渤海油田調(diào)驅(qū)用聚合物微球的制備及性能評(píng)價(jià)*

陳釘釘

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

我國(guó)大部分的油田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的注水開(kāi)發(fā)后，目前大多已進(jìn)入中、高含水開(kāi)發(fā)階段，注水開(kāi)發(fā)的效果逐漸變差。部分非均質(zhì)油藏經(jīng)過(guò)注水開(kāi)發(fā)后易出現(xiàn)水竄和水淹現(xiàn)象，采油井見(jiàn)水較早，并且含水率較高，整體采收率較低，水驅(qū)開(kāi)發(fā)后仍有大量原油滯留在地層中[1-4]。因此，提高油藏水驅(qū)后的采收率成為各大油田需要解決的問(wèn)題。

調(diào)剖堵水驅(qū)油技術(shù)能夠有效封堵非均質(zhì)油藏中的大孔喉，進(jìn)而使后續(xù)注入水發(fā)生液流轉(zhuǎn)向，對(duì)油藏中小孔隙中的原油產(chǎn)生更好的驅(qū)替效果，可以有效增大波及體積，提高原油的采收率。目前，油田常用的調(diào)驅(qū)體系主要包括聚合物凍膠、泡沫、凝膠、聚合物微球、體膨顆粒以及微生物類調(diào)驅(qū)劑等[5-9]。調(diào)剖堵水驅(qū)油技術(shù)在陸上油田均取得了較好的應(yīng)用效果。海上油田的作業(yè)環(huán)境較特殊，部分適用于陸上油田的調(diào)驅(qū)體系無(wú)法在海上平臺(tái)得到較好的應(yīng)用。聚合物微球調(diào)驅(qū)技術(shù)與其他常規(guī)的調(diào)驅(qū)技術(shù)相比，具有粒徑小、易注入、穩(wěn)定性好、施工工藝簡(jiǎn)單及調(diào)驅(qū)效果好的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在海上油田得到了較廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的施工效果[10-14]。因此，筆者針對(duì)渤海油田非均質(zhì)油藏采用常規(guī)調(diào)驅(qū)技術(shù)效果較差的問(wèn)題，室內(nèi)以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、長(zhǎng)鏈?zhǔn)杷畣误wSD-2、表面活性劑司盤80和吐溫80為主要原料，合成了一種適用于渤海油田調(diào)驅(qū)的聚合物微球PME-3，并對(duì)其綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為渤海油田的高效合理開(kāi)發(fā)提供一定的技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要試驗(yàn)原料及儀器

丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)，分析純，安徽巨成精細(xì)化工有限公司；表面活性劑司盤80、吐溫80，工業(yè)品，江蘇省海安石油化工廠；過(guò)硫酸銨、亞硫酸鈉、無(wú)水乙醇，分析純，天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠；長(zhǎng)鏈?zhǔn)杷畣误wSD-2，實(shí)驗(yàn)室自制；模擬地層水(總礦化度為32 500 mg/L)；模擬注入水(總礦化度為42 050 mg/L)；儲(chǔ)層原油(60 ℃下黏度為51.6 mPa·s，密度為0.942 g/cm3)；封堵性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)用巖心為柱狀人造巖心(長(zhǎng)度均為7.0 cm，直徑均為2.5 cm)；驅(qū)油效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)用巖心為三層非均質(zhì)人造巖心(30 cm×4.5 cm×4.5 cm)。

DF-101型實(shí)驗(yàn)室數(shù)顯智能恒溫水浴鍋，上海羌強(qiáng)實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；SH-2型磁力攪拌器，常州市億能實(shí)驗(yàn)儀器廠；CX33型生物顯微鏡，山東博科生物產(chǎn)業(yè)有限公司；RS600型流變儀，德國(guó)哈克(HAKKE)公司；CK-1型巖心抽真空飽和裝置、HKY型多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置，海安縣石油科研儀器有限公司。

1.2 聚合物微球PME-3的制備

稱取一定量的AM、DMC及SD-2溶于蒸餾水中，攪拌均勻備用；再稱取一定量的表面活性劑司盤80和吐溫80于燒杯中，攪拌均勻；將混合表面活性劑溶液通過(guò)滴液漏斗緩慢加入到上述混合單體中，繼續(xù)攪拌，再按比例加入一定量的引發(fā)劑溶液(過(guò)硫酸銨和亞硫酸鈉混合)，升溫至50 ℃左右，恒溫反應(yīng)5 h左右，停止攪拌，冷卻至室溫；然后將產(chǎn)物使用無(wú)水乙醇和蒸餾水分別洗滌數(shù)次，抽濾、烘干、粉碎，即得到聚合物微球產(chǎn)品PME-3。

