非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)用聚合物微球的制備及性能評價(jià)*

荊 波，馮其紅

（1.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島 266580；2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營 257000）

0 前言

隨著我國大部分油田進(jìn)入中后期開發(fā)階段，長期注水開發(fā)導(dǎo)致的油井產(chǎn)出液含水率高以及原油采出程度低等問題越來越嚴(yán)重，尤其對于非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏而言，此類問題更加突出。非均質(zhì)性油藏經(jīng)過長時(shí)間的注水開發(fā)會(huì)在地層中產(chǎn)生越來越多的高滲通道，使得大部分的注入流體沿著高滲透層突進(jìn)，形成無效循環(huán)，嚴(yán)重影響油藏的整體開發(fā)效果［1-3］。因此，針對非均質(zhì)油藏研究高效的調(diào)剖驅(qū)油技術(shù)具有十分重要的意義。

聚合物驅(qū)油技術(shù)雖然可以提高非均質(zhì)油藏經(jīng)過水驅(qū)開發(fā)后的波及體積，對高滲透層產(chǎn)生封堵，增大中低滲透層的吸液量，在一定程度上改善吸液剖面，進(jìn)一步提高水驅(qū)開發(fā)后的采收率［4-6］。但由于聚合物注入地層中會(huì)對不同層位的流動(dòng)阻力產(chǎn)生動(dòng)態(tài)影響，除了高滲透層會(huì)滯留大量的聚合物外，中低滲透層也不可避免的會(huì)吸入部分聚合物，因而過早出現(xiàn)了“剖面反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。另外，聚合物自身往往不具備較強(qiáng)的調(diào)驅(qū)能力，在非均質(zhì)儲(chǔ)層中存在較多優(yōu)勢通道以及裂縫的情況下，聚合物驅(qū)并不能較好地避免流體指進(jìn)以及竄流現(xiàn)象的發(fā)生［7-9］。

聚合物微球調(diào)剖驅(qū)油技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)有效、現(xiàn)場應(yīng)用方便以及施工效果好的特點(diǎn)，是解決非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)難題的一種重要技術(shù)手段，已在國內(nèi)各大油田得到了比較廣泛的應(yīng)用［10-15］。聚合物微球的粒徑范圍通常在納米或微納米之間，具有粒徑可調(diào)、分散性好以及穩(wěn)定性較強(qiáng)的特點(diǎn)。聚合物微球注入地層后會(huì)吸水膨脹，主要通過吸附封堵或者架橋封堵作用對高滲孔道進(jìn)行有效封堵，促使后續(xù)注入流體更多地進(jìn)入中、低滲透層，有效改善儲(chǔ)層的吸液剖面。此外，聚合物微球還通常具有較好的變形特性，使其易于注入并能運(yùn)移至儲(chǔ)層深部，繼續(xù)發(fā)揮其高效的封堵、調(diào)驅(qū)作用，提高非均質(zhì)油藏的采收率［16-17］。然而，目前常用的聚合物微球大多是丙烯酰胺類聚合物，吸水膨脹后易發(fā)生剪切破碎現(xiàn)象，對非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏往往無法產(chǎn)生有效的封堵，調(diào)驅(qū)的效果較差。另外，針對地層溫度以及地層水礦化度較高的非均質(zhì)油藏，此類聚合物微球往往穩(wěn)定性較差，無法滿足其深部調(diào)驅(qū)的需求［18-21］。本文以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和改性環(huán)狀單體為原料，同時(shí)以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺和有機(jī)鋯作為交聯(lián)劑，制備了一種具有雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物微球SAM-2，室內(nèi)評價(jià)其長期熱穩(wěn)定性能、黏彈性能、深部運(yùn)移能力、剖面改善效果以及驅(qū)油效果，分析了調(diào)驅(qū)機(jī)理，并成功進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

