交联聚合物微球>聚合物HAP组合体系的深部调驱性能研究

姜志高，李陈，韦巍，胡微雪　(中石化华东油气分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225007)



交联聚合物微球>聚合物HAP组合体系的深部调驱性能研究

姜志高，李陈，韦巍，胡微雪(中石化华东油气分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225007)

[摘要]海上油田的非均质性较强，单纯聚合物驱在海上油田应用中的效果受到限制。为了强化聚合物驱的深部调驱能力，利用反向悬浮聚合法合成Q(16)、Q(17)、Q(18)、Q(20)等4种交联聚合物微球，并与聚合物HAP进行复配，然后通过3种不同组合方式来进行岩心驱油试验。对比发现单纯交联聚合物微球和单纯的聚合物HAP的提高采收率效果为15%左右，而二者组合后效果能达到20%以上，其中组合方式3中Q(20)&HAP体系提高采收率幅度最大，达到21.80%，说明交联聚合物微球-聚合物HAP组合体系有较好的滞留、封堵效果，具有一定深部调驱能力，能够达到更好的提高采收率效果。

[关键词]聚合物驱;交联聚合物微球；深部调驱；海上油田；组合体系

由于海上油田与陆上油田的开采环境的差别，使得海上油田与陆上油田通用的提高开采效果的技术有差异[1,2]。我国海上油田开采发展比较晚，到目前为止还是以聚合物驱研究为主[3,4]，但是海上油田由于井距大、渗透率级差高、储层非均质严重等特点，使得海上油田的开发难度增大[5～7]，单纯的聚合物驱效果降低。海上油田的这些特点对聚合物的深部封堵、调驱能力提出的更高要求[8～10]，对此，笔者利用实验室合成的4种交联聚合物微球(以下简称微球)和缔合聚合物HAP先进行复配，使得复配体系兼具微球与HAP溶液的优点，并且很好地克服了各自的缺陷，能够更好地降低油水流度比，扩大波及系数，提高其滞留效果，延缓聚合物在应用过程的单向突破[11～13]。复配后再通过不同驱油方式形成组合体系，组合体系充分发挥复配体系深部调驱能力及HAP的驱油能力，使得采收率得到最大限度的提高。根据石油天然气行业标准[SY/T6576-2003]，利用填砂管驱替试验和岩心驱替试验物理模型系统地研究了不同组合体系的微球-聚合物封堵和深入性能，分析不同组合体系提高采收率的能力，从而为微球-聚合物组合体系深部调驱技术矿场应用提供理论依据。

1试验

1.1药品

失水山梨醇三油酸酯(Span-85)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、过硫酸铵(APS)、偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA，V50)、亚硫酸氢钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA·2Na)、脲、氢氧化钠、乙酸、无水乙醇、丙酮、丙烯酸钠，以上为分析纯；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，以上为工业品；HAP(粘均分子量为1100×104，质量分数为90%粉状)，工业品，水解度为18.2%；所用原油样为SZ36-1油田A区原油综合而成，加煤油稀释至70mPa·s(60 ℃温度下)；所用水为SZ36-1油田模拟污水，具体组成见表1；交联聚合物微球Q16、Q17、Q18、Q20为实验室自制,基本性质见表2；岩心尺寸为2.5cm×30cm的人造胶结柱状岩心，气测渗透率为2.0μm2。

表1　SZ36-1油田A区模拟污水无机离子组成

表2　交联聚合物微球的基本性质

1.2仪器

顶置式电子搅拌器，RW20数显型，德国IKA；反应釜，实验室自制；pH值计，型号PHSJ-3F，上海精密科学仪器有限公司；数控超级恒温槽，宁波天恒实验仪器厂生产；分析天平，BP310S型，Sartorius公司生产。

1.3复配体系不同组合方式的岩心驱油方案

具体流程：①模拟抽真空，饱和SZ36-1油田模拟水。②模拟饱和油，在60℃下恒温老化24h。③将饱和油后的岩心放入岩心夹持器中，加环压到5MPa；打开计算机压力采集系统，开启平流泵，速度为0.4ml/min。先将污水注入岩心中，水驱至入口压力稳定且采出油含水率达到95%。④然后通过不同的组合方式注剂驱0.6PV(PV表示孔隙体积)，其中组合方式1注入0.6PV微球与HAP复配体系；组合方式2先注入微球与HAP复配体系0.3PV，再注入HAP溶液0.3PV；组合方式3先注入HAP溶液0.3PV，再注入微球与HAP复配体系0.3PV。⑤注剂后切换成水驱，至压力稳定且含水率达到95%以上停止试验。

