低张力聚合物微球调驱机理及注入参数优化

付美龙 张蒙 胡泽文

摘 要：聚合物微球在溶胀以前粒径较小，能随注入水顺利进入油藏深部，在地层高温作用下，聚合物微球吸水溶胀，粒径变大，最后以架桥的方式堵塞地层喉道，实现油藏的深部调剖。在低倍显微镜下观察岩心切面的微球，可以明显看到其运移—架桥—堵塞—变形—突破再运移—再堵塞的调剖过程。宏观机理验证中发现注入聚合物微球后，驱替压力明显上升，证明了堵塞的存在。通过注入参数优选，最后发现0.3%微球和0.5%表面活性剂1∶1在0.5 mL/min速度下交替注入0.5 PV，溶胀48 h后的驱油效果最好。

关 键 词：低张力聚合物微球；驅油机理；参数优化

中图分类号：TQ39，TE 397 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1784-04

Abstract： The polymer microspheres have smaller particle size before swelling， can successfully enter the deep reservoir with the injection of water. In the formation of high temperature， polymer microspheres absorb water to swell， particle size becomes larger， and finally they can plug the roar by bridging way to realize the reservoir deep profile control. Through observation of the microspheres in core sections by low magnification microscope， we can clearly see the transporting-bridging-blocking-deformation-breaking remigration-re-blockage of the profile control process. After the macroscopic mechanism verification， its found that there was a significant increase in the displacement pressure after the injection of polymer microspheres， which proved the existence of the blockage. Through the injection parameters optimization， its finally found that alternate injecting 0.5 PV 0.3% microspheres and 0.5% surfactant （1∶1 ） at 0.5 mL/min can obtain the best flooding effect after the swelling of 48 h.

Key words： low tension polymer microsphere； displacement mechanism； parameter optimization

目前，中原油田多数油藏已处于高含水或特高含水开发阶段[1]。文25东区块属河流相沉积，层内非均质严重，渗透率表现为正韵律特征，渗透率级差<17倍[2]，突进系数<3，变异系数>0.9，总体上表现中等略偏强的层内非均质性[3]。经过多年注水开发，层内矛盾进一步加剧[4]。鉴于中原油田地层温度高、地层水矿化度高，常规三次采油技术难以适应。

为解决中原油田含水率高以及采收率低的现状，油田相继开展了CO2吞吐、N2驱、空气驱、合成聚合物驱、交联聚合物驱、微生物采油等项现场试验[1]，但效果都不甚理想。为了克服严重的层间非均质性，增大注入水的波及面积以及洗油效率，文25东区块引进低张力聚合物微球调驱工艺，实现油田的增产稳产。

1 低张力聚合物微球体系调驱机理

1.1 微观驱油机理

该聚合物微球是一个弹性球体，依靠架桥和膨胀作用在地层孔喉处进行堵塞，从而实现注入水微观改向[5]。在大尺寸微球形成架桥后，较小尺寸的微球在架桥形成的小孔道上进行嵌入和堵塞[6]。依靠聚合物微球的弹性和塑性，发生强有力的拉筋作用，加强了楔塞的机械强度，形成牢固的移动困难的塞状垫层，达到封堵的目的[7]。

聚合物微球由于粒径小、遇水膨胀，具有“注得进、堵得住、能移动”的特点[6]。通过捕集、变形、运移、再捕集、再变形、再运移……的机理起调驱作用[8]。可以调整聚合物微球的“四个度”[9]：不同的膨胀度、粒度、强度和使用不同的浓度，满足不同矿场的要求。

三球架桥理论堵塞规律 [10]：

（1）颗粒粒径大于1/3倍孔喉直径，在地层表面形成外滤饼。

（2）颗粒粒径在（1/3～1/7）倍孔喉直径，固相颗粒基本可以进入储层内部。由于孔喉的捕集等作用，在储层内部产生桥堵形成内滤饼。

（3）颗粒粒径小于1/7倍孔喉直径，自由通过地层，不形成固相堵塞。

微球封堵机理如图1所示。

从图2（a）到（f）可以看出，当微球膨胀以架桥形式进入孔喉，形成暂堵，当驱动压力增大时发生形变，逐渐向孔喉缓慢运移，微球就是以这种不断发生暂堵、形变、向前运移达到“同步调驱”的效果的。体型微球由于粒径小、遇水膨胀，具有“注得进、能移动”的特点，膨胀后微球依靠架桥理论对孔喉可以逐级调堵，微球依靠粘滞力控制流度。

1.2 宏观驱油机理

在物理模型中该聚合物微球从注入端进入，由于渗透率的变化形成四个压差（见图3）：

水驱阶段：△P1<△P2<△P3<△P4反应了渗透率对压差的变化。

分析：体型微球首先在第一段封堵大孔道，在封堵的过程中，第一段渗透率降低，导致压差变大，随着注入压力的不断增大，在第一段封堵的部分体型微球被冲开继续运移，并在中间段形成封堵。当压力增大到一定程度后，其继续运移。但是在最后一段的封堵性不如中间段，原因是体型微球在运移过程中浓度逐渐降低，不能形成较强的封堵（见图4）。

2 注入参数优化

2.1 注入方式优化

注入体系中表面活性剂和凝胶微球对驱油都有贡献，因此采用不同的注入方式对提高采收率有着很大影响。在文东25东区块油藏条件下，对比单注微球乳液、单注表面活性剂、低张力微球体系、微球乳液与表面活性剂交替的注入性和驱油效率，研究不同注入方式对驱油效率的影响，实验结果见表1。