丙烯酰胺、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，分析純，上海麥克林生化科技有限公司；改性環(huán)狀單體（NW-1），實(shí)驗(yàn)室自制；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，工業(yè)品，上海凱茵化工有限公司；有機(jī)鋯，分析純，廣東翁江化學(xué)試劑有限公司；過硫酸銨、亞硫酸氫鈉、溴化鉀、無水乙醇，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；Span80、OP-10，工業(yè)品，江蘇省海安石油化工廠；10#白油，山東鑫城化工有限公司；模擬地層水，按照目標(biāo)油田儲(chǔ)層段地層水離子分析結(jié)果配制，礦化度為10.2×104mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：Na+30 052、K+4242、Ca2+6450、Mg2+245、Cl-60 510、SO42-125、HCO3-376；實(shí)驗(yàn)用油為儲(chǔ)層脫氣原油，黏度為1.38 mPa·s（25 ℃）；人造長巖心，長度為100 cm、直徑為2.5 cm，滲透率為505.3×10-3μm2；雙管非均質(zhì)巖心，長度均為30 cm、直徑均為2.5 cm，滲透率分別為101.8 ×10-3和1008.7×10-3μm2；三層非均質(zhì)巖心，尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，低中高層滲透率分別為108.7×10-3、510.5×10-3、1005.4×10-3μm2。

Nicolet?iS?5 型傅立葉變換紅外光譜儀，深圳市科時(shí)達(dá)電子科技有限公司；Bruker AV500M 型核磁共振波譜儀，德國布魯克公司；Master sizer 3000 型激光粒度儀，英國馬爾文帕納科公司；HAAKE RS600 型流變儀，德國哈克公司；ISCO 型高壓高精度柱塞泵，青島佳鼎分析儀器有限公司；巖心夾持器、多測點(diǎn)長巖心夾持器、中間容器、圍壓泵、壓力表、壓力傳感器，江蘇拓創(chuàng)科研儀器有限公司；恒溫干燥箱，常州普天儀器制造有限公司。

1.2 雙重交聯(lián)聚合物微球SAM-2的制備

將一定量的丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和改性環(huán)狀單體加入燒杯中，加入少量去離子水將其完全溶解，然后再加入一定量的N，N-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑、有機(jī)鋯交聯(lián)劑和過硫酸銨，攪拌混合均勻后得到水相溶液；分別稱取一定量的Span80、OP-10以及一定體積的10#白油于三口燒瓶中，然后調(diào)節(jié)水浴溫度至30 ℃左右，通入氮?dú)獬酰跀嚢锠顟B(tài)下緩慢滴加上述制備的水相溶液，滴加完畢后再加入一定量的引發(fā)劑亞硫酸氫鈉，反應(yīng)4 h左右后結(jié)束。將反應(yīng)產(chǎn)物滴入無水乙醇中，離心沉淀后使用無水乙醇洗滌幾次，烘干后即得到雙重交聯(lián)聚合物微球SAM-2。

1.3 測試與表征

（1）聚合物微球SAM-2的結(jié)構(gòu)表征

將適量聚合物微球SAM-2 與溴化鉀混合研磨均勻后壓片制樣，使用Nicolet?iS?5 傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行紅外光譜分析。

將適量聚合物微球SAM-2加入核磁管中，再加入重水使聚合物微球完全溶解，然后使用Bruker AV500M 核磁共振波譜儀進(jìn)行13C-NMR分析。

（2）聚合物微球SAM-2長期熱穩(wěn)定性的測試

使用高礦化度模擬地層水配制質(zhì)量濃度為2000 mg/L 的聚合物微球SAM-2 體系，然后將其在不同溫度下進(jìn)行老化，老化不同時(shí)間后取出部分樣品，使用HAAKE RS600 流變儀在溫度為50 ℃、剪切速率為7.34 s-1下測定聚合物微球體系的黏度；使用Master sizer 3000 系列激光粒度儀測定聚合物微球的粒徑中值，并與老化前的粒徑中值作對比，按式（1）計(jì)算聚合物微球的體積膨脹倍數(shù)。

