交聯聚合物微球>聚合物HAP組合體系的深部調驅性能研究

姜志高，李陳，韋巍，胡微雪　(中石化華東油氣分公司勘探開發研究院，江蘇 揚州 225007)

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交聯聚合物微球>聚合物HAP組合體系的深部調驅性能研究

姜志高，李陳，韋巍，胡微雪(中石化華東油氣分公司勘探開發研究院，江蘇 揚州 225007)

[摘要]海上油田的非均質性較強，單純聚合物驅在海上油田應用中的效果受到限制。為了強化聚合物驅的深部調驅能力，利用反向懸浮聚合法合成Q(16)、Q(17)、Q(18)、Q(20)等4種交聯聚合物微球，并與聚合物HAP進行復配，然后通過3種不同組合方式來進行巖心驅油試驗。對比發現單純交聯聚合物微球和單純的聚合物HAP的提高采收率效果為15%左右，而二者組合后效果能達到20%以上，其中組合方式3中Q(20)&HAP體系提高采收率幅度最大，達到21.80%，說明交聯聚合物微球-聚合物HAP組合體系有較好的滯留、封堵效果，具有一定深部調驅能力，能夠達到更好的提高采收率效果。

[關鍵詞]聚合物驅;交聯聚合物微球；深部調驅；海上油田；組合體系

由于海上油田與陸上油田的開采環境的差別，使得海上油田與陸上油田通用的提高開采效果的技術有差異[1,2]。我國海上油田開采發展比較晚，到目前為止還是以聚合物驅研究為主[3,4]，但是海上油田由于井距大、滲透率級差高、儲層非均質嚴重等特點，使得海上油田的開發難度增大[5～7]，單純的聚合物驅效果降低。海上油田的這些特點對聚合物的深部封堵、調驅能力提出的更高要求[8～10]，對此，筆者利用實驗室合成的4種交聯聚合物微球(以下簡稱微球)和締合聚合物HAP先進行復配，使得復配體系兼具微球與HAP溶液的優點，并且很好地克服了各自的缺陷，能夠更好地降低油水流度比，擴大波及系數，提高其滯留效果，延緩聚合物在應用過程的單向突破[11～13]。復配后再通過不同驅油方式形成組合體系，組合體系充分發揮復配體系深部調驅能力及HAP的驅油能力，使得采收率得到最大限度的提高。根據石油天然氣行業標準[SY/T6576-2003]，利用填砂管驅替試驗和巖心驅替試驗物理模型系統地研究了不同組合體系的微球-聚合物封堵和深入性能，分析不同組合體系提高采收率的能力，從而為微球-聚合物組合體系深部調驅技術礦場應用提供理論依據。

1試驗

1.1藥品

失水山梨醇三油酸酯(Span-85)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)、過硫酸銨(APS)、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(AIBA，V50)、亞硫酸氫鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA·2Na)、脲、氫氧化鈉、乙酸、無水乙醇、丙酮、丙烯酸鈉，以上為分析純；油酸失水山梨醇酯(Span-80)、白油、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、Tween60，以上為工業品；HAP(粘均分子量為1100×104，質量分數為90%粉狀)，工業品，水解度為18.2%；所用原油樣為SZ36-1油田A區原油綜合而成，加煤油稀釋至70mPa·s(60 ℃溫度下)；所用水為SZ36-1油田模擬污水，具體組成見表1；交聯聚合物微球Q16、Q17、Q18、Q20為實驗室自制,基本性質見表2；巖心尺寸為2.5cm×30cm的人造膠結柱狀巖心，氣測滲透率為2.0μm2。

表1　SZ36-1油田A區模擬污水無機離子組成

表2　交聯聚合物微球的基本性質

1.2儀器

頂置式電子攪拌器，RW20數顯型，德國IKA；反應釜，實驗室自制；pH值計，型號PHSJ-3F，上海精密科學儀器有限公司；數控超級恒溫槽，寧波天恒實驗儀器廠生產；分析天平，BP310S型，Sartorius公司生產。