从表1可以看出，在相同的实验方法和条件下，采用单注0.3%表面活性剂采收率增值为8.57%；采用单注0.5%微球乳液采收率增值为11.52%；采用二者复合注入采收率增值为10.73%，而采用微球乳液和表面活性剂1：1交替注入采收率增值为15.74%。由此，采用微球乳液和表面活性剂1：1交替注入方式效果最好。因此，选择采用微球乳液和表面活性剂1：1交替注入为最佳注入方式。

2.2 溶胀时间优化

固体颗粒粒径只有与储层岩石孔喉直径相匹配才能发挥最佳效果，微球粒径太小，不能在孔喉处产生有效的物理封堵；微球粒径太大，能够运移至岩心深部的微球数量有限，最终均导致调驱效果不理想。当微球粒径与储层岩石孔喉相匹配时，封堵率和微球最大变形运移压力梯度才能达到最大（见表2）[8]。

溶胀的时间越长，其后续水驱压力的增值越大。在溶胀时间为12 h时，压力基本没有大的增加[11]：在溶胀时间为24 h时，压力有较明显的增加；在溶胀时间为48 h时，压力较24 h的上升量不大。由微球不同溶胀时间粒径及粒径分布关系可知，聚合物微球在溶胀前期的溶胀速率较大，随着时间的推移，溶胀速度不断减缓。只有当微球的粒径溶胀到一定程度时候才能堵塞相应的地层孔隙。由此得出溶胀12 h时的粒径还不能达到堵塞孔隙的程度，溶胀24 h时的粒径达到了可以堵塞此渗透率下的孔隙的程度。

2.3 浓度优化

在最佳段塞、速度条件下，改变流度控制剂（微球）浓度（0.3%、0.5%、0.7%），表面活性剂浓度0.3%不变1∶1交替注，选用2.5 cm×50 cm填砂管进行驱油试验，研究不同注入浓度对驱油效率的影响，确定最佳注入浓度（见表3）。

从表3可以看出，在表面活性剂浓度不变条件下，0.3%微球的采收率增值为9.6%，0.5%微球的采收率增值为15.74，0.7%微球采收率增值为12.4%，0.5%的微球采收率增值最大，说明0.3%表明活性剂和0.5%微球组合浓度为最佳注入浓度。

2.4 注入量优化

段塞注入量是关系到调驱效果和经济效益的关键因素，由注入方式优选实验可知微球乳液和表面活性剂1∶1交替注入方式的效果最好，因此，下面实验均在采用这种注入方式条件下，规定驱替速度为0.5 mL/min时，体系组成不变，改变段塞的大小（0.3，0.5，0.7，1 PV），选用50 cm×2.5 cm填砂管进行驱油试验，研究不同段塞大小对驱油效率的影响，确定最佳段塞大小，实验结果如表4。

表4可以看出，随着注入段塞的增加，采收率增长幅度在减小，在0.3～0.5 PV中，采收率增长幅度为6.09%；在0.5～0.7 PV中，采收率增长幅度为0.9%；在0.5～1.0 PV中，采收率增长幅度为2.96%，可以看出0.5 PV以后采收率增长平缓，因此综合考虑实验效果和经济效益，采用0.5 PV为最佳段塞。

2.5 注入速率优化

注入速度影响微球的注入和在油藏中的运移，进而影响微球和孔喉的接触时间，影响调驱效果[8]。由于速敏还有沙粒之间的胶结强度的影响，如果注入速度过大，速敏对实验的影响就不能忽视了，并且流速过大会引起沙粒的运移，造成地层垮塌。填砂管采用4种注入速度（0.3、0.5、1、2 mL/min），进行驱油试验，研究不同注入方式对驱油效率的影响，确定最佳注入速度[12]。（共4组）。

在0.3 mL/min和0.5 mL/min中，随着注入PV的增加，注入压力呈增加趋势；而在1.0 mL/min和2.0 mL/min中，随着注入PV的增加，注入压力呈先增加后减小趋势，说明注入速度达到一定程度会冲破微球对孔道的封堵效果，进而使压力减小。在0.3和0.5 mL/min的注入速度时的采收率增值分别是17.42%和15.74%，采收率的下降并不是很明显，然而当注入速度为1.0和2.0 mL/min时，采收率增值分别为12.55%和12.73%，下降幅度较大。综合可知，采用较小的注入速度在经济方面不划算，注入速度太大达不到预期效果，因此使用0.5 mL/min为最佳注入速度（见表5）。

3 总 结

（1）聚合物微球在高温下能吸水溶胀，以架桥的方式堵塞大孔道，改变油水渗流通道，提高采收率；

（2）通过物模实验验证可知，聚合物微球条剖确实能一定程度提高驱替压力，说明微球能形成有效封堵；

（3）通过实验发现“调驱结合”的注入方式以微球和表面活性剂1∶1交替注入最好；溶胀时间要达到24 h以上，最好能达到48 h；0.3%的表面活性剂搭配0.5%的聚合物微球能达到较好的效果；注入量为0.5 PV时，采收率能有较好的提高效果；注入速度不宜过大，也不能太小，实验条件下的注入速度为0.5 mL/min较为适宜。

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