聚合物微球提高低渗油藏渗吸效率微观实验研究

杨明达

聚合物微球提高低渗油藏渗吸效率微观实验研究

杨明达

（中国石油天然气股份有限公司管道大庆输油气分公司, 黑龙江 大庆 163000）

为了研究聚合物微球对低渗油藏渗吸采收率的作用效果，通过物理模拟实验和微观实验的方法分析了聚合物微球对剩余油的动用情况，研究了岩心自发渗吸的最佳效果。结果表明：带有聚合物微球的溶液与未加入聚合物微球的溶液相比对提高采收率起到了一定的作用，采收率在14%~15%，渗吸过程主要靠重力的作用凭借逆向渗吸的方式将原油置换出来。从微观实验可以看出聚合物微球对动用簇状剩余油有明显效果，对孔道进行了封堵，提高了渗吸液的波及体积，进而提高了采收率。

聚合物微球；微观实验；物理模拟；采收率

目前，我国的大部分油田已经进入到了开采的后期阶段[1]，低渗透砂岩油藏成为了油田开采的主要领域，所以保证低渗透油藏的高效开采，是各大油田的首要任务[2]。低渗透油田采用注水开发过程中，原油的采出程度较低，所以采油过程中如何充分发挥渗吸作用，是提高采收率的关关键性问题。渗吸主要是依靠两相接触面的压差，使非润湿相被润湿相驱替出来的过程[3]。由于低渗透砂岩油藏的孔隙体积小，毛管力与重力成为了渗吸的主要动力。国内外在进行渗吸室内研究方面，主要关注表面活性剂浓度、岩石润湿性、岩石渗透率、温度等因素对提高渗吸采收率的影响，较少对渗吸的微观实验进行描述。吸水膨胀后的聚合物微球可以在岩心中循环往复的流动、变形、封堵[4]，使调驱调剖作用充分发挥，进而提高油的采出程度，然而聚合物微球的驱油效果受温度、矿化度和时间等因素的影响[5]，恰当的利用聚合物微球的优点对采油有一定的促进作用。本文通过室内物理模拟和微观实验的方法，针对多组岩心开展渗吸实验，着重的评价了温度、矿化度对聚合物膨胀倍率的影响，分析了聚合物微球渗吸驱油的机理，并通过微观实验的方法研究了聚合物微球对渗吸的作用效果，以及驱油后岩心的剩余油分布情况。

1 实验部分

1.1 实验材料

实验用水为大庆采油四厂注入水，矿化度：6557 mg/L；聚合物微球：S-D320。实验用油采用煤油，55 ℃时，油相密度为0.79 g/mL，粘度为1.9 mPa·s。实验采用的天然岩心取自大庆油田萨中开发区。

微分干涉差显微镜（IX73），恒温箱(UFE-500)，粒度仪（Zetasizer qoooHS）、XSZ-H光学相衬显微镜。

1.2 实验方法

（1）渗吸实验

实验岩心抽真空，饱和地层水和实验用油，实验温度为55 ℃。岩心处理后置于渗吸瓶进行渗吸实验。渗吸实验中，在仅依靠两相接触面的压差的作用下，最终表现为油滴上浮。从渗吸瓶的刻度中可记录析出油的体积（图1）。

图1 渗吸实验装置

（2）微观实验

将不同时间段内渗吸后的岩心切片，通过激光将岩心的空隙结构刻蚀在玻璃片上，通过显微镜记录油在岩心中发生渗吸的部位和剩余油分布的形态和位置（图2）。

图2 显微镜

2 结果与讨论

2.1 聚合物微球性能评价

0—微粒初始粒径，μm;

1—微粒膨胀后粒径，μm。

根据表1中的测试结果可知，当实验温度范围在35~55 ℃时，聚合物微球吸水量逐渐变大，膨胀倍率在13~19.72之间；当实验温度范围在55~65 ℃时，聚合物微球吸水量略有下降。这是由于当反应体系温度较高时，溶液的粘弹性越大，进而使体系的吸水量逐渐的增加；而当反应温度升高到一定值时，聚合物微球所形成的的链发生断裂，导致体系吸水量有所下降。根据表2中的测试结果可知，当实验用水矿化度范围在1 200~8 753 mg/L之间时，聚合物微球吸水量随着矿化度的增加而减小，膨胀倍率在11.58~21.63之间。实验用水含有较多的Na+和 Ca2+时，会抑制聚合物微球的吸水。低渗透油藏温度为55 ℃，矿化度为6 557 mg/L，根据实验结果可知该种聚合物微球可以在油藏中发挥较好的作用。

表1 温度对聚合物微球膨胀率的影响

表2 矿化度对聚合物微球膨胀率的影响

2.2 聚合物微球渗吸实验分析

在研究渗吸机理的过程中，通常要引入渗吸判别参数。依照Schechter等的研究[7]，Bond数的倒数可用来估计毛细管力和重力对岩心自吸的作用和贡献，即用N-1来解释自吸过程中的主要机理。

