聚合物微球调剖封堵性能实验研究

孟晨曦，郝 明，邵泽惠，张雪松

（东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318）

随着油田注水开发的不断深入，油藏深部大孔道加大、非均质增强，表现为采出程度低，综合含水率高，资源利用率低，开发效益低等共同特点[1-4]。实践证明：要进一步提高注水开发效果，必须开展高含水期调驱结合，以调为主的提高采收率技术研究，扩大注入水波及体积，改善水驱开发效果[5-9]。目前，对聚合物微球调剖剂与储层匹配关系认识不深，工艺参数设计缺乏依据，能否实现“注得进，堵得住”尚未可知[10-14]。因此，需开展聚合物微球注入性能实验研究，为聚合物微球改善水驱开发效果提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 材料

渗透率为1、10和100mD的Ф2.5×10cm人工岩芯；矿化度为5927mg·L-1的地层水；粒径为300nm的聚合物微球。

1.2 实验方法与仪器

利用ZR-Ⅲ型中间容器实现高温养护；利用FEI Quanta 450 FEG型环境扫描电子显微镜观察聚合物微球微观结构；利用Zetasizer Nano ZS 90激光纳米粒径仪测试聚合物微球粒径分布；利用高温高压岩芯驱替设备评价聚合物微球封堵性能。

2 结果与讨论

2.1 聚合物微球微观结构测试

图1为聚合物微球原始微观形貌，图2为地层水配制浓度0.5%聚合物微球溶液在55℃下养护不同时间的微观形貌。

图1 聚合物微球原始微观形貌Fig.1 Original micro morphology of polymer microspheres

图2 55℃养护不同时间的聚合物微球原始微观形貌Fig.2 Original micro morphology of polymer microspheres cured at 55℃for different times

图1 、2测试结果表明，聚合物微球原始微观形貌的圆球度很好，是真正意义上的微球体；经过55℃环境养护，聚合物微球慢慢发生水化现象，边缘开始变得模糊，界限开始不明显，逐渐形成网状结构，养护时间越长，聚合物微球表现出来的相互粘结现象越严重，充分膨胀后的封堵效果越好。

2.2 聚合物微球粒径分布测试

图3为地层水配制浓度0.5%聚合物微球溶液粒径分布，表1为聚合物微球溶液在55℃下养护不同时间的粒径分布测试结果。

图3 聚合物微球溶液原始粒径分布Fig.3 Original particle size distribution of polymer microsphere solution

表1 聚合物微球平均粒径测试结果Tab.1 Test results of average particle size of polymer microspheres

图3和表1测试结果表明，聚合物微球原始粒径主要分布在100～1100nm，可以顺利的通过狭窄的孔喉，进入到地层深部，注入性能良好；经过在地层水中恒温55℃养护，聚合物微球发生了水化膨胀现象，平均粒径明显增大，已经膨胀到微米级别，可以起到封堵地层大孔道的目的。

根据聚合物微球平均粒径测试结果，可利用下式计算聚合物微球的膨胀倍数，结果见图4。

式中 c：聚合物微球膨胀倍数，无量纲；D2：聚合物微球水化膨胀后的平均粒径，nm；D1：聚合物微球初始平均粒径，nm。

图4 聚合物微球膨胀倍数与养护时间关系Fig.4 Relationship between expansion ratio and curing time of polymer microspheres

根据图4可以看出，聚合物微球溶液恒温55℃养护时，会发生水化膨胀现象。养护初期，聚合物微球粒径增大趋势较为明显；随着养护时间增加，聚合物微球粒径的增大趋势逐渐变缓；养护20d后，聚合物微球的膨胀倍数基本趋于稳定，达到20倍左右。

2.3 聚合物微球封堵性能评价

配制浓度为0.5%的聚合物微球溶液，在1、10和100mD 3种渗透率岩芯中开展聚合物微球不同养护时期的封堵性能实验，测试注聚合物微球前、后的渗透率，计算注入聚合物微球的封堵率：

式中 η：封堵率，无量纲；K0：岩芯原始渗透率，无量纲；K1：岩芯注聚合物微球后渗透率，无量纲。

图5 聚合物微球养护时间与封堵率关系Fig.5 Relationship between curing time and plugging rate of polymer microspheres

根据图5可以看出，随着聚合物微球恒温55℃养护时间增加，其封堵率也随之变增加，但幅度越来越小，最终趋于平缓。聚合物微球在1、10和100mD渗透率岩芯中的最匹配的养护时间分别为0、1和10d。

2.4 聚合物微球驱替实验研究

利用聚合物微球封堵性能实验优选聚合物微球参数，在1和100mD以及10和100mD两种级差岩芯并联装置中开展驱替实验研究，分析聚合物微球在非均质油藏中深部调驱提高采收率的可行性。

2.4.1 不同注入浓度时驱替实验研究 以提高采收率作为评价标准，分析聚合物微球注入浓度对不同渗透率级差岩芯并联双管综合采收率的影响。

图6 不同渗透率级差岩芯并联提高采收率实验结果Fig.6 Experimental results of core parallel EOR with different permeability levels

由图6可以看出，在相同注入量下，高-低渗双管岩芯的采收率随聚合物微球注入浓度增加而增加；岩芯渗透率级差越大，双管岩芯的采收率越低。

2.4.2 不同注入量时驱替实验研究 以提高采收率作为评价标准，分析聚合物微球注入量对不同渗透率级差岩芯并联双管综合采收率的影响。

图7 不同渗透率级差岩芯并联提高采收率实验结果Fig.7 Experimental results of enhanced oil recovery by parallel connection of cores with different permeability levels

由图7可以看出，在相同注入浓度下，高-低渗双管岩芯的采收率随聚合物微球注入量增加而增加；岩芯渗透率级差越大，双管岩芯的采收率越低。

3 结论

通过聚合物微球基本性能评价和驱替实验研究，可以得到以下结论：

（1）聚合物微球原始微观形貌的圆球度很好，经过恒温55℃养护，会发生水化现象，逐渐形成网状结构；

（2）聚合物微球原始粒径为纳米级，可以顺利进入到地层深部，注入性能良好；经过恒温55℃养护，平均粒径可增大20倍左右，达到微米级别，起到封堵地层大孔道的作用；

（3）聚合物微球在1、10和100mD渗透率岩芯中最佳养护时间分别为0、1和10d；

（4）高-低渗双管岩芯的采收率随聚合物微球注入浓度和注入量增加而增加，且岩芯渗透率级差越大，双管岩芯的采收率越低。