孟晨曦，郝 明，邵澤惠，張雪松

（東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318）

隨著油田注水開(kāi)發(fā)的不斷深入，油藏深部大孔道加大、非均質(zhì)增強(qiáng)，表現(xiàn)為采出程度低，綜合含水率高，資源利用率低，開(kāi)發(fā)效益低等共同特點(diǎn)[1-4]。實(shí)踐證明：要進(jìn)一步提高注水開(kāi)發(fā)效果，必須開(kāi)展高含水期調(diào)驅(qū)結(jié)合，以調(diào)為主的提高采收率技術(shù)研究，擴(kuò)大注入水波及體積，改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果[5-9]。目前，對(duì)聚合物微球調(diào)剖劑與儲(chǔ)層匹配關(guān)系認(rèn)識(shí)不深，工藝參數(shù)設(shè)計(jì)缺乏依據(jù)，能否實(shí)現(xiàn)“注得進(jìn)，堵得住”尚未可知[10-14]。因此，需開(kāi)展聚合物微球注入性能實(shí)驗(yàn)研究，為聚合物微球改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

滲透率為1、10和100mD的Ф2.5×10cm人工巖芯；礦化度為5927mg·L-1的地層水；粒徑為300nm的聚合物微球。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與儀器

利用ZR-Ⅲ型中間容器實(shí)現(xiàn)高溫養(yǎng)護(hù)；利用FEI Quanta 450 FEG型環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察聚合物微球微觀結(jié)構(gòu)；利用Zetasizer Nano ZS 90激光納米粒徑儀測(cè)試聚合物微球粒徑分布；利用高溫高壓巖芯驅(qū)替設(shè)備評(píng)價(jià)聚合物微球封堵性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物微球微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試

圖1為聚合物微球原始微觀形貌，圖2為地層水配制濃度0.5%聚合物微球溶液在55℃下養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間的微觀形貌。

圖1 聚合物微球原始微觀形貌Fig.1 Original micro morphology of polymer microspheres

圖2 55℃養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間的聚合物微球原始微觀形貌Fig.2 Original micro morphology of polymer microspheres cured at 55℃for different times

圖1 、2測(cè)試結(jié)果表明，聚合物微球原始微觀形貌的圓球度很好，是真正意義上的微球體；經(jīng)過(guò)55℃環(huán)境養(yǎng)護(hù)，聚合物微球慢慢發(fā)生水化現(xiàn)象，邊緣開(kāi)始變得模糊，界限開(kāi)始不明顯，逐漸形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，聚合物微球表現(xiàn)出來(lái)的相互粘結(jié)現(xiàn)象越嚴(yán)重，充分膨脹后的封堵效果越好。

2.2 聚合物微球粒徑分布測(cè)試

圖3為地層水配制濃度0.5%聚合物微球溶液粒徑分布，表1為聚合物微球溶液在55℃下養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間的粒徑分布測(cè)試結(jié)果。

圖3 聚合物微球溶液原始粒徑分布Fig.3 Original particle size distribution of polymer microsphere solution

表1 聚合物微球平均粒徑測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of average particle size of polymer microspheres

圖3和表1測(cè)試結(jié)果表明，聚合物微球原始粒徑主要分布在100～1100nm，可以順利的通過(guò)狹窄的孔喉，進(jìn)入到地層深部，注入性能良好；經(jīng)過(guò)在地層水中恒溫55℃養(yǎng)護(hù)，聚合物微球發(fā)生了水化膨脹現(xiàn)象，平均粒徑明顯增大，已經(jīng)膨脹到微米級(jí)別，可以起到封堵地層大孔道的目的。

根據(jù)聚合物微球平均粒徑測(cè)試結(jié)果，可利用下式計(jì)算聚合物微球的膨脹倍數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

式中 c：聚合物微球膨脹倍數(shù)，無(wú)量綱；D2：聚合物微球水化膨脹后的平均粒徑，nm；D1：聚合物微球初始平均粒徑，nm。

圖4 聚合物微球膨脹倍數(shù)與養(yǎng)護(hù)時(shí)間關(guān)系Fig.4 Relationship between expansion ratio and curing time of polymer microspheres