式中，T—體積膨脹倍數(shù)；D0—老化前微球的粒徑中值，μm；Di——老化不同時(shí)間后聚合物微球的粒徑中值，μm。

（3）聚合物微球的黏彈性測試

使用模擬地層水配制質(zhì)量濃度為2000 mg/L的聚合物微球體系，然后在儲(chǔ)層溫度（110 ℃）條件下放置120 h。在儲(chǔ)層溫度條件下，使用HAAKE RS600 流變儀測定聚合物微球SAM-2 體系在不同頻率下的彈性模量G'的和黏性模量G''，以此評價(jià)聚合物微球SAM-2的黏彈性能。

（4）聚合物微球的深部運(yùn)移能力評價(jià)實(shí)驗(yàn)

采用人造長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評價(jià)聚合物微球SAM-2的深部運(yùn)移能力。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將人造長巖心飽和模擬地層水，并裝入長巖心夾持器中；②在距離長巖心注入端20、40、60 和80 cm處的測壓點(diǎn)上連接壓力傳感器；③以0.5 mL/min 流速注入模擬地層水驅(qū)替巖心，記錄不同測壓點(diǎn)的壓力值；④以相同的流速注入1 PV 的質(zhì)量濃度為2000 mg/L的聚合物微球SAM-2體系，靜置老化120 h后繼續(xù)注入模擬地層水驅(qū)替，記錄各測壓點(diǎn)的壓力值。實(shí)驗(yàn)溫度均為110 ℃。

（5）雙管并聯(lián)非均質(zhì)巖心調(diào)剖實(shí)驗(yàn)

采用雙管并聯(lián)非均質(zhì)巖心調(diào)剖實(shí)驗(yàn)評價(jià)聚合物微球SAM-2 的剖面改善效果。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將兩塊巖心飽和模擬地層水，并聯(lián)裝入巖心夾持器；②使用模擬地層水驅(qū)替巖心，直至出口端產(chǎn)液量達(dá)到穩(wěn)定；③注入0.5 PV的質(zhì)量濃度為2000 mg/L的聚合物微球SAM-2體系，靜置老化120 h；④繼續(xù)注入模擬地層水驅(qū)替，直至出口端產(chǎn)液量穩(wěn)定。驅(qū)替流速均為0.5 mL/min，通過高、低滲透巖心出口端的產(chǎn)液量計(jì)算其分流率，然后按式（2）計(jì)算剖面改善率η。實(shí)驗(yàn)溫度均為110 ℃。

式中，Q1b、Q1a——分別為高滲透巖心注入聚合物微球SAM-2 前、后的分流率，%；Q2b、Q2a——分別為低滲透巖心注入聚合物微球SAM-2 前、后的分流率，%。

（6）三層非均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

采用三層非均質(zhì)巖心評價(jià)聚合物微球SAM-2的驅(qū)油效果。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將三層非均質(zhì)巖心抽真空、飽和模擬地層水，計(jì)算其孔隙體積；②飽和儲(chǔ)層原油，在地層溫度條件下放置老化48 h；③模擬地層水驅(qū)油至產(chǎn)出端含水率達(dá)到98%以上為止，計(jì)算水驅(qū)采收率；④注入0.5 PV 的質(zhì)量濃度為2000 mg/L 的聚合物微球SAM-2 體系，靜置老化120 h；⑤繼續(xù)使用模擬地層水驅(qū)油，直至產(chǎn)出端含水率達(dá)到98%以上為止。記錄驅(qū)替過程中的注入壓力和產(chǎn)出液含水率，計(jì)算最終采收率和聚合物微球SAM-2 驅(qū)提高采收率。驅(qū)替流速均為0.5 mL/min，實(shí)驗(yàn)溫度均為110 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物微球SAM-2的結(jié)構(gòu)分析

