深部调驱微球体系研究与应用

张娥

（吉林油田油气工程研究院 吉林松原 138000）

微球是指直径在纳米至微米粒径范围内的球体，微球具有流动性、生物相容性、功能基特性、表面效应、体积效应等优良的性质。微球技术是当今一项用途广泛而又发展迅速的新技术，虽然发展时间不长，但已给许多行业带来了极大的革新和进步，其应用已遍及涂料、聚合物改性、光学器件、化妆品、皮革制造及生物医药等领域，微球因其特殊尺寸和特殊结构在石油开采中的应用也不断增多，如提高采收率、污水处理等。

1 微球的分类

根据合成和作用机理不同，微球分为原始尺寸不同的纳米级和微米级微球两种类型。其中纳米级微球通过反相乳液聚合得到，原始尺寸为纳米级，水化膨胀后进行堵塞封堵；微米级微球依靠悬浮聚合得到，原始尺寸为微米级，水化膨胀后进行吸附封堵。本文主要通过对微球性能的研究，介绍其在吉林油田深部调驱方面的应用情况。目前在各大油田普遍用微球作为三次采油中的封堵及驱替试剂，且取得了较好的效果，有效地提高了油田采收率。

2 微球的性质

2.1 封堵能力

2.1.1 微球膨胀性能实验

微球体系主要以丙烯酰胺、丙烯酸、高温表面活性剂等为原料，通过反相微乳液聚合或分散聚合方法制成。微球的初始粒径较小，在水中溶胀后粒径可增大几倍至十几倍。

实验室内我们在显微镜下观察了微球在水中溶胀过程的粒径变化情况。用激光粒度分析仪测试微球分散体系在室温条件下、不同溶胀时间的粒径分布。实验结果表明：随着水化时间的延长，两种粒径的微球体系平均粒径中值不断变大，在水化15天后基本达到最大值，逐渐趋于平稳。

2.1.2 微球封堵性能实验

（1）不同渗透率的封堵率测定实验。岩心渗透率为30mD，注入相同浓度的微球分散体系，微球的封堵率均能达到65.3% ,表明该微球分散体系对低渗透油层都具有封堵作用，而对于渗透率为120mD的高渗岩心，纳米级和5微米微球的封堵效果明显不能满足要求，20微米微球依然能够达到理想的封堵效果。

（2）不同浓度微球体系的封堵率测定。使用气测渗透率在30mD左右的岩心，考察了不同的聚合物微球样品浓度对封堵能力的影响，实验结果见表1。

实验结果表明微球对低渗透岩心具备较高的封堵率，达到80%以上，同时随着浓度的增加封堵率越来越高，主要是由于随着聚合物微球浓度的增加，聚合物微球的数量增多，更易在孔喉处实现封堵。

表1 不同气测渗透率下微球的封堵率（30mD、120mD）

2.1.3 微球突破压力测定实验

在不同渗透率岩心条件下测试不同粒径微球的突破压力，得到的结果是：20微米微球的突破压力梯度在100mD仍较大，可用来做高渗透油藏的封堵体系；5微米及纳米微球在30mD以上突破压力较低，可作为较高渗透率的驱替介质，30mD以下具备高的突破压力，可作为低渗透油藏的封堵主剂；纳米微球突破压力较低，一般作为驱替体系。

2.2 驱替能力

2.2.1 微球体系降低界面张力能力实验

使用界面张力仪测定不同质量浓度及不同水化时间的微球溶液与注入水之间的界面张力，测定结果从图可知，微球体系能够有效降低油水界面张力，当浓度达到3000 mg/L时，界面张力降低至0.5mN/m级别并趋于稳定，且不随水化时间的延长变化。微球质量浓度越高降低界面张力的能力越明显，为微球提高洗油效率奠定了基础。

2.2.2 不同浓度微球体系的驱油效果

由表2可以看出，随着微球质量浓度的增加，采收率的提高值也逐渐增加，质量浓度为0.3%以上，提高采收率幅度增加不大，经济考虑认为质量浓度3%为合理注入浓度。

表2 不同浓度微球体系的驱油效果

2.2.3 不同渗透率岩心管中的驱油效果

从岩心聚合物微球调驱实验结果可以看出：注入聚合物微球溶液后，采收率均有较大的提高。在低渗岩心驱替作用下，纳米微球提高采收率的幅度较大，达到5.52% ，而高渗岩心驱替作用下，20微米微球提高采收率为5.64%。

3 现场应用

扶余试验区块储层平均空气渗透率为161×10-3μm2，层内非均质严重，渗透率变化大，前期用颗粒及凝胶堵剂进行了逐级封堵，达到了预期封堵效果，产液明显下降，油压上升0.7MPa，目前采用20微米及5微米微球体系进行驱替，整体动态反应良好，区块累计增油2602吨。20微米微球及5微米微球起到较好的驱替效果。

表3 不同渗透率岩心管中的驱油效果

新立试验区块平均空气渗透率为33×10-3mm2，该区块孔喉直径为0.03～5.1μm ，平均为1.98μm，对于该油藏条件确定的调驱方式为：采用微米级微球调堵，改善油藏纵向波及状况和高渗透层内平面波及系数；用纳米微球、驱油剂驱替，驱替低渗层、增加岩心中毛细管数，改善流度比，降低界面张力从而达到深部调驱的目的。试验区块2013年9月17日开始陆续注入，区块共计注入15口井，施工前期采用5微米微球进行封堵，区块压力上升2.5MPa，后采用1纳米微球驱替区块，评价期内共计增油8000吨。

4 结论

（1）微球具有一定的膨胀性，地层水矿化度越低、温度越高，微球吸水膨胀倍数越大；

（2）针对不同渗透率油藏分别有封堵和驱替的作用：渗透率低于30 mD时，5微米微球可作为封堵剂，纳米微球作为驱替剂；渗透率在30～100 mD时，5微米及20微米微球可作为封堵剂；渗透率大于10mD时，5微米及20微米微球可作为驱替剂使用。

（3）结合微球特性及在吉林油田的应用，证明微球在中、低渗油藏具备较好的应用效果，具备较好的应用前景。