2013年8月 大庆石油地质与开发 Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing Aug.,2013 V01.32 No.4 第32卷第4期 DOI:10.3969/J.ISSN.1000—3754.2013.04.024 大庆油田二类油层交联聚合物微球调剖剂性能 高思远 (大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712) 摘要:为研究交联聚合物微球在大庆油田二类油层的适应性,利用扫描电镜和微孔滤膜实验研究了交联聚合物 微球的颗粒微观形态和封堵性能,通过岩心流动和驱油实验评价了交联聚合物在天然岩心中的流动性能及驱油 效果。结果表明:交联聚合物微球在水溶液中可形成较为规整的球形颗粒,且多数微球粒子尺寸小于1.0 Ixm; 交联聚合物微球的封堵性能明显好于“中分”聚合物溶液,交联聚合物微球水化2~3 d,其封堵性能最佳;无 机盐使交联聚合物微球的封堵性能降低;交联聚合物微球可以进入孔道内部并封堵,能有效提高注入水的波及 体积,降低非均质性,提高原油采收率。 关键词:交联聚合物微球;微孑L滤膜;扫描电镜;天然岩心;二类油层;大庆油田 中图分类号:TE357.46 文献标识码:A 文章编号:1000—3754(2013)04-01 12-05 PRoFILE.CoNTRoLLING PERFoRMANCES OF THE CRoSSLINKED PoLYMER MICRoSPHERE IN THE SUB-LAYERS oF DAQING OILFIELD GA0 Siyuan (Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilielfd Company Ltd.,Daqing 163712,China) Abstract:To research the adaptability of the crosslinked polymer microsphere in the sub—layers of Daqing Oilfield, with the help of scanning electron microscope and microporous filtering membrane experiment,the microscopic mor— photypes of the particles and plugging performances for the crosslinked polymer microspheres are studied.The flow properties and oil displacing performances of the microspheres are evaluated by means of the natural core flowing and oil-displacing experiments.The experimental results show that crosslinked polymer microsphere can form uni— orm spherfical particles in the water solution,and the size of most mierosphere particles is less than 1.0 m;the plugging performances of the crosslinked polymer microsphere are much better than those of the polymer solution with medium molecule weight,when hydrating for 2—3 days,the plugging performances are optimal;the plugging performances of the crosslinked polymer microsphere are reduced by the inorganic salt;the crosslinked polymer mi— crosphere can be penetrated into the inner parts of the channels,thus the swept volume of the injected water can be effectively improved and the heterogeneity can be reduced as well,finally the oil recovery can be enhanced. Key words:crosslinked polymer microsphere;microporous filter membrane;scanning electron microscope;natu一 收稿日期:2013-04-28 改回日期:2013-06-02 基金项目:国家科技重大专项“大庆长垣特高含水油田提高采收率示范工程”(2011ZX5052)和“聚合物后进一步提高 采收率新技术”(2011ZX05010-005)。 