式中：B-1—渗吸判别参数；

—与多孔介质的几何尺寸有关的常数，此时的=0.4；

—界面张力，mN·m-1；

—多孔介质的孔隙度；

—多孔介质的渗透率，10-3μm2；

Δ—油水密度差，g/cm3；

—重力加速度，cm/s2；

—多孔介质的高度，cm。

根据渗吸判别参数的内容可知，当B-1>5时，毛细管力是渗吸的主要作用力；当B-1<<1时，重力是渗吸的主要作用力；当1

推算表3中的计算结果可知：实验1和实验2的B-1值大于5，采收率在9.6%~10.3%之间，此时的毛管力起支配作用，原油的析出方向与渗吸液的吸入方向不同，表现为逆向渗吸；实验3和实验4的B-1值小于1，采收率在14%~15%之间，此时的重力大于毛管力，原油克服毛管末端的阻力流出，原油的析出方向与渗吸液的吸入方向相同，此时为同向渗吸。当聚合物微球加入到注入水中，实验测得的采收率都高于仅有注入水的各组实验，高出的采收率值在5%左右，说明聚合物微球在渗吸的过程中进入到了岩心的内部，促进了原油的流动，渗吸效果较好，降低了残余油饱和度，对提高渗吸效率起到了一定的促进作用(表3)。

表3 岩心参数

2.3 聚合物微球微观渗吸机理分析

将渗吸后的岩心切片后，采用显微镜观察岩心内油的分布情况[9-12]。在注入水中进行渗吸实验发现：岩心上部油被析出，但是仍有一部分孔道没有被波及到，剩有一定的残余油，而下部分的孔道未被动用，存有大量的剩余油，析油方式为逆向渗吸。此时岩心内的残余油饱和度较高，剩余油主要以孤岛状、柱状和簇状形态分布，由于渗吸过程有，油发生流动时受到的水相阻力较大，存在指进的现象。加入聚合物微球后，岩心更深部的油发生了流动，水波及体积变大，聚合物微球进入到大部分孔道中，对孔喉进行封堵，使簇状的剩余油边缘的压差逐渐变大，直至大部分渗吸液进入孔喉中，油滴被拉伸后逐渐流出基质，而柱状和孤岛状的剩余油变化不明显，析油方式为顺向渗吸。

总体来讲，采用聚合物微球作为渗吸液，岩心内部的剩余油明显减少，促进了油相与水相的交换程度，提高了渗吸效率，进一步说明了聚合物微球对提高渗吸效率起到了一定的促进作用，采用微观实验的方法与引入渗吸判别参数得到的实验结果吻合（图3-6）。

图3 注入水渗吸结束剩余油分布

图4 聚合物微球渗吸1 h剩余油分布

图5 聚合物微球渗吸6 h剩余油分布

图6 聚合物微球渗吸结束剩余油分布

3 结论

（1）当岩心在采用注入水进行室内渗吸实验时，油的采收率在9.6%~10.3%之间，渗吸效果较差，在渗吸过程主要依靠毛管力的作用，渗吸方式为顺向渗吸。当岩心在采用聚合物微球溶液进行室内渗吸实验时，油的采收率在14%~15%之间，渗吸效果较好，渗吸过程主要依靠重力的作用，渗吸方式为逆向渗吸。

（2）微观实验研究渗吸过程，可以直接观察到注入水、聚合物微球溶液的作用范围、波及体积以及调剖的过程。采用注入水渗吸的岩心上部油被析出，有一部分孔道没有被波及到，而下部分的孔道未被动用，存有大量的剩余油。剩余油主要以孤岛状、柱状和簇状形态分布，由于渗吸水相阻力较大，存在指进的现象。聚合物微球溶液可以有效的封堵孔喉，提高水相的波及体积，促进更深部的流动，起到较好的调剖效果。

（3）聚合物微球溶液使岩心内部簇状的剩余油边缘压差逐渐变大，直至大部分渗吸液进入到岩心的孔喉当中，油滴被拉伸后逐渐流出基质。而柱状和孤岛状的剩余油变化不明显。

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Micro Experimental Study on Enhancing Imbibition Efficiency of Low Permeability Reservoir by Polymer Micorosphere

（PetroChina Pipeline Daqing Oil and Gas Branch Company, Heilongjiang Daqing 163000, China）

In order to study the effect of polymer microsphere on the imbibition recovery inlow permeability reservoirs, the physical simulation and microscopic experiments were used to analyze the production of remaining oil by polymer microsphere, and the best effect of imbibition was studied. The results showed that the solution with polymer microsphere to EOR of imbibiiton played an important role compared with the solution without polymer microsphere, the recovery was 14%~15%. The process of imbibition mainly depended on the action of gravity to replace the crude oil by reverse imbibition. The microscopic experiments proved that the polymer microsphere had obvious effect on the production of cluster residual oil, the hole was blocked, the imbibition liquid volume was increased and the recovery was improved.

Polymer microsphere;Micro experiment; Physical simulation; Recovery

TE 327

A

1671-0460（2017）12-2444-03

2017-04-09

杨明达（1993-），男，黑龙江省大庆市人， 2015年毕业于东北石油大学自动化专业，研究方向：多年来从事仪表维护维修的研究。E-mail：yangmingda58@aliyun.com。