圖1 為聚合物微球SAM-2 的紅外光譜圖。其中，3428、320 5cm-1處為N—H 的伸縮振動(dòng)吸收峰；2935 cm-1處為C—H 鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰；1665 cm-1處為羧基中C=O 的伸縮振動(dòng)吸收峰；1450、1350 cm-1處分別—CH2和—CH3的伸縮振動(dòng)吸收峰；1195 cm-1處為改性環(huán)狀單體中C—N 鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰；1035 cm-1處為S=O鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰；550 cm-1處為—SO3H基團(tuán)的伸縮振動(dòng)吸收峰；此外，在1600 cm-1附近并無明顯的特征吸收峰出現(xiàn)，說明各單體中的C=C鍵均發(fā)生了聚合反應(yīng)。

圖1 聚合物微球SAM-2的紅外光譜圖

圖2 為聚合物微球SAM-2 的13C-NMR 譜圖。其中，化學(xué)位移為179.52處的吸收峰對應(yīng)C=O中的碳原子；化學(xué)位移為58.12 處的吸收峰對應(yīng)2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸單體中與磺酸基團(tuán)連接的碳原子；化學(xué)位移為40.65和18.98處的吸收峰對應(yīng)改性環(huán)狀單體中與氮原子相連接的碳原子；另外，化學(xué)位移為33附近的吸收峰不明顯，并且13C-NMR譜圖中并未出現(xiàn)C=C 鍵的化學(xué)位移。結(jié)合上述紅外光譜圖分析結(jié)果，進(jìn)一步證明了三種單體均發(fā)生了聚合反應(yīng)，制備的聚合物微球SAM-2為目標(biāo)產(chǎn)物。

圖2 聚合物微球SAM-2的13C-NMR譜圖

2.2 聚合物微球SAM-2的長期熱穩(wěn)定性

聚合物微球溶液的黏度、粒徑和膨脹倍數(shù)為考察指標(biāo)，評價(jià)聚合物微球SAM-2 的長期熱穩(wěn)定性能。質(zhì)量濃度為2000 mg/L的聚合物微球SAM-2體系在不同溫度下老化一定時(shí)間后的黏度、粒徑、膨脹倍數(shù)如圖3、表1和圖4所示。

表1 聚合物微球SAM-2的粒徑隨老化時(shí)間的變化

圖3 聚合物微球SAM-2體系黏度隨老化時(shí)間的變化

圖4 聚合物微球SAM-2膨脹倍數(shù)隨老化時(shí)間的變化

由圖3可以看出，隨著老化時(shí)間的不斷延長，不同溫度老化后聚合物微球SAM-2 體系的黏度均呈現(xiàn)先升高后逐漸下降的趨勢，且老化溫度越高聚合物微球體系的黏度越高。當(dāng)老化時(shí)間達(dá)到30 d時(shí)，聚合物微球SAM-2體系的黏度達(dá)到最大；繼續(xù)延長老化時(shí)間，黏度開始下降。但是，當(dāng)老化時(shí)間達(dá)到180 d 時(shí)，聚合物微球SAM-2 體系經(jīng)過100、110、120 ℃老化后的黏度仍能分別達(dá)到35.78、39.57、40.28 mPa·s，黏度降低幅度較小。說明聚合物微球SAM-2 具有較強(qiáng)的耐溫抗鹽性能。由于老化溫度越高，聚合物微球內(nèi)部的分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子鏈的伸展程度越大，聚合物微球吸水膨脹后的流體力學(xué)半徑越大，使得體系的黏度升高；另外，隨著老化時(shí)間的延長，在高溫下聚合物微球的分子開始部分水解，造成溶液黏度有所降低，但同時(shí)其與有機(jī)鋯交聯(lián)劑又會(huì)產(chǎn)生二次交聯(lián)反應(yīng)，在聚合物分子鏈間再次纏繞形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于溶液黏度的穩(wěn)定。

