聚合物微球溶液對(duì)裂縫導(dǎo)流能力影響實(shí)驗(yàn)研究

姚婷瑋

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

李欣儒等人通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析，對(duì)在多孔介質(zhì)中的微球溶液微觀(guān)滲流規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析［1］。高根英等人就影響支撐裂縫導(dǎo)流能力的外界因素進(jìn)行分析，提出溫度和時(shí)間對(duì)裂縫導(dǎo)流能力影響的程度［2］。李鳴和王曉明進(jìn)行氣測(cè)和液測(cè)導(dǎo)流能力來(lái)對(duì)比各因素的影響程度［3］。上述實(shí)驗(yàn)均研究了裂縫導(dǎo)流能力的影響因素，但對(duì)于聚合物微球各項(xiàng)參數(shù)對(duì)其導(dǎo)流能力的研究較少。本實(shí)驗(yàn)改善了傳統(tǒng)的填砂管模擬實(shí)驗(yàn)中存在填砂不均勻、孔隙較大的問(wèn)題。研究了不同聚合物微球濃度、驅(qū)替速度和閉合壓力對(duì)支撐裂縫短期導(dǎo)流能力的影響。通過(guò)參數(shù)優(yōu)選，找出聚合物微球?qū)α芽p導(dǎo)流能力影響規(guī)律，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)具有指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

多功能支撐裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)系統(tǒng)：線(xiàn)性流導(dǎo)流室，線(xiàn)性位移傳感器，液壓機(jī)，壓力補(bǔ)償系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)，回壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，真空系統(tǒng)，驅(qū)替系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)；電子天平，游標(biāo)卡尺，燒杯，玻璃棒。

1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)主要包括：

實(shí)驗(yàn)溫度：室溫23.5℃；實(shí)驗(yàn)流體：50nm和100nm聚合物微球溶液；實(shí)驗(yàn)樣品：規(guī)格為20／40目的支撐劑；支撐劑質(zhì)量：32.25g；聚合物微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.05%，0.1%，0.15%，0.2%；驅(qū)替速度： 0.2mL／min， 0.5mL／min， 1.0mL／min，1.5mL／min；閉合壓力：10MPa，15MPa，20MPa，25MPa。

1.3 實(shí)驗(yàn)主要步驟

1）安裝導(dǎo)流室；2）在液壓機(jī)兩板間放入組裝好的導(dǎo)流室；3）壓力補(bǔ)償至第一個(gè)閉合壓力后停泵；4）將平流泵、中間容器與導(dǎo)流室接通，關(guān)閉V1、V2閥；5）向?qū)Я魇抑凶⑷刖酆衔镂⑶蛉芤海淖儐我蛔兞窟M(jìn)行實(shí)驗(yàn)；6）儀器自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)達(dá)西公式對(duì)的滲透率及導(dǎo)流能力進(jìn)行計(jì)算。

2 支撐裂縫導(dǎo)流能力影響因素

2.1 微球濃度對(duì)導(dǎo)流能力的影響

支撐裂縫導(dǎo)流能力的計(jì)算公式為裂縫滲透率與裂縫縫寬的乘積，本實(shí)驗(yàn)中縫寬（支撐劑填充寬度）Wf＝2.4931cm，為一定值。因此，滲透率與導(dǎo)流能力變化趨勢(shì)相同，只需分析導(dǎo)流能力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同理可得滲透率變化趨勢(shì)。

控制變量：定驅(qū)替速度0.5mL／min，閉合壓力20MPa。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表1。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚合物微球溶液下的導(dǎo)流能力

由表1分析得，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%～0.2%的區(qū)間內(nèi)，兩種粒徑的微球變化趨勢(shì)基本相同，隨聚合物微球溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，導(dǎo)流能力緩慢下降。實(shí)驗(yàn)中，用支撐劑模擬高滲介質(zhì)，通過(guò)對(duì)聚合物微球溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改變，找出最佳驅(qū)替質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使導(dǎo)流能力較低，封堵能力較強(qiáng)。實(shí)際開(kāi)發(fā)中，聚合物微球溶液遇水膨脹后，會(huì)對(duì)高滲層進(jìn)行封堵，降低地層中多孔介質(zhì)的導(dǎo)流能力。

2.2 驅(qū)替速度對(duì)導(dǎo)流能力的影響

控制變量：微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%，定閉合壓力20MPa。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表2。

表2 不同驅(qū)替速度下的導(dǎo)流能力

表2可以看出，導(dǎo)流能力隨驅(qū)替速度的增加而增大，其值在4～30μm2·cm的范圍內(nèi)變化，范圍跨度較大。導(dǎo)流能力與驅(qū)替速度呈正相關(guān)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，若驅(qū)替速度過(guò)小，則達(dá)不到驅(qū)油的目的；若驅(qū)替速度過(guò)大，則會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)流能力迅速增加，無(wú)法對(duì)高滲儲(chǔ)層進(jìn)行有效封堵。因此，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，選擇合理的驅(qū)替速度，既保證驅(qū)油的順利進(jìn)行，又能對(duì)高滲層進(jìn)行有效封堵。

2.3 閉合壓力對(duì)導(dǎo)流能力的影響

控制變量：微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%，定驅(qū)替速度0.5 mL／min。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表3。

表3 不同閉合壓力下的導(dǎo)流能力

通過(guò)壓力控制系統(tǒng)，給導(dǎo)流室中的支撐劑施加壓力。由表3可以看出，導(dǎo)流能力的取值會(huì)隨著閉合壓力的逐漸增加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。隨閉合壓力的增加，支撐劑之間的孔隙減小，流體滲透率下降，支撐裂縫導(dǎo)流能力降低；當(dāng)閉合壓力繼續(xù)增加，會(huì)導(dǎo)致支撐劑圓球度變差，變形甚至破碎，使得孔隙度進(jìn)一步減小，從而導(dǎo)致滲透率和支撐裂縫導(dǎo)流能力的進(jìn)一步降低。

3 結(jié)論

影響支撐裂縫導(dǎo)流能力的因素主要有：聚合物微球濃度、驅(qū)替速度及閉合壓力。本文就不同的影響因素對(duì)流體滲透率及裂縫導(dǎo)流能力的影響展開(kāi)研究得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)聚合物微球溶液濃度不斷增加，兩種粒徑的聚合物微球的導(dǎo)流能力及滲透率均緩慢下降。2）隨驅(qū)替速度的增加，滲透率及導(dǎo)流能力呈明顯上升趨勢(shì)。定閉合壓力和微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)在驅(qū)替速度達(dá)到1.0 mL／min時(shí)，導(dǎo)流能力增幅最快，封堵能力迅速降低。3）隨閉合壓力的增加，滲透率及導(dǎo)流能力不斷下降，最終趨于穩(wěn)定。