作者简介:高思远,男,1974年生,工程师,从事三次采油调剖剂研制与检测工作。 E—mail:gaosiyuan@petrochina.coin.cn 第32卷第4期 高思远:大庆油田二类油层交联聚合物微球调剖剂性能 ・113・ ral core;sub—layer;Daqing Oilfield 大庆油田二类油层与主力油层相比,不论在纵 示。用去离子水将微孑L滤膜润湿,放置于法兰5的 向上还是在平面上沉积环境变化较大,砂体发育规 模明显变小,层数增多,单层厚度变薄、渗透率变 低、平面及纵向非均质严重¨’ 。大庆油田二类油 网面上,将上下法兰拧紧,向简体中加入一定量的 待测溶液并密封好。在整个回路都密封的情况下, 打开氮气瓶上的减压阀,使压力表数值达到 0.1 MPa,打开阀8,液体开始流入量筒9中,达 层工业化聚合物驱取得了阶段性成果 ’ 。为保障 聚驱发挥更好的效果,需要注入井进行调剖_4 J。 交联聚合物微球是一项新型的深部调剖堵水技术, 该调剖剂依靠纳微米级遇水可膨胀的微球来封堵储 层孔喉 。 。该分散体受外界影响较小,具有耐 温、耐盐、无污染和成本较低等优点l12,13 J。在深 部调剖时,要考虑交联聚合物微球分散体系与油层 的匹配性。有关交联聚合物微球的文献报道仅限于 室内研究 ,而针对大庆油田二类油层性质及流 体性能合成的交联聚合物微球未见相关报道。利用 扫描电镜、低压差微孔滤膜和天然岩心实验,研究 了交联聚合物微球在二类油层应用的适应性,为大 庆油田二类油层深度调剖提供理论依据。 1实 验 1.1实验药品及仪器 交联聚合物微球(实验室自制),去离子水 (实验室自制),氯化钠(分析纯,天津市巴斯夫 化工有限公司),聚合物(相对分子质量1 500× 10 ,大庆炼化公司),醋酸纤维素酯核孔膜 (Whatman International Ltd,Maidstone,England), 天然岩心、原油(大庆油田萨Ⅱ组一萨Ⅲ组), S-360型扫描电子显微镜(英国剑桥和德国莱卡 Leica联合有限公司),岩心驱油实验装置(江苏 华安石油仪器公司)。 1.2实验方法 1.2.1扫描电镜实验 将载玻片用铬酸洗液浸泡24 h,用去离子水反 复洗涤,自然干燥。用毛细管吸取水化一定天数的 待测溶液,滴在载玻片上,在防尘条件下自然干燥 后,将载玻片固定在模板上,为使样品导电以避免 电荷积累,在样品表面喷金,干燥后放人已预热 30 min的扫描电镜的样品室中抽真空,用液氮冷 却,设定参数,30 min后用扫描电镜进行观测,选 择典型区域进行拍照。 1.2.2流动性能评价 (1)微孔滤膜封堵实验。实验装置如图1所 到某一体积时启动秒表,开始记录液体累计过滤体 积达到不同体积的累计过滤时间。 1一氮气瓶;2一压阀;3一压力表;4一简体;5一法兰; 6一下侧法兰俯视图;7一螺栓连接处;8一阀门;9量筒 图l微孔滤膜实验装置 Fig.1 Experimenta1 instrument of the microporous fi ltering membrane 在膜过滤实验中,定义封堵因子曰为过滤体 积随过滤时间的变化率 B=dWdt (1) 式中 过滤体积,mL; ——过滤该体积所 用时间,min。 B越大,即过滤体积随过滤时间的变化率越 大,溶液越容易通过核微孔滤膜,封堵程度较差; 相反,曰越小,溶液越不易通过微孔滤膜,封堵程 度较好。 (2)岩心流动封堵实验。选用气测渗透率为 1 m 左右天然岩心,用质量分数为0.2%的氯化 钠溶液配制不同质量浓度的交联聚合物微球溶液, 水化3 d。天然岩心在45℃恒温条件下,以 0.2 mL/min的流速,首先注入含氯化钠质量分数 为0.2%的盐水至压力平稳,记录注水压力;再注 入交联聚合物微球溶液或聚合物溶液到压力平稳, 记录注入压力;最后注入后续盐水至压力平稳,记 录注入后续水压力,计算阻力系数和残余阻力系 数。 1.2.3岩心驱油实验 选用渗透率极差为3:1的天然岩心并联,抽 第32卷第4期 高思远:大庆油田二类油层交联聚合物微球调剖剂性能 ・l15・ 的封堵性能和稳定性能。 这是由于交联聚合物的分子链上有较多的羧基负离 聚合物与交联聚合物微球分散体系对微孔滤膜 封堵能力的差异是由于线团的尺寸差异及形态不同 引起的。溶液中聚合物分子形态为无规线团,可以 舒展,分子间很难交联架桥。在一定的压差下,较 易随流动的剪切作用拉伸成线形,因此封堵性能较 差。交联聚合物微球分散体系中,微球结构近似球 形,且微球之间存在交联点,其形态的变化受到很 大的限制。 子,邻近的羧基之间有相互静电排斥作用。当氯化 钠离子加人,使已电离的羧基的双电层和水化层变 薄,减弱了分子主链上带同种电荷基团的排斥作 用,造成交联聚合物在一定程度上的卷曲,流体力 学半径减小,且此时微球的相对刚性特征也较强, 微球之间的交联点减少,这些因素共同导致交联聚 合物微球封堵能力变弱。