由表1 可以看出，聚合物微球SAM-2 的初始粒徑為5.3 μm，隨著老化時(shí)間的不斷延長，聚合物微球SAM-2的粒徑呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，且老化溫度越高粒徑越大。當(dāng)老化時(shí)間達(dá)到180 d 時(shí)，聚合物微球SAM-2 在100、110、120 ℃下的粒徑分別為28.9、36.1、39.5 μm。在地層溫度（110 ℃）下，老化0～180 d 時(shí)，聚合物微球SAM-2 的粒徑范圍為5.3～40.4 μm。根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊地層資料分析結(jié)果，該區(qū)塊內(nèi)儲(chǔ)層段孔喉直徑分布范圍為10.8～80.6 μm，為達(dá)到深部調(diào)驅(qū)的效果，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果［14，22］，聚合物微球的粒徑與孔喉直徑之比為1/3～2/3 時(shí)較為合適。因此，研制的聚合物微球SAM-2與目標(biāo)儲(chǔ)層具有良好的適應(yīng)性。

由圖4可以看出，隨著老化時(shí)間的延長，不同溫度老化后聚合物微球SAM-2 的膨脹倍數(shù)均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且老化溫度越高膨脹倍數(shù)越大。當(dāng)老化時(shí)間為5 d 時(shí)，聚合物微球SAM-2 在不同溫度條件下的膨脹倍數(shù)基本達(dá)到最大；老化時(shí)間繼續(xù)延長時(shí)，聚合物微球SAM-2的膨脹倍數(shù)逐漸減小，但降低幅度不大。當(dāng)老化時(shí)間達(dá)到180 d時(shí)，聚合物微球SAM-2 在100、110、120 ℃下的膨脹倍數(shù)仍能達(dá)到5.45、6.81、7.45 倍。綜合來看，在儲(chǔ)層溫度（110 ℃）和礦化度（10.2×104mg/L）條件下，聚合物微球SAM-2體系具有較高的黏度，且吸水膨脹性能良好，說明該聚合物微球體系的耐溫抗鹽性能較好，具有良好的長期熱穩(wěn)定性能。

2.3 聚合物微球SAM-2的黏彈性能

聚合物微球SAM-2 體系的黏彈性能測試結(jié)果如圖5所示。可以看出，在測定頻率范圍內(nèi)，聚合物微球SAM-2 體系的彈性模量G'均大于黏性模量G''，這表明聚合物微球SAM-2在吸水膨脹后具有良好的彈性特性，在一定的壓力條件下能夠變形通過地層孔喉，運(yùn)移至地層深部，起到深部調(diào)驅(qū)的效果。

圖5 聚合物微球SAM-2的黏彈性能

2.4 聚合物微球SAM-2的深部運(yùn)移能力

采用人造長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評價(jià)聚合物微球SAM-2的深部運(yùn)移能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。其中p1、p2、p3和p4分別對應(yīng)的是距離長巖心注入端20、40、60、80 cm 處測壓點(diǎn)檢測的壓力。由圖6 可以看出，長巖心中注入聚合物微球SAM-2體系后，各個(gè)測壓點(diǎn)的注入壓力均有所升高。注入1 PV 的聚合物微球SAM-2 后，測壓點(diǎn)的p1和p2可分別升高至0.203和0.139 MPa，與水驅(qū)穩(wěn)定時(shí)相比注入壓力明顯增大，而測壓點(diǎn)的p3和p4升高的幅度較小。后續(xù)水驅(qū)階段，聚合物微球SAM-2吸水膨脹后繼續(xù)在長巖心中運(yùn)移，導(dǎo)致各個(gè)測壓點(diǎn)的注入壓力繼續(xù)升高，達(dá)到一定值后，測壓點(diǎn)的p1、p2和p3有所降低，并逐漸趨于穩(wěn)定。這是由于聚合物微球SAM-2 吸水膨脹后，封堵壓力越來越大，導(dǎo)致聚合物微球SAM-2 產(chǎn)生部分形變，突破之前封堵的區(qū)域，運(yùn)移至更深的部位。驅(qū)替5 PV 時(shí)，測壓點(diǎn)的p1、p2、p3和p4分別穩(wěn)定在0.262、0.202、0.082、0.046 MPa。這說明制備的聚合物微球SAM-2具有良好的深部運(yùn)移能力，既能通過巖心孔隙運(yùn)移至深部區(qū)域，又能在吸水膨脹之后對不同的孔隙形成有效的封堵，增加流體在大孔道中的滲流阻力，實(shí)現(xiàn)深部調(diào)剖的目的。