1.3 性能評(píng)價(jià)方法

1.3.1 膨脹性能評(píng)價(jià)

采用渤海某油田模擬注入水配制質(zhì)量濃度為2 000 mg/L的聚合物微球PME-3溶液，然后將其放置在恒溫干燥箱中，溫度設(shè)置為60 ℃，放置不同時(shí)間后取出，使用生物顯微鏡測(cè)定聚合物微球的尺寸大小，并與初始尺寸相比，計(jì)算其膨脹倍數(shù)，以此評(píng)價(jià)聚合物微球PME-3的膨脹性能。

1.3.2 增黏性能和黏彈性能評(píng)價(jià)

采用渤海某油田模擬注入水配制不同質(zhì)量濃度的聚合物微球PME-3溶液，將其在60 ℃下放置24 h后，使用RS600型流變儀測(cè)定其黏度值，以此評(píng)價(jià)聚合物微球PME-3的增黏性能；在一定的剪切應(yīng)力條件下測(cè)定其儲(chǔ)能模量G'和損耗模量G″，以此評(píng)價(jià)聚合物微球PME-3的黏彈性能。

1.3.3 封堵性能評(píng)價(jià)

①選取不同滲透率的人造巖心飽和模擬地層水，并測(cè)定其孔隙體積；②使用渤海油田模擬注入水驅(qū)替巖心，流速為0.5 mL/min，直至壓力穩(wěn)定，記錄此時(shí)的穩(wěn)定壓力p0；③再以相同的流速注入不同孔隙體積倍數(shù)(PV)的聚合物微球PME-3溶液，微球質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，關(guān)閉巖心夾持器的進(jìn)出口閥門，在60 ℃下恒溫放置6 d，等待聚合物微球膨脹；④繼續(xù)使用模擬注入水驅(qū)替巖心，驅(qū)替流速同上，直至驅(qū)替壓力再次達(dá)到穩(wěn)定，記錄此時(shí)的穩(wěn)定壓力p1，并計(jì)算聚合物微球溶液的封堵率φ=(p1-p0)/p1。

1.3.4 驅(qū)油效果評(píng)價(jià)

使用三層非均質(zhì)人造巖心評(píng)價(jià)聚合物微球PME-3的驅(qū)油效果，具體試驗(yàn)步驟為：①將巖心使用模擬地層水飽和，并測(cè)定其孔隙體積；②繼續(xù)使用儲(chǔ)層原油飽和上述巖心，然后在60 ℃下恒溫老化24 h；③采用渤海油田模擬注入水驅(qū)替巖心，直至出口端不產(chǎn)油為止，計(jì)算水驅(qū)油的采收率；④繼續(xù)注入不同PV數(shù)的聚合物微球PME-3溶液，微球質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，關(guān)閉巖心夾持器的進(jìn)出口閥門，在60 ℃下恒溫放置6 d；⑤再次使用模擬注入水驅(qū)替巖心，直至出口端不產(chǎn)油為止，記錄最終采收率，并計(jì)算出聚合物微球驅(qū)提高采收率的幅度。試驗(yàn)驅(qū)替流速均為0.5 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 膨脹性能

按照1.3.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了聚合物微球PME-3的膨脹性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 聚合物微球PME-3膨脹倍數(shù)與時(shí)間的關(guān)系

由圖1可見(jiàn)：隨著膨脹時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，聚合物微球PME-3的膨脹倍數(shù)不斷增大。在前150 h內(nèi)，聚合物微球PME-3的膨脹倍數(shù)增速較快；而當(dāng)膨脹時(shí)間大于150 h后，膨脹倍數(shù)的變化幅度減小。當(dāng)膨脹時(shí)間為200 h時(shí)，聚合物微球PME-3的膨脹倍數(shù)最高可以達(dá)到12倍以上，表明開(kāi)發(fā)的聚合物微球PME-3具有較好的膨脹性能。

2.2 增黏性能

按照1.3.2中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了聚合物微球PME-3的增黏性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)：隨著聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度的不斷增大，其表觀黏度值逐漸增大。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度小于2 000 mg/L時(shí)，溶液黏度值增速較慢；而當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度大于2 000 mg/L時(shí)，溶液的黏度值增速急劇加快。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度為2 000 mg/L時(shí)，溶液的黏度值就可以達(dá)到250 mPa·s以上，而當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度為4 000 mg/L時(shí)，溶液的黏度值則可以升高至4 500 mPa·s以上，表明研制的聚合物微球PME-3具有較好的增黏性能。