1.3復配體系不同組合方式的巖心驅油方案

具體流程：①模擬抽真空，飽和SZ36-1油田模擬水。②模擬飽和油，在60℃下恒溫老化24h。③將飽和油后的巖心放入巖心夾持器中，加環壓到5MPa；打開計算機壓力采集系統，開啟平流泵，速度為0.4ml/min。先將污水注入巖心中，水驅至入口壓力穩定且采出油含水率達到95%。④然后通過不同的組合方式注劑驅0.6PV(PV表示孔隙體積)，其中組合方式1注入0.6PV微球與HAP復配體系；組合方式2先注入微球與HAP復配體系0.3PV，再注入HAP溶液0.3PV；組合方式3先注入HAP溶液0.3PV，再注入微球與HAP復配體系0.3PV。⑤注劑后切換成水驅，至壓力穩定且含水率達到95%以上停止試驗。

2結果與討論

2.1交聯聚合物微球的制備

1)水相在自制反應釜中加入適量水、AMPS，溶解后用適量氫氧化鈉溶液中和至一定值，按一定配比加入丙烯酰胺(AM)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)，攪拌至固體物質全部溶解后，加入一定量的EDTA·2Na、脲，最后加入醋酸調節水相pH值至需要值，加入適量引發劑待用。

2)油相用燒杯稱取一定量的Span80和Span85分散劑，加入適量白油，攪拌混合均勻，得到油相溶液。

3)試驗步驟將配制好的油相加入到反應釜中，高速攪拌30min后將水相逐滴加入到油相中，通氮驅氧1h后測電導率，在一定溫度下引發聚合反應，并且在50℃下反應2h，后升溫到65℃，恒溫反應3h，以使反應盡可能地完全。反應結束后，待生成物冷卻，用無水乙醇和丙酮沉淀出聚合物，放入烘箱中干燥12h后裝袋以供分析。

2.2填砂管封堵試驗

圖1　微球分散體系流動壓差圖

將模擬水配制的交聯聚合物微球Q20溶液(0.04%)在60 ℃溫度下熟化10d后在室溫下注入到填砂管內，填砂管滲透率K為1.064μm2，測定不同位置填砂管的流動壓差ΔP隨微球分散體系注入量孔隙體積倍數的變化，結果見圖1。

由圖1可以看到，先注水時，壓力為平衡狀態；當注入交聯聚合物分散體系時，前端壓力開始上升，這說明微球分散體系可以很好的實行封堵，并且在上升過程中不時有急劇下降趨勢，這是微球的特殊可變性球形結構所致；當壓力上升到一定幅度時，可以突破孔喉，進行深部運移，并且在下一段繼續實行封堵。當注入1PV的微球分散體系時，后端壓力開始上升，這說明微球具有很好的深部封堵效果。能夠進得去，堵得住，能移動，滿足深度調剖最重要的3個指標。

2.3單純微球和聚合物HAP驅油效果對比

將4種微球分散體系和HAP分別在60℃下溶脹15d待用，恒溫箱溫度設置為60℃，巖心飽和油后先以0.4ml/min的泵速水驅至含水率達到95%，然后分別注入4種微球分散體系(0.04%)和HAP(0.175%)驅0.6PV，再切換成水驅至含水率達95%。含水率變化見圖2，采收率變化見圖3。圖中，縱向箭頭指的是注液順序，下同。

圖2　　　　單純微球和聚合物HAP注入時含水率與注入孔隙體積的關系曲線圖　　　　　　　　　圖3　　　　單純微球和聚合物HAP注入時巖心采收率注入孔隙體積的關系曲線圖

由圖2可知，4種微球和HAP在注劑后含水率都沒有明顯的下降趨勢；從圖3中可以看出，HAP提高采收率15.00%(從開始注劑直到水驅結束的采收率，下同)，微球Q17與Q20提高采收率幅度是較大，分別為15.89%和15.64%，說明HAP與微球都有一定的提高采收率的能力，但是效果較為接近，和其他幾種微球并沒有很明顯的差異。從含水率及驅油結果可看出，單純注入微球和HAP均有一定的驅油效果，但是效果并不太明顯，并沒有達到很好的驅油效果。