圖6 不同測壓點(diǎn)注入壓力隨注入體積的變化

2.5 雙管并聯(lián)非均質(zhì)巖心調(diào)剖效果

采用雙管并聯(lián)非均質(zhì)巖心評價(jià)了聚合物微球SAM-2 的調(diào)剖效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7。由圖7 可以看出，未注聚合物微球SAM-2 體系前，高滲透巖心的分流率達(dá)到了93%以上，低滲透巖心幾乎未被波及。注入0.5 PV的質(zhì)量濃度為2000 mg/L的聚合物微球SAM-2 體系后，高滲透巖心的分流率迅速下降，低滲透巖心的分流率則顯著升高。后續(xù)水驅(qū)過程中，高滲透巖心的分流率持續(xù)降低并逐漸趨于穩(wěn)定，而低滲透巖心的分流率則持續(xù)升高并逐漸趨于穩(wěn)定，水驅(qū)8 PV 后，高滲透巖心的分流率降低至15.5%，而低滲透巖心的分流率則達(dá)到84.5%，剖面改善率達(dá)到了98.7%。說明所制備的聚合物微球SAM-2對非均質(zhì)巖心具有良好的剖面改善效果。

圖7 非均質(zhì)巖心分流率與注入體積的關(guān)系曲線

聚合物微球SAM-2 體系優(yōu)先進(jìn)入具有更強(qiáng)吸水能力的高滲透巖心，待其吸水膨脹后會(huì)對高滲透巖心中的大孔隙產(chǎn)生有效的封堵，后續(xù)流體進(jìn)入高滲透巖心的流動(dòng)阻力增大，從而使更多流體轉(zhuǎn)向進(jìn)入低滲透巖心，達(dá)到降低高滲透巖心分流率、提高低滲透巖心分流率的目的，起到較好的剖面調(diào)整效果。

為保證網(wǎng)絡(luò)課程資源的有效利用，質(zhì)量監(jiān)控要始終貫穿于網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)過程中，要建立健全動(dòng)態(tài)監(jiān)測與監(jiān)管機(jī)制。還要克服目前很多網(wǎng)課以教師為中心的設(shè)計(jì)理念，從學(xué)生的角度出發(fā)，并針對學(xué)生的反饋及時(shí)調(diào)整，讓學(xué)生的意見及時(shí)得到回應(yīng)。設(shè)計(jì)學(xué)生評價(jià)和反饋系統(tǒng)，鼓勵(lì)學(xué)生群體參與質(zhì)量評價(jià)，從學(xué)員感知度來評價(jià)，及時(shí)匯總分析學(xué)生使用情況，改進(jìn)課程建設(shè)，并設(shè)立科學(xué)、合理、易于操作的課程評價(jià)體系［9］，對網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)的整體運(yùn)作進(jìn)行有效規(guī)范，保證網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)質(zhì)量。

