聚合物微球調(diào)驅(qū)機(jī)理研究

衣 哲

(中國(guó)石化勝利油田采油工藝研究院，山東東營(yíng) 257000)

深部液流轉(zhuǎn)向劑可以深入儲(chǔ)層封堵高滲透層，改善驅(qū)替剖面，提高波及效率和采出程度。聚合物微球是一種有潛在應(yīng)用價(jià)值的深部液流轉(zhuǎn)向劑。目前對(duì)聚合物微球探討從多方面展開:研究多孔介質(zhì)中聚合物微球封堵效果、聚合物微球“形變”能力等［1－2］，聚合物微球粒徑與多孔介質(zhì)孔喉直徑匹配關(guān)系以及對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)適應(yīng)性半定量分析［3］，等等。聚合物微球有效調(diào)驅(qū)微觀機(jī)理還有待于深化研究。

隨著油藏的長(zhǎng)期水驅(qū)開發(fā)，由于注入水不斷沖刷，儲(chǔ)層非均質(zhì)性加劇，吸水剖面不均勻，嚴(yán)重影響油藏開發(fā)效果［4－6］。聚合物微球能夠滯留于油藏多孔介質(zhì)中，有效封堵大孔喉，調(diào)整注入水滲流方向，提高開發(fā)效果［7－12］。

本文報(bào)道了通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的聚合物微球調(diào)驅(qū)機(jī)理研究。

1 聚合物微球滲濾評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 原料和儀器

聚合物微球(粒徑1～20 μm)，微孔濾膜，模擬水(礦化度865.1 mg/L)。

微孔濾膜過濾裝置(見圖1)，量筒，燒杯，玻璃棒。

圖1 微孔濾膜過濾裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別將微球溶液和濾膜放入盛液容器和濾膜夾持器中;然后打開氣瓶閥門，控制壓力為50 kPa;計(jì)時(shí)并測(cè)量過濾液體體積。

實(shí)驗(yàn)用聚合物微球粒徑為1～20 μm，微孔濾膜孔徑分別為 10，20，50，100 μm。

1.3 結(jié)果與分析

聚合物微球通過不同孔徑的微孔濾膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。可以看出，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)不同濾膜的過濾速率都很快，約2 min后過濾速率開始發(fā)生明顯變化。與其他濾膜相比，孔徑為20 μm濾膜的過濾速率明顯變緩。

圖2 聚合物微球過濾體積與時(shí)間關(guān)系曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物微球粒徑與多孔介質(zhì)孔隙尺寸存在一定的匹配關(guān)系。當(dāng)聚合物微球粒徑與孔隙尺寸大小相近時(shí)，聚合物微球具有良好的封堵能力。聚合物微球粒徑過大或過小，都不能達(dá)到最佳封堵效果。

2 核磁共振實(shí)驗(yàn)分析

2.1 核磁共振技術(shù)原理

核磁共振技術(shù)通過定量檢測(cè)流體中氫原子信號(hào)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算含氫流體體積。石油領(lǐng)域中，通過特定技術(shù)手段屏蔽模擬油氫原子信號(hào)，計(jì)算模擬水含水飽和度。

核磁共振測(cè)試結(jié)果顯示橫向弛豫時(shí)間與信號(hào)幅度關(guān)系，其中橫向弛豫時(shí)間與孔喉尺寸成正比，即

式中，r為孔隙半徑，μm;T2為核磁共振弛豫時(shí)間，ms;C為轉(zhuǎn)換系數(shù)，約等于1.71 ms/μm。

根據(jù)橫向弛豫時(shí)間與孔隙大小關(guān)系定義:橫向弛豫時(shí)間T2≤10 ms對(duì)應(yīng)的孔隙為小孔隙，孔隙半徑 ＜4.3 μm;T2介于10～100 ms對(duì)應(yīng)的孔隙為中孔隙，孔隙半徑為 4.3 ～ 43.0 μm;T2≥100 ms為大孔隙，孔隙半徑≥43.0 μm。

根據(jù)核磁共振技術(shù)原理，弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，模擬巖心孔隙尺寸越大;信號(hào)幅度積分面積越大，多孔介質(zhì)含水飽和度越高。

2.2 原料和儀器

聚合物微球(粒徑1～20 μm)，模擬水(礦化度865.1 mg/L)，模擬油為氟油，膠結(jié)巖心(長(zhǎng)9.8 cm，直徑2.5 cm)。

核磁共振滲流實(shí)驗(yàn)分析儀，巖心驅(qū)替裝置。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

1)將不同滲透率(k)的巖心分別抽真空飽和水，測(cè)定孔隙體積，計(jì)算孔隙度，測(cè)T2譜;

2)飽和模擬油，計(jì)算含油飽和度，測(cè)T2譜;