2结果与讨论

2.1交联聚合物微球的制备

1)水相在自制反应釜中加入适量水、AMPS，溶解后用适量氢氧化钠溶液中和至一定值，按一定配比加入丙烯酰胺(AM)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)，搅拌至固体物质全部溶解后，加入一定量的EDTA·2Na、脲，最后加入醋酸调节水相pH值至需要值，加入适量引发剂待用。

2)油相用烧杯称取一定量的Span80和Span85分散剂，加入适量白油，搅拌混合均匀，得到油相溶液。

3)试验步骤将配制好的油相加入到反应釜中，高速搅拌30min后将水相逐滴加入到油相中，通氮驱氧1h后测电导率，在一定温度下引发聚合反应，并且在50℃下反应2h，后升温到65℃，恒温反应3h，以使反应尽可能地完全。反应结束后，待生成物冷却，用无水乙醇和丙酮沉淀出聚合物，放入烘箱中干燥12h后装袋以供分析。

2.2填砂管封堵试验

图1　微球分散体系流动压差图

将模拟水配制的交联聚合物微球Q20溶液(0.04%)在60 ℃温度下熟化10d后在室温下注入到填砂管内，填砂管渗透率K为1.064μm2，测定不同位置填砂管的流动压差ΔP随微球分散体系注入量孔隙体积倍数的变化，结果见图1。

由图1可以看到，先注水时，压力为平衡状态；当注入交联聚合物分散体系时，前端压力开始上升，这说明微球分散体系可以很好的实行封堵，并且在上升过程中不时有急剧下降趋势，这是微球的特殊可变性球形结构所致；当压力上升到一定幅度时，可以突破孔喉，进行深部运移，并且在下一段继续实行封堵。当注入1PV的微球分散体系时，后端压力开始上升，这说明微球具有很好的深部封堵效果。能够进得去，堵得住，能移动，满足深度调剖最重要的3个指标。

2.3单纯微球和聚合物HAP驱油效果对比

将4种微球分散体系和HAP分别在60℃下溶胀15d待用，恒温箱温度设置为60℃，岩心饱和油后先以0.4ml/min的泵速水驱至含水率达到95%，然后分别注入4种微球分散体系(0.04%)和HAP(0.175%)驱0.6PV，再切换成水驱至含水率达95%。含水率变化见图2，采收率变化见图3。图中，纵向箭头指的是注液顺序，下同。

图2　　　　单纯微球和聚合物HAP注入时含水率与注入孔隙体积的关系曲线图　　　　　　　　　图3　　　　单纯微球和聚合物HAP注入时岩心采收率注入孔隙体积的关系曲线图

由图2可知，4种微球和HAP在注剂后含水率都没有明显的下降趋势；从图3中可以看出，HAP提高采收率15.00%(从开始注剂直到水驱结束的采收率，下同)，微球Q17与Q20提高采收率幅度是较大，分别为15.89%和15.64%，说明HAP与微球都有一定的提高采收率的能力，但是效果较为接近，和其他几种微球并没有很明显的差异。从含水率及驱油结果可看出，单纯注入微球和HAP均有一定的驱油效果，但是效果并不太明显，并没有达到很好的驱油效果。

2.4组合方式1驱油效果

该试验在注剂阶段只注入微球与HAP的复配体系，总共注入0.6PV。使用的配比是微球(0.03%)+HAP(0.145%)，含水率变化见图4，采收率变化见图5。

图4　　　　组合方式1含水率与注入孔隙体积的关系曲线图　　　　　　　　　　　图5　　　　组合方式1岩心采收率与注入孔隙体积的关系曲线图

由图4可知,4种复配体系在通剂后含水率都有较为明显的下降趋势。由图5中可以看出，注入复配体系后，采收率均有较大幅度提高，Q17&HAP和Q20&HAP体系提高采收率幅度是最大，分别达到20.86%和21.88 %，这都比单纯注入交联聚合物微球及HAP的采收率要高出5%～6%左右。这是因为微球的球形结构能够很好的封堵住孔喉，具有良好的调剖能力，而HAP则具有良好的驱油能力，两者的协同作用使得复配体系能够扩大波及体积，延缓聚合物的突破，在单纯注入微球和HAP基础之上较大幅度的提高了采收率。

