纳米聚合物微球调剖性能研究

纳米聚合物微球调剖性能研究
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付　欣1,刘月亮1,葛际江1,俞　力2,朱伟民2
(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛　266555;2.中石化江苏油田分公司工程院,江苏扬州　225000)
摘　要:聚合物微球具有在地层孔道中运移、封堵、改变注入水渗流方向的特点,可以持续提高注入水的波及体积,是一种很有潜力的深部调剖剂。

微球的调剖性能对其在油田上的应用起着至关重要的作用,本文运用T EM 、并联填砂管模型等实验分析手段,考察了MG-5型聚合物微球在75℃油田注入水环境下,经过不同膨胀时间后的粒径,以及不同膨胀时间下的聚合物微球对非均质地层的调剖性能。

实验结果显示,由油田注入水配制的MG -5型微球在75度下膨胀5d 时粒径达到175nm ,膨胀15d 时粒径达到375nm 、膨胀15d 时粒径达到500nm 。

随着微球粒径大增大,微球对填砂管的封堵效率越来越高,调剖效果越来越明显。

可见,微球的粒径与地层渗透率的具有良好的配伍性能。

同时从压力变化曲线可以看出,MG -5微球具有很好的运移性能和封堵性能。

关键词:聚合物微球;深部调剖;TEM;并联填砂管模型
中图分类号:T B383∶T E357.6 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)07—0001—05 我国大部分油田的开发已经进入到中后期,油井平均含水已达80%以上,东部地区的一些老油田含水高达90%以上,因此选择一种合适的调剖剂,对于提高采收率至关重要。

由于普通调剖剂无法实现深部封堵,并且对地层伤害较大,成本高等缺点[1]。

近年来,聚合物微球作为一种新型的深部调驱剂,被广泛应用。

它是以交联聚合物溶液为基础开发出来的新型交联聚合物,是采用目前国内外研究较多的乳液、微乳液及分散聚合技术制备的,微球尺寸可控,分散性能好,可用油田污水配制工作液,在油田中后期开发中使用。

因此研究清楚聚合物微球的使用条件、调驱性质,对于聚合物微球进一步应用具有重大意义[2]。

目前的室内研究大多利用单一渗透率的岩心或填砂管模型对聚合物微球的封堵特性、运移性开展研究。

而对其在非均质地层中的调剖性能的研究则开展较少。

本文利用并联填砂管模型,针对不同粒径下(粒径随膨胀时间增加而增大)的MG-5型聚合物微球,研究其对非均质地层运移性质和封堵性质。

1　实验部分
1.1　实验仪器与药品1.1.1　实验药品与材料1.1.1.1　聚合物微球
实验中所用聚合物微球,MG -5型聚合物微球,由江苏油田工程院送样。

　油田水
试验中用到江苏油田提供的注入水和地层水,组成分别见表1和表2。

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　2012年第7期 内蒙古石油化工
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收稿日期5
基金项目国家自然科学基金青年基金项目(5)。

作者简介付欣(),男,中国石油大学(华东)在读研究生,从事油田化学与提高采收率方面研究。

1.1.1.2:2012-02-1:1104170:1987-
1.1.2　实验仪器
表3实验仪器
名 称型 号产 地透射电子显微镜JEM-2100UHR日本电子公司
秒表MC396深圳市惠波工贸有限公司数值采集器北京中创科技有限公司
万分之一天平PA200瑞士MET RLE R公司
超级恒温水浴501上海实验仪器厂
LB-100平流泵2PB100C北京卫星制造厂精密压力表YB-150B西安高精密仪表厂
压力传感器
成套驱替装置-海安石油科技公司
1.2　实验方法
1.2.1　聚合物微球T EM粒径分析
1.2.1.1　聚合物微球的热处理
在100ml的丝口瓶中用油田水配置质量分数为2%的微球水溶液,通N2除氧后密封,然后将上述丝口瓶放在一定温度下的恒温振荡水浴中进行热处理。

将热处理不同时间后的微球进行T EM分析。

为避免微球水溶液氧化降解,丝口瓶一旦打开后,一般不再继续进行热处理,下次分析则选用另一丝口瓶中的溶液。

1.2.1.2　T EM分析
用滴管取3滴配制好的聚合物微球溶液,将其用环己烷稀释数倍,然后用TEM专用铜网从稀释液中捞取试样,晾干后安放在样品台上载入样品室,成像观察,调节拍照。

1.2.2　微球对非均质地层的调剖性质研究
实验过程如下:
填砂管准备:实验采用使用120-140目石英砂和底层水进行湿法填砂,地层水测填砂管渗透率,当填砂管的渗透率满足实验要求时,进行下一步实验。