2.4組合方式1驅油效果

該試驗在注劑階段只注入微球與HAP的復配體系，總共注入0.6PV。使用的配比是微球(0.03%)+HAP(0.145%)，含水率變化見圖4，采收率變化見圖5。

圖4　　　　組合方式1含水率與注入孔隙體積的關系曲線圖　　　　　　　　　　　圖5　　　　組合方式1巖心采收率與注入孔隙體積的關系曲線圖

由圖4可知,4種復配體系在通劑后含水率都有較為明顯的下降趨勢。由圖5中可以看出，注入復配體系后，采收率均有較大幅度提高，Q17&HAP和Q20&HAP體系提高采收率幅度是最大，分別達到20.86%和21.88 %，這都比單純注入交聯聚合物微球及HAP的采收率要高出5%～6%左右。這是因為微球的球形結構能夠很好的封堵住孔喉，具有良好的調剖能力，而HAP則具有良好的驅油能力，兩者的協同作用使得復配體系能夠擴大波及體積，延緩聚合物的突破，在單純注入微球和HAP基礎之上較大幅度的提高了采收率。

2.5組合方式2驅油效果

該試驗中，劑驅階段先通入0.3 PV的微球-HAP復配溶液，再通入0.3PV的HAP溶液(0.175%)，總計通入0.6PV。含水率變化見圖6，采收率變化見圖7。

圖6　　　　組合方式2含水率與注入孔隙體積的關系曲線圖　　　　　　　　　　　圖7　　　　組合方式2巖心采收率與注入孔隙體積的關系曲線圖

由圖6可知，4種微球在注劑后含水率都有很明顯的下降的趨勢。從圖7中可以看出，4種復配體系均較大幅度的提高了采收率，其中，Q17&HAP和Q20&HAP體系提高采收率幅度最大，分別達到19.42%和21.51%，也能夠在單純注入微球和HAP的基礎之上提高3%～6%左右，說明組合方式2也能夠起到較好的調剖作用，擴大波及體積，從而提高采收率。

2.6組合方式3驅油效果

該試驗中，劑驅階段先通入0.3PV的HAP溶液，再通入0.3PV的微球-聚合物復配溶液，總計通入0.6PV。含水率變化見圖7，采收率變化見圖8。

圖8　　　　組合方式3含水率與注入孔隙體積的關系曲線圖　　　　　　　　　　圖9　　　　組合方式3巖心采收率與注入孔隙體積的關系曲線圖

由圖8可知，4種微球在通劑后含水率都有很明顯的下降的趨勢。從圖9中可以看出，4種復配體系均提高了采收率，其中Q17&HAP和Q20&HAP體系提高采收率幅度最大，分別達到21.08%和21.80%，說明組合方式3也有很好的提高采收率效果，能夠在單純注入微球和HAP基礎之上提高5%～6%左右。

對比3種組合方式試驗結果，發現3種組合方式都很好的提高了采收率，這是因為微球與HAP復配之后，由于分子間的締合，使其封堵能力和滯留能力得到較大的改善，從圖8中也能看出，復配體系的注劑期間含水有明顯的下降，說明了復配體系的液流改向能力較強，從而擴大波及體積，達到更好的提高采收率的效果。其中，方式3與方式2相比，只是更換了注劑順序，但是方式3優于方式2，這是因為方式3是后注入復配體系，當切換成水后，有更好的滯留和封堵效果，延長了聚合物在巖心里面停留的時間，從而達到更好的提高采收率效果。

3結論

1)HAP驅油效果與微球和HAP復配體系對比，復配體系有更高的驅油效率和采收率。這是因為復配后微球和HAP的協同作用，互補了各自的缺點，并使得各自優點更好的發揮出來，強化了油藏高滲部分孔喉的封堵及注劑在孔隙中的滯留，強化聚合物驅的液流改向能力，從而提高了采收率。

2)在巖心滲透率為2.0μm2、原油黏度為70mPa·s(60 ℃溫度)條件下，3種組合方式中，組合方式1和組合方式3提高采收率效果相當，優于組合方式2，但是考慮成本因素，推薦使用組合方式3。在4種微球與HAP復配物中，Q17&HAP和Q20&HAP這2種復配體系在組合方式3中提高采收率效果均優于其他2種體系。其中Q20&HAP最高，達到21.80%。因此，推薦使用Q20&HAP體系。

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[編輯]趙宏敏

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)07-0004-05

[中圖分類號]TE357.46

[作者簡介]姜志高(1986-)，男，碩士，助理工程師，現主要從事非常規油氣開發方面的研究工作；E-mail:294029854@qq.com。

[基金項目]國家科技重大專項(2011ZX05024-004-05)。

[收稿日期]2015-10-27

[引著格式]姜志高，李陳，韋巍，等.交聯聚合物微球-聚合物HAP組合體系的深部調驅性能研究[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(7)：4～8.