1PV 聚合物微球溶液。靜置7d 后，進(jìn)行1PV 后續(xù)水驅(qū)。實(shí)驗(yàn)中分別在距離巖心1/3、2/3 處設(shè)立兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過程中記錄壓力數(shù)據(jù)（保持實(shí)驗(yàn)溫度為60℃）。

1.2.4 驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn) 采用不同滲透率比例的巖心開展雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)方案見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)方案Tab.2 Exprimental schedule

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）飽和油；（2）水驅(qū)至含水率95%；（3）向巖心內(nèi)注入0.4PV 微球溶液（配制濃度為1500mg·L-1）；（4）保持實(shí)驗(yàn)溫度，靜置7d 后，后續(xù)水驅(qū)至采出液含水率達(dá)95%，實(shí)驗(yàn)完畢。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)期間記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)溫度始終保持60℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 膨脹性能實(shí)驗(yàn)

2.1.1 膨脹天數(shù)測(cè)試 不同老化時(shí)間M 型聚合物微球的粒徑變化情況見圖1。

圖1 粒徑膨脹變化曲線Fig.1 Variation curve of particle size expansion

由圖1 可以看出，在目標(biāo)油藏條件下，經(jīng)過放置后的M 型聚合物微球粒徑逐漸膨脹變大，7d 后粒徑膨脹至最大，由初始的0.45μm 膨脹至7.78μm，且保持穩(wěn)定。

2.1.2 濃度對(duì)微球膨脹性能的影響 分別用注入水配制不同濃度的M 型聚合物微球溶液，靜置7d 后微球的粒徑數(shù)據(jù)見表3。

表3 微球粒徑及膨脹倍數(shù)Tab.3 Microsphere particle size and expansion ratio

由表3 可以看出，在不同濃度溶液中，粒徑膨脹倍數(shù)相差不大，表明體系膨脹后的粒徑并不會(huì)因濃度的改變而有所變化，M 型聚合物微球體系相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 封堵性能實(shí)驗(yàn)

2.2.1 濃度影響 用注入水配制不同濃度M 型聚合物微球溶液，分別注入相同滲透率的巖心中，封堵率及殘余阻力系數(shù)結(jié)果見表4。

表4 各濃度體系的封堵率變化Tab.4 Blocking rate of each concentration system changes

由表4 可以看出，濃度對(duì)M 型聚合物微球體系的封堵效果是有影響的。濃度越大，微球在巖心孔隙內(nèi)部滯留的微球數(shù)量越多，殘余阻力系數(shù)越大，封堵效果越好。圖2 為各濃度體系的封堵率變化趨勢(shì)。

圖2 封堵率變化曲線Fig.2 Variation curve of plugging rate

由圖2 可以看出，當(dāng)濃度大于1500mg·L-1時(shí)，封堵率增長(zhǎng)的趨勢(shì)變緩，從經(jīng)濟(jì)和封堵效果兩方面考慮，針對(duì)D 油田儲(chǔ)層調(diào)驅(qū)措施，建議采用1500mg·L-1濃度的M 型聚合物微球溶液。

2.2.2 滲透率影響 用注入水配制濃度1500mg·L-1的M 型聚合物微球溶液，分別注入不同滲透率的巖心中，封堵率及殘余阻力系數(shù)結(jié)果見表5。

表5 封堵率及殘余阻力系數(shù)Tab.5 Blocking rate and residual resistance coefficent

由表5 可知，滲透率對(duì)M 型聚合物微球體系的封堵效果是有影響的。滲透率越小，微球越容易在巖心孔隙內(nèi)部滯留，殘余阻力系數(shù)越大，封堵性能越好。

進(jìn)一步分析認(rèn)為，巖心滲透率越小，孔隙尺寸相對(duì)較小，微球越容易在孔喉架橋形成封堵，封堵率也隨之增加。針對(duì)50～1000mD 滲透率的巖心，封堵率可達(dá)79%以上，表明M 型聚合物微球體系具有較好的封堵效果。

2.3 傳輸運(yùn)移能力實(shí)驗(yàn)

用注入水配制濃度1500mg·L-1的M 型聚合物微球溶液，注入60cm 巖心中開展傳輸運(yùn)移能力實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)壓力動(dòng)態(tài)特征曲線見圖3。

圖3 注入壓力與PV 的關(guān)系Fig.3 Relationship between injection pressure and PV

由圖3 可以看出，隨著微球的注入，各個(gè)測(cè)壓點(diǎn)先后開始?jí)毫ι仙砻骶酆衔镂⑶蛞堰\(yùn)移至3 個(gè)測(cè)壓點(diǎn)處，并均產(chǎn)生了一定程度的封堵，其中測(cè)壓點(diǎn)距離注入端越近，壓力升高幅度越大。

靜置7d 后，由于巖心內(nèi)微球膨脹在孔喉處形成封堵，后續(xù)水壓力繼續(xù)升高，當(dāng)各測(cè)壓點(diǎn)壓力上升到一定程度時(shí)，壓力便開始產(chǎn)生上下波動(dòng)，表明聚合物微球在巖心孔喉處開始發(fā)生封堵、突破、深入、再封堵的現(xiàn)象，同時(shí)也說明M 型聚合物微球體系具有良好的深部運(yùn)移性能。

2.4 驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)

采用雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)開展M 型聚合物微球的驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見表6。

表6 驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Test results of oil flooding effect

由表6 可以看出，在含油飽和度相近及注入段塞尺寸相同的條件下，滲透率極差越大，水驅(qū)采收率越小，采收率增幅越大，采收率最大增幅可達(dá)16.5%，表明M 型聚合物微球體系可改善吸水剖面，具有較好的增油效果。

進(jìn)一步分析認(rèn)為，M 型聚合物微球可有效改善層間和層內(nèi)非均質(zhì)性。一方面，微球在注入過程優(yōu)先進(jìn)入高滲巖心，并在高滲巖心孔喉滯留，隨著微球的逐漸膨脹，高滲通道被封堵，后續(xù)水部分液流轉(zhuǎn)向低滲巖心，低滲巖心內(nèi)部殘余油不斷被水驅(qū)出，采收率增加；另一方面，在高滲巖心內(nèi)部，微球在巖心孔喉處不斷發(fā)生封堵、突破、深入、再封堵，水驅(qū)液流不斷轉(zhuǎn)向，高滲巖心內(nèi)部未波及到的殘余油也逐漸被后續(xù)水驅(qū)出，增油量進(jìn)一步增加。

3 結(jié)論

M 型聚合物微球在目標(biāo)油藏條件下，7d 內(nèi)粒徑可膨脹15～16 倍，且膨脹性不受濃度變化。該體系封堵性能受濃度和滲透率的影響，濃度越大，滲透率越小，封堵性能越好。同時(shí)該體系在巖心孔喉處可實(shí)現(xiàn)封堵、突破、深入、再封堵的原理過程，不斷改變水驅(qū)液流方向，具有較好的傳輸運(yùn)移能力。

M 型聚合物微球針對(duì)非均質(zhì)油藏具有顯著的增油效果，非均質(zhì)性越強(qiáng)，增油效果越好，巖心實(shí)驗(yàn)采收率增幅最高可達(dá)16.5%。