2.5组合方式2驱油效果

该试验中，剂驱阶段先通入0.3 PV的微球-HAP复配溶液，再通入0.3PV的HAP溶液(0.175%)，总计通入0.6PV。含水率变化见图6，采收率变化见图7。

图6　　　　组合方式2含水率与注入孔隙体积的关系曲线图　　　　　　　　　　　图7　　　　组合方式2岩心采收率与注入孔隙体积的关系曲线图

由图6可知，4种微球在注剂后含水率都有很明显的下降的趋势。从图7中可以看出，4种复配体系均较大幅度的提高了采收率，其中，Q17&HAP和Q20&HAP体系提高采收率幅度最大，分别达到19.42%和21.51%，也能够在单纯注入微球和HAP的基础之上提高3%～6%左右，说明组合方式2也能够起到较好的调剖作用，扩大波及体积，从而提高采收率。

2.6组合方式3驱油效果

该试验中，剂驱阶段先通入0.3PV的HAP溶液，再通入0.3PV的微球-聚合物复配溶液，总计通入0.6PV。含水率变化见图7，采收率变化见图8。

图8　　　　组合方式3含水率与注入孔隙体积的关系曲线图　　　　　　　　　　图9　　　　组合方式3岩心采收率与注入孔隙体积的关系曲线图

由图8可知，4种微球在通剂后含水率都有很明显的下降的趋势。从图9中可以看出，4种复配体系均提高了采收率，其中Q17&HAP和Q20&HAP体系提高采收率幅度最大，分别达到21.08%和21.80%，说明组合方式3也有很好的提高采收率效果，能够在单纯注入微球和HAP基础之上提高5%～6%左右。

对比3种组合方式试验结果，发现3种组合方式都很好的提高了采收率，这是因为微球与HAP复配之后，由于分子间的缔合，使其封堵能力和滞留能力得到较大的改善，从图8中也能看出，复配体系的注剂期间含水有明显的下降，说明了复配体系的液流改向能力较强，从而扩大波及体积，达到更好的提高采收率的效果。其中，方式3与方式2相比，只是更换了注剂顺序，但是方式3优于方式2，这是因为方式3是后注入复配体系，当切换成水后，有更好的滞留和封堵效果，延长了聚合物在岩心里面停留的时间，从而达到更好的提高采收率效果。

3结论

1)HAP驱油效果与微球和HAP复配体系对比，复配体系有更高的驱油效率和采收率。这是因为复配后微球和HAP的协同作用，互补了各自的缺点，并使得各自优点更好的发挥出来，强化了油藏高渗部分孔喉的封堵及注剂在孔隙中的滞留，强化聚合物驱的液流改向能力，从而提高了采收率。

2)在岩心渗透率为2.0μm2、原油黏度为70mPa·s(60 ℃温度)条件下，3种组合方式中，组合方式1和组合方式3提高采收率效果相当，优于组合方式2，但是考虑成本因素，推荐使用组合方式3。在4种微球与HAP复配物中，Q17&HAP和Q20&HAP这2种复配体系在组合方式3中提高采收率效果均优于其他2种体系。其中Q20&HAP最高，达到21.80%。因此，推荐使用Q20&HAP体系。

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[编辑]赵宏敏

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)07-0004-05

[中图分类号]TE357.46

[作者简介]姜志高(1986-)，男，硕士，助理工程师，现主要从事非常规油气开发方面的研究工作；E-mail:294029854@qq.com。

[基金项目]国家科技重大专项(2011ZX05024-004-05)。

[收稿日期]2015-10-27

[引著格式]姜志高，李陈，韦巍，等.交联聚合物微球-聚合物HAP组合体系的深部调驱性能研究[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(7)：4～8.