圖2 聚合物微球PME-3溶液黏度與濃度的關(guān)系

2.3 黏彈性能

按照1.3.2中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了聚合物微球PME-3的黏彈性能，聚合物微球PME-3的質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，試驗(yàn)頻率為0.1～10 Hz，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 聚合物微球PME-3溶液的黏彈性能

由圖3可見(jiàn)：當(dāng)頻率為0.1～10 Hz時(shí)，聚合物微球PME-3溶液的儲(chǔ)能模量G'總是大于損耗模量G″，表明聚合物微球PME-3溶液的黏彈性能較強(qiáng)。這是由于聚合物微球PME-3分子結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)鏈?zhǔn)杷畣误w能夠產(chǎn)生一定的分子間締合作用，聚合物微球吸水膨脹后可以形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其在外力作用下可以表現(xiàn)出比較強(qiáng)的彈性特征。

2.4 封堵性能

按照1.3.3中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了聚合物微球PME-3的封堵性能，所用不同滲透率的巖心分別為低滲巖心(滲透率在0.01 μm2左右)、中滲巖心(滲透率在0.5 μm2左右)、高滲巖心(滲透率在1 μm2左右)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 聚合物微球PME-3溶液的封堵性能

由表1可見(jiàn)：對(duì)于相同滲透率級(jí)別的巖心而言，隨著聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)的增大，封堵率逐漸增大；而當(dāng)注入相同PV數(shù)的聚合物微球PME-3溶液時(shí)，滲透率越低，封堵率越大。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)為0.5時(shí)，其對(duì)低滲巖心、中滲巖心和高滲巖心的封堵率均可以達(dá)到95%以上，此時(shí)聚合物微球PME-3溶液的封堵性能比較強(qiáng)，因此，綜合考慮封堵效果和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成本，聚合物微球PME-3溶液的最佳注入PV數(shù)優(yōu)選0.5。

2.5 驅(qū)油效果

按照1.3.4中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了聚合物微球PME-3的驅(qū)油效果，試驗(yàn)用巖心為三層非均質(zhì)人造巖心，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 聚合物微球PME-3溶液的驅(qū)油效果

由表2可見(jiàn)：5塊巖心的水驅(qū)采收率基本均在45%左右，而隨著聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)的不斷增大，聚合物微球PME-3驅(qū)提高采收率的幅度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)為0.5時(shí)，其提高采收率的幅度最大，可以達(dá)到26.7%，其最終采收率可以達(dá)到70%以上。繼續(xù)增大聚合物微球PME-3溶液的注入PV數(shù)，提高采收率的幅度反而逐漸降低，這是由于隨著聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)的不斷增大，其對(duì)巖心孔隙的封堵能力逐漸增強(qiáng)，進(jìn)而可以有效封堵高滲層，達(dá)到調(diào)整吸水剖面，增大波及體積的目的。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，其不僅會(huì)對(duì)高滲層產(chǎn)生有效的封堵，也會(huì)對(duì)中、低滲層位產(chǎn)生較強(qiáng)的封堵作用，進(jìn)而影響了后續(xù)注入流體的驅(qū)油效果。因此，在渤海油田現(xiàn)場(chǎng)調(diào)驅(qū)過(guò)程中，應(yīng)選擇合適的聚合物微球濃度和注入PV數(shù)，以最大限度地提高油藏采收率。

3 結(jié)論

1)以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、長(zhǎng)鏈?zhǔn)杷畣误wSD-2、表面活性劑司盤80和吐溫80為主要原料，合成了一種適合渤海油田調(diào)驅(qū)的聚合物微球PME-3。

2)聚合物微球PME-3具有良好的膨脹性能，200 h的膨脹率可以達(dá)到12倍以上；聚合物微球PME-3具有良好的增黏性能和黏彈性能，當(dāng)其質(zhì)量濃度為2 000 mg/L時(shí)，溶液的黏度值就能達(dá)到250 mPa·s以上，并且在頻率為0.1～10 Hz，其儲(chǔ)能模量G'總是大于損耗模量G″；聚合物微球PME-3還具有良好的封堵性能和驅(qū)油效果，當(dāng)其注入PV數(shù)為0.5時(shí)，對(duì)低滲巖心、中滲巖心和高滲巖心的封堵率均可以達(dá)到95%以上，并且在巖心水驅(qū)油結(jié)束后繼續(xù)注入0.5 PV的聚合物微球PME-3溶液，采收率繼續(xù)提高26.7%，表明開(kāi)發(fā)的聚合物微球PME-3能夠較好地適應(yīng)渤海油田調(diào)驅(qū)施工作業(yè)的需要。