2.6 三層非均質(zhì)巖心驅(qū)油效果

采用三層非均質(zhì)巖心評價(jià)聚合物微球SAM-2的驅(qū)油效果，結(jié)果如圖8所示。由圖8可以看出，前期水驅(qū)階段，注入流體主要進(jìn)入高滲透層，大部分的原油被驅(qū)替出后，中、低滲透層仍殘留大量的原油未被動(dòng)用，水驅(qū)采收率僅為40%左右，與油田實(shí)際開發(fā)效果相一致。注聚合物微球階段，注入壓力隨注入體積的增大而逐漸升高，含水率有所降低，采收率不斷增大。這是由于聚合物微球SAM-2 的注入使高滲透層殘余的一部分原油又被驅(qū)出，而微球吸水膨脹，對高滲透層產(chǎn)生了一定的封堵，致使注入壓力不斷增大。后續(xù)水驅(qū)階段，注入壓力繼續(xù)升高，然后有所降低，并趨于穩(wěn)定；含水率繼續(xù)降低，然后逐漸升高；采收率持續(xù)升高，直至不再變化。聚合物微球SAM-2 在后續(xù)水驅(qū)階段得到了充分的吸水膨脹，并隨著注入流體運(yùn)移至巖心深部區(qū)域，對高滲透層產(chǎn)生了更強(qiáng)的封堵，使后續(xù)注入流體更多的進(jìn)入中、低滲透層中，增大了流體的波及體積，使中、低滲透層中更多的殘留原油被驅(qū)替出來，采收率得到更進(jìn)一步的提高。后續(xù)水驅(qū)至4 PV時(shí)，巖心的最終采收率達(dá)到了65.52%，與水驅(qū)采收率相比提高了25.34 百分點(diǎn)，提高采收率效果顯著。這說明制備的聚合物微球SAM-2 對非均質(zhì)儲(chǔ)層具有良好的深部調(diào)驅(qū)效果，能夠有效提高此類油藏水驅(qū)開發(fā)后的采收率。

圖8 巖心含水率、采收率和注入壓力隨注入體積的變化

2.7 聚合物微球SAM-2的深部調(diào)驅(qū)機(jī)理

聚合物微球SAM-2實(shí)現(xiàn)深部調(diào)驅(qū)的機(jī)理為“微球運(yùn)移-吸水膨脹-封堵孔喉-變形通過-再運(yùn)移-再封堵”的過程。聚合物微球SAM-2剛注入地層時(shí)粒徑較小，能夠保證其順利進(jìn)入地層，隨著時(shí)間的推移微球逐漸吸水膨脹，當(dāng)其粒徑達(dá)到與地層孔喉尺寸相匹配時(shí)就會(huì)在孔道中滯留產(chǎn)生封堵作用，使后續(xù)注入流體轉(zhuǎn)向，擴(kuò)大了注入流體的波及體積；當(dāng)注入壓力增大到一定程度時(shí)，吸水膨脹后的聚合物微球會(huì)產(chǎn)生一定的形變，通過當(dāng)前堵塞滯留的孔道，聚合物微球通過孔道后會(huì)恢復(fù)其溶脹狀態(tài)，并再次運(yùn)移至更遠(yuǎn)的地層深部；當(dāng)聚合物微球再次達(dá)到與孔喉尺寸相匹配的孔道時(shí)會(huì)再次產(chǎn)生封堵作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)的效果。另外，所研制的聚合物微球SAM-2具有雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)移、膨脹以及變形后不可避免會(huì)產(chǎn)生一定的水解，此時(shí)有機(jī)鋯交聯(lián)劑會(huì)與聚合物微球分子發(fā)生二次交聯(lián)反應(yīng)，生成新的配位聚合物，使聚合物微球的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保持平衡，確保微球不會(huì)在地層高溫和剪切作用下產(chǎn)生破碎現(xiàn)象。聚合物微球SAM-2的耐溫抗鹽性能較好，在高溫高礦化度非均質(zhì)油藏中可起到良好的深部調(diào)驅(qū)效果。

2.8 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2.8.1 目標(biāo)區(qū)塊的基本概況