3)以0.3 mL/min的注入速率水驅(qū)至含水98%，記錄產(chǎn)液量、產(chǎn)油量，計(jì)算采收率，測(cè)T2譜;

4)注入調(diào)驅(qū)劑(3000 mg/L，0.3 VP);

5)后續(xù)水驅(qū)至含水率98%，記錄產(chǎn)液量、產(chǎn)油量，計(jì)算采收率，測(cè)T2譜。

2.4 結(jié)果與分析

根據(jù)核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制各級(jí)孔隙剩余油飽和度變化圖和采出程度圖。

1)k=0.106 μm2。核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3，各級(jí)孔隙剩余油飽和度變化見圖4，采出程度見圖5。可以看到，后續(xù)水驅(qū)與水驅(qū)“信號(hào)幅度－弛豫時(shí)間”曲線基本重合;在大孔隙(T2≥100 ms)和小孔隙(T2≤10 ms)中，后續(xù)水驅(qū)與水驅(qū)剩余油飽和度及采出程度基本相同。說明向滲透率為0.106 μm2巖心注入聚合物微球起不到有效封堵大孔道作用，無(wú)法促使后續(xù)水驅(qū)改變流線，啟動(dòng)小孔隙剩余油。

圖3 k=0.106 μm2巖心 T2譜

圖4 k=0.106 μm2巖心剩余油飽和度

圖5 k=0.106 μm2 巖心采出程度

2)k=0.412 μm2。核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6，各級(jí)孔隙剩余油飽和度變化見圖7，采出程度見圖8。可以看出，對(duì)于滲透率為0.412 μm2的巖心，與水驅(qū)相比，后續(xù)水驅(qū)“信號(hào)幅度－弛豫時(shí)間”曲線明顯升高;無(wú)論孔隙大小，后續(xù)水驅(qū)剩余油飽和度顯著降低，采出程度有較大幅度增加。表明聚合物微球能有效滯留于喉道，封堵水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道，改變注入水流場(chǎng)分布，迫使更多后續(xù)注入水進(jìn)入中小孔喉，啟動(dòng)剩余油，提高中小孔喉采出程度。

圖6 k=0.412 μm2巖心 T2譜

圖7 k=0.412 μm2 巖心剩余油飽和度

圖8 k=0.412 μm2 巖心采出程度

3)k=0.775 μm2。核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖9，各級(jí)孔隙剩余油飽和度變化見圖10，采出程度見圖11。可以看到，聚合物微球在滲透率為0.775 μm2巖心中具有一定的調(diào)剖作用，能夠啟動(dòng)中小孔喉部分剩余油，但是增效幅度小于滲透率為 0.412 μm2的巖心。

圖9 k=0.775 μm2巖心 T2譜

圖10 k=0.775 μm2 巖心剩余油飽和度

圖11 k=0.775 μm2 巖心采出程度

4 聚合物微球調(diào)驅(qū)機(jī)理

綜合滲濾實(shí)驗(yàn)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到聚合物微球提高水驅(qū)后采收率機(jī)理。

1)滲透率為0.106 μm2巖心孔喉尺寸很小，注入的聚合物微球不能有效進(jìn)入巖心，大量滯留于注入端，起不到調(diào)驅(qū)作用;

2)滲透率為0.775 μm2巖心孔喉過大，聚合物微球不容易滯留于喉道、封堵水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道，只能啟動(dòng)中小孔隙中少量剩余油，調(diào)驅(qū)效果較差;

3)滲透率為0.412 μm2巖心孔喉尺寸適中，聚合物微球通過變形進(jìn)入巖心并封堵優(yōu)勢(shì)通道，后續(xù)注入水被迫轉(zhuǎn)向進(jìn)入中小孔隙啟動(dòng)剩余油，顯著提高采出程度。

5 結(jié)論

1)聚合物微球具有一定的儲(chǔ)層適應(yīng)性。只有在滲透率適中的儲(chǔ)層條件下，聚合物微球才能發(fā)揮最佳調(diào)驅(qū)效果，粒徑為1～20 μm的聚合物微球在滲透率為0.412 μm2多孔介質(zhì)中具有最佳調(diào)驅(qū)效果。

2)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)揭示了聚合物微球調(diào)驅(qū)微觀機(jī)理。聚合物微球粒徑與多孔介質(zhì)孔徑相匹配時(shí)能夠得到較好的調(diào)驅(qū)效果;聚合物微球粒徑過小，不能有效封堵大孔道和改變后續(xù)注入水流動(dòng)方向，調(diào)驅(qū)效果較差;聚合物微球粒徑過大，只能堆積于注入端附近，不能進(jìn)入多孔介質(zhì)內(nèi)部，起不到調(diào)驅(qū)作用。

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