表4地层水测填砂管渗透率数据表
项目第一组第二组第三组高渗管渗透率249.78m D223.49mD193.01mD
低渗管渗透率55.51m D95.42mD50.25mD
渗透率级差 4.5 2.4 3.9
注入微球类型75度膨胀5天
(5)
75度膨胀15天
(35)
75度膨胀25天
(5)
目标地层平均渗透率为5D左右,地层渗透率较高值为～D
按图1所示连接实验装置,中间容器罐中装入沙-7注入水。

进行水驱,驱替速率为1.0ml/min。

待高、低渗管压力及出液量均稳定时,停止实验。

中间容器罐中装入膨胀后MG-5微球(75℃膨胀5d、75℃膨胀10d、75℃膨胀25d),注入微球。

注入微球速率为1.0ml/min,注入0.3PV(以高渗管出液量计算注入PV数)。

中间容器罐中装入注入水,进行后续水驱。

驱替速率为1.0ml/min。

待高、低渗管压力及出液量均稳定时,
停止实验。

图1　并联模型实验装置示意图
2　结果与讨论
2.1　MG-5聚合物微球T EM粒径分析
通过T EM拍摄微球不同膨胀时间下的粒径照片,统计不同膨胀时间下聚合物微球粒径特征如下表所示:
表5　不同膨胀时间下聚合物微球粒径特征表膨胀时间,d最频值最频粒径,Lm最频粒径范围,Lm粒径范围,L m
00.410.0550.045～0.0550.035～0.075
50.340.1750.075～0.1750.075～0.375
150.20.3750.325～0.4750.025～0.675
250.30.50.4～0.60.1～0.7 最频值指相对含量的最高值;最频粒径指相对含量的最高时微球所对应的粒径;最频粒径范围指相对含量处于较高水平时微球所对应的粒径范围。

不同膨胀时间下聚合物微球TEM粒径照片如图2所示。

2.2　微球对非均质地层的封堵性质研究
2.2.1　高渗管渗透率为249.78mD,低渗管渗透率为55.51mD,级差等于4.5,注入75度下膨胀5d的MG5微球溶液。

2内蒙古石油化工 2012年第7期　
17nm7nm00nm
0m200
400m
-
图2　不同膨胀时间下聚合物微球T EM
粒径照片
图3　并联模型压力曲线
从图3压力曲线可以看出注入微球后,注入端和高渗管1号测压点的压力明显上升,说明微球对高渗管形成的有效的封堵。

并且可以从红色、蓝色曲线中看出微球只是在高渗填砂管内运移至号测压点处,并未运移至深部;同时从绿色曲线中看出微球也没有运移至低渗管的深部。

因此从注入端到高、低渗中间测压点之间的填砂管的阶段渗透率能够很好的反映微球对填砂管的封堵效率。

从图4流量变化曲线可以看出,未注入微球前,当高、低渗管的流量和压力均达到稳定时,高渗管流量为0.9ml/min,低渗管流量为0.1ml/min,分流比为9∶1。

注入微球后,后续水驱当高、低渗管的流量和压力均稳定时,高渗管流量为0.85ml/min,低渗管流量为0.15ml/min,分流比为5.5∶1。

可见,随着微球对高渗管形成封堵,高渗管的流量有所降低,低渗管流量有所增高。

注入微球达到一定的调剖作用,但因为微球膨胀时间较短,粒径较小,不能对高渗管形成理想的封堵,但是却可以有效的封堵低渗管。

所以调剖效果不明显。

从图5中可以看出,随着微球的注入,低渗管的渗透率大幅下降,当高渗管注入微球达到0.3PV 时,低渗管注入了0.08PV。

这使得微球封堵高渗管的同时也对低渗管形成了封堵。

导致低渗管的注入端与中间测压点之间的阶段渗透率降低至8.0mD,封堵效率为85.6%。

而高渗管的注入端与中间测压点之间的阶段渗透率变为
5D,封堵效率为%。

　高渗管渗透率为3D,低渗管渗透率为5D,级差等于,注入5度下膨胀5的MG5微球溶液。

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　2012年第7期 付欣等　纳米聚合物微球调剖性能研究
171.
m71.4
2.2.222.49m
9.42m 2.471d
-
从图6压力曲线可以看出注入微球后,注入端、高渗管1号测压点和低渗中间测压点的压力明显上升,说明微球对高渗管形成的有效的封堵。