西部某油田M區(qū)塊儲(chǔ)層埋深為4005～4118 m，已探明地質(zhì)儲(chǔ)量高達(dá)2435×104t，儲(chǔ)層巖石類型主要為長石巖屑砂巖和含礫砂巖，地層溫度在110 ℃左右，壓力系數(shù)在1.12 左右，地層水礦化度基本在10×104mg/L以上，儲(chǔ)層原油黏度為2.03 mPa·s。目標(biāo)區(qū)塊的儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲(chǔ)層段滲透率分布在87.7×10-3～1105.2×10-3μm2，儲(chǔ)層平面和層間的物性差異較大，變異系數(shù)為0.62～0.79，滲透率級差為8.2～12.8。

目標(biāo)區(qū)塊內(nèi)共設(shè)計(jì)注水井28口、采油井51口，經(jīng)過十余年的注水開發(fā)，目前采出液的平均含水率已達(dá)到80%以上，部分油井甚至出現(xiàn)了無油產(chǎn)出的現(xiàn)象。為提高該區(qū)塊內(nèi)油井的采收率，前期采取了聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)提高采收率等措施，但整體效果均不好，有效期較短。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前該區(qū)塊的整體采出程度小于15%，剩余開發(fā)潛力較大。

從2018 年7 月份開始將制備的聚合物微球SAM-2 應(yīng)用于目標(biāo)區(qū)塊10 余口井的深部調(diào)驅(qū)提高采收率現(xiàn)場施工中，成功率達(dá)到100%，取得了比較明顯的增油降水效果。以M-101井為例，該井儲(chǔ)層埋深為4085 m，地層溫度為108.5 ℃，儲(chǔ)層段孔隙度平均為25.8%，滲透率平均為507.6×10-3μm2，孔喉直徑主要分布在28.4～53.5 μm，最大孔喉直徑可達(dá)75.2 μm。該井設(shè)計(jì)注入聚合物微球SAM-2質(zhì)量濃度為2000 mg/L，注入量為2400 m3，具體施工效果見圖9。可以看出，措施前1個(gè)月（6月份）M-101井的平均日產(chǎn)油為2.92 t，平均含水率達(dá)到了90.4%，注入聚合物微球SAM-2措施后的1個(gè)月（7月份），平均日產(chǎn)油增加至3.46 t，平均含水率降低至87.1%，取得了一定的降水增油效果，后續(xù)生產(chǎn)過程中日產(chǎn)油量穩(wěn)中有升，含水率穩(wěn)中有降。直至2018年10月份，M-101井的平均日產(chǎn)油量繼續(xù)升高至4.58 t，平均含水率降低至80.3%，與措施前相比，平均日產(chǎn)油量提升了56.8%，平均含水率降低了10.1%。截至2019年底，該區(qū)塊累計(jì)增油達(dá)到了5480 t，降水增油效果顯著。

圖9 聚合物微球SAM-2調(diào)驅(qū)效果（M-101井）

3 結(jié)論

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和改性環(huán)狀單體為原料，以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺和有機(jī)鋯為交聯(lián)劑，制備的非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)用的雙重交聯(lián)聚合物微球SAM-2，具有良好的長期熱穩(wěn)定性能，在地層溫度、礦化度條件下老化180 d后仍具有較高的黏度和良好的膨脹性能；聚合物微球SAM-2還具有良好的黏彈性能和深部運(yùn)移能力，既易于注入又能在巖心深部區(qū)域產(chǎn)生較好的封堵效果；聚合物微球SAM-2對非均質(zhì)巖心的剖面改善效果較好，剖面改善率可達(dá)98.7%；三層非均質(zhì)巖心模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物微球SAM-2可提高采收率25.34百分點(diǎn)，驅(qū)油效果較好。

M-101井注入聚合物微球SAM-2調(diào)驅(qū)后，平均日產(chǎn)油量顯著提升，平均含水率明顯降低，增油降水效果顯著，取得了良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。