随着氯化钠质量分数的增 大,这种卷曲程度逐渐增加,导致了交联聚合物微 同样由图4可知,交联聚合物微球水化2~ 3 d,相同过滤体积需要的过微孔滤膜时间最长, 即封堵因子最小,此时封堵性能最佳。随水化时间 继续增加,交联聚合物微球封堵性能降低。这是由 于随着水化时间的增加,水进入微球内部使其溶 胀,微球水化分子尺寸增大,且微球的刚性特征减 弱,这些因素共同导致交联聚合物微球封堵能力增 加。而水化时间过长,微球的变形能力变得更强, 容易透过微孔滤膜,因此封堵能力减弱。 2.2.2矿化度对交联聚合物微球封堵特性的影响 球粒径变小,微球封堵能力降低。 l莒 蓝 o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 水化时间/d 在45 cc条件下,用不同质量浓度氯化钠溶液 图5氯化钠对交联聚合物微球过滤时间的影响 Fig.5 Influences of the soldium chloride on the 配制500 mg/L交联聚合物微球溶液。在不同水化 时间下,交联聚合物微球溶液对微孔滤膜的封堵情 况如图5所示。由图5可知,交联聚合物微球中加 filtration times of the crosslinked polymer m1crOspneres 2.2.3交联聚合物微球岩心流动性能 入氯化钠后,过滤网时间出现降低。但氯化钠质量 分数由0.2%增加到0.5%,交联聚合物微球的过 滤网时间降低,但明显好于“中分”聚合物的。 交联聚合物微球对大庆油田二类油层天然岩心 的流动性能如表1所示。由表1可知,在不同质量 浓度下,交联聚合物微球在天然岩心中流动,可以 表1 交联聚合物微球岩心流动性能 Tablel Flow properties of the crosslinked polymer microspheres in the cores 形成较大的阻力系数和残余阻力系数,好于同等条 件下“中分”聚合物的,即交联聚合物微球对大 庆油田二类油层具有非常好的封堵能力。 联聚合物微球在岩心中可堵塞喉道,提高阻力系 数。在注入交联聚合物微球时,溶液中的交联聚合 物微球首先堵塞大孔径喉道,使注入压力提高,液 在实验过程可以观察到随着交联聚合物微球的 注入量增大,压力缓慢增加,后续转注水后,压力 流由孔径较小的喉道通过。随着交联聚合物微球在 较d,TL隙内的不断滞留,驱替压力进一步升高,在 此压力作用下,滞留在大孔隙中的交联聚合物微球 再流动,微球溶液自动改向流人更大的孔隙,压力 下降。随着交联聚合物微球的深入,将在更深的部 上升很快,在出现一个最高压力点后,最终压力达 到平稳。在交联聚合物微球注入和后续转注水的过 程中,压力均有上下波动的现象,其原因可能是交 ・1l6・ 大庆石油地质与开发 2013往 位滞留,发生液流改向。即交联聚合物微球在大、 小孔隙间自动、不断、反复地滞留、流动、再滞 留,实现其自动地从微观向宏观的液流改向、深度 调剖、原油驱替等作用。当转注水后,压力没有降 低,一方面可能是随着水的注入,将已经在孔道中 注入过程中发生的运移规律。最终压力的平衡表明 交联聚合物微球在岩心中能够流动,具有调剖能 力。 2.3交联聚合物微球并联岩心驱油性能 在大庆油田二类油层渗透率极差为3:1的并 联天然岩心进行交联聚合物微球溶液驱油实验,高 形成封堵的交联聚合物微球进一步压实而导致压力 不下降,另一方面可能是在后续水的驱动下,已经 注入到岩心中的交联聚合物微球继续重复其在自身 低渗透率岩心的采收率如表2所示。 由表2可知,水驱时,在高渗透率岩心中形成 表2 交联聚合物微球天然并联岩心驱油性能 Table 2 Oil-displacing performances of the crosslinked polymer microsphere in the natural parallel cores 优势水流通道,采收率较高;低渗透岩心水驱采收 率较低。改注交联聚合物微球溶液后,由于并联岩 心渗透率不同,注入的微球分散体系进入高渗透率 参考文献: [1]邵振波,李洁.大庆油田二类油层注聚对象的确定及层系组合 研究[J].大庆石油地质与开发,2004,23(1):52-55. 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[12]董朝霞,李雅华,林梅钦,等.溶胀时间对交联聚合物微球体 系性能影响[J].大庆石油地质与开发,2009,28(6): 290-294. 2~3 d,其封堵性能最佳;随水化时间继续增加, 交联聚合物微球封堵性能降低。无机盐使交联聚合 物微球的封堵性能降低。 (3)交联聚合物微球在天然岩心中流动,可 以进入孔道内部并封堵,从而达到液流改向、深度 [13]王志瑶.孑L喉尺度阳离子聚合物弹性微球的合成及性能[J]. 大庆石油地质与开发,2009,28(6):108-111. 调剖作用。交联聚合物微球在并联天然岩心中,能 有效提高注入水的波及体积、降低非均质性。 编辑:周 琴