并且可以从红色、绿色曲线中看出微球只是在高渗填砂管内运移至1号测压点处,并未运移至深部;同时从蓝色曲线中看出微球在低渗管中发生运移,运移至低渗管的深部。

因此从注入端到高渗中间测压点之间的填砂管的阶段渗透率能够很好的反映微球对高渗管的封堵效率。

从图流量变化曲线可以看出,未注入微球前,当高、低渗管的流量和压力均达到稳定时,高渗管流量为,低渗管流量为3,分流比为2.3∶1。

注入微球后,后续水驱当高、低渗管的流量和压力均稳定时,高渗管流量为0.5ml/min,低渗管流量为0.5ml/min,分流比为1∶1。

可见,随着微球对高渗管形成封堵,高渗管的流量有所降低,低渗管流量有所增高。

注入微球达到很好的调剖作用。

调剖效果明显。

从图中可以看出,随着微球的注入,低渗管的渗透率大幅下降,当高渗管注入微球达到3V
4内蒙古石油化工 2012年第7期　7
0.7ml/min0.ml/min 8
0.P
时,低渗管注入了0.13PV。

这使得微球封堵高渗管的同时也对低渗管形成了封堵。

导致低渗管的注入端与中间测压点之间的阶段渗透率降低至41.0mD,封堵效率为57%。

而高渗管的注入端与中间测压点之间的阶段渗透率变为27. 0mD,封堵效率为87.9%。

2.2.3　高渗管渗透率为19
3.01mD,低渗管渗透率为50.25mD,级差等于3.9,注入75度下膨胀25d的MG-5微球溶液。

从图9压力曲线可以看出注入微球后,低渗管和高渗管的所有压力均明显上升,说明微球对高渗管和低渗管形成了有效的封堵。

并且可以从红色、蓝色曲线中看出微球在高渗填砂管内发生运移,运移至低渗管的深部;同时从绿色曲线中看出微球在低渗管中发生运移,运移至低渗管的深部。

从图10流量变化曲线可以看出,未注入微球前,当高、低渗管的流量和压力均达到稳定时,高渗管流量为,低渗管流量为,分流比为∶。

注入微球后,后续水驱当高、低渗管的流量和压力均稳定时,高渗管流量为5,低渗管流量为5,分流比为∶。

可见,随着微球对高渗管形成封堵,高渗管的流量有所降低,低渗管流量有所增高。

注入微球达到很好的调剖作用。

调剖效果明显。

从图11中可以看出,随着微球的注入,低渗管的渗透率大幅下降,当高渗管注入微球达到0.3PV 时,低渗管注入了0.11PV。

这使得微球封堵高渗管的同时也对低渗管形成了封堵。

导致低渗管的注入端与中间测压点之间的阶段渗透率降低至29.1mD,封堵效率为42.1%。

而高渗管的注入端与中间测压点之间的阶段渗透率变为32.6mD,封堵效率为83.1%。

3　结论
3.1　MG-5聚合物微球具有先期(前5天)膨胀快、后期(后5天)膨胀慢的特点。

原始粒径为55nm,在75度油田注入水环境下膨胀5天、15天、25天粒径分别为175nm、375nm、500nm。

3.2　75度膨胀5天后MG-5微球(最频粒径175nm),对由高渗管(渗透率为249.78mD),低渗管(渗透率为55.51mD)组合的并联模型具有一定的调剖效果,这是因为微球粒径较小,对填砂管的封堵效率不高所引起的。

3.3　75度膨胀15天后MG-5微球(最频粒径375nm),对由高渗管(渗透率为223.49mD),低渗管(渗透率为95.42mD)组合的并联模型具有很好的调剖效果,后续水驱到达压力、流量均稳定时,流量比为1:1。

但是当高渗管注入微球达到0.3PV时,低渗管注入了0.13PV,可见在级差为2.4的地层中注入微球进行调剖的同时,也对较低渗的地层造成伤害。

3.4　75度膨胀25天后MG-5微球(最频粒径500nm),对由高渗管(渗透率为193.01mD),低渗管(渗透率为50.25mD)组合的并联模型具有很好的调剖效果,后续水驱到达压力、流量均稳定时,流量比为1:1。

但是当高渗管注入微球达到0.3PV时,低渗管注入了0.11PV,可见在级差为3.9的地层中注入微球进行调剖的同时,也对较低渗的地层造成伤害。

3.5　随着微球粒径的增加,微球对填砂管的封堵效率越来越高,调剖效果越来越明显。

MG-5型聚合物微球有很好的运移性能,能够实现深部调剖,对非均质地层能够起到明显的调剖作用。

[参考文献]
[1]　赵玉武,王国锋,朱维耀,等.纳微米聚合物驱
油室内实验及数值模拟研究[J].石油学报, ,3(6)～
[]　马涛,王强,王海波,等深部调剖体系研究及应用现状[]应用化工,,()～
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