根據(jù)圖4可以看出，聚合物微球溶液恒溫55℃養(yǎng)護(hù)時(shí)，會(huì)發(fā)生水化膨脹現(xiàn)象。養(yǎng)護(hù)初期，聚合物微球粒徑增大趨勢(shì)較為明顯；隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加，聚合物微球粒徑的增大趨勢(shì)逐漸變緩；養(yǎng)護(hù)20d后，聚合物微球的膨脹倍數(shù)基本趨于穩(wěn)定，達(dá)到20倍左右。

2.3 聚合物微球封堵性能評(píng)價(jià)

配制濃度為0.5%的聚合物微球溶液，在1、10和100mD 3種滲透率巖芯中開(kāi)展聚合物微球不同養(yǎng)護(hù)時(shí)期的封堵性能實(shí)驗(yàn)，測(cè)試注聚合物微球前、后的滲透率，計(jì)算注入聚合物微球的封堵率：

式中 η：封堵率，無(wú)量綱；K0：巖芯原始滲透率，無(wú)量綱；K1：巖芯注聚合物微球后滲透率，無(wú)量綱。

圖5 聚合物微球養(yǎng)護(hù)時(shí)間與封堵率關(guān)系Fig.5 Relationship between curing time and plugging rate of polymer microspheres

根據(jù)圖5可以看出，隨著聚合物微球恒溫55℃養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加，其封堵率也隨之變?cè)黾?，但幅度越?lái)越小，最終趨于平緩。聚合物微球在1、10和100mD滲透率巖芯中的最匹配的養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為0、1和10d。

2.4 聚合物微球驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究

利用聚合物微球封堵性能實(shí)驗(yàn)優(yōu)選聚合物微球參數(shù)，在1和100mD以及10和100mD兩種級(jí)差巖芯并聯(lián)裝置中開(kāi)展驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究，分析聚合物微球在非均質(zhì)油藏中深部調(diào)驅(qū)提高采收率的可行性。

2.4.1 不同注入濃度時(shí)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究 以提高采收率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析聚合物微球注入濃度對(duì)不同滲透率級(jí)差巖芯并聯(lián)雙管綜合采收率的影響。

圖6 不同滲透率級(jí)差巖芯并聯(lián)提高采收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Experimental results of core parallel EOR with different permeability levels

由圖6可以看出，在相同注入量下，高-低滲雙管巖芯的采收率隨聚合物微球注入濃度增加而增加；巖芯滲透率級(jí)差越大，雙管巖芯的采收率越低。

2.4.2 不同注入量時(shí)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究 以提高采收率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析聚合物微球注入量對(duì)不同滲透率級(jí)差巖芯并聯(lián)雙管綜合采收率的影響。

圖7 不同滲透率級(jí)差巖芯并聯(lián)提高采收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Experimental results of enhanced oil recovery by parallel connection of cores with different permeability levels

由圖7可以看出，在相同注入濃度下，高-低滲雙管巖芯的采收率隨聚合物微球注入量增加而增加；巖芯滲透率級(jí)差越大，雙管巖芯的采收率越低。

3 結(jié)論

通過(guò)聚合物微球基本性能評(píng)價(jià)和驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究，可以得到以下結(jié)論：

（1）聚合物微球原始微觀形貌的圓球度很好，經(jīng)過(guò)恒溫55℃養(yǎng)護(hù)，會(huì)發(fā)生水化現(xiàn)象，逐漸形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；

（2）聚合物微球原始粒徑為納米級(jí)，可以順利進(jìn)入到地層深部，注入性能良好；經(jīng)過(guò)恒溫55℃養(yǎng)護(hù)，平均粒徑可增大20倍左右，達(dá)到微米級(jí)別，起到封堵地層大孔道的作用；

（3）聚合物微球在1、10和100mD滲透率巖芯中最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為0、1和10d；

（4）高-低滲雙管巖芯的采收率隨聚合物微球注入濃度和注入量增加而增加，且?guī)r芯滲透率級(jí)差越大，雙管巖芯的采收率越低。