核壳型乳胶颗粒逐级深部调驱剂性能

2021-10-30吕晓华杨力生李二晓

精细石油化工进展 2021年4期

吕晓华，刘正，贾贝，杨力生，李二晓

河南正佳能源环保股份有限公司，河南新郑451100

长庆油田属于典型的致密油藏，储层传导性较差，容易在注水井近井地带形成一定的高压区，在油井近井地带形成一定的低压区。高压区地层注水压力不断升高，低压区地层能量亏空，油井供液能力下降，易出现“注不进、采不出”的现象。由于聚合物分子尺寸的限制，聚合物驱油技术难以应用在致密油藏。

ZJ-HK核壳型乳胶颗粒是河南正佳能源环保股份有限公司研发生产的一种纳米级油藏逐级深部调驱剂，在线注入工艺简单，纳米级颗粒能够运移到油藏深部，遇水膨胀，可有效封堵地层深部优势水窜通道，补充地层能量，动用中低渗层及水驱波及不到的剩余油，达到提高油田采收率的目的。其具有深部调驱剂所具备的“注得进、堵得住、能移动”的显著特点［1］，能够有效解决致密油藏开采中遇到的相关技术难题［2］。

1 ZJ-HK核壳型乳胶颗粒的研发生产

1.1 ZJ-HK核壳型乳胶颗粒设计

ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒设计粒径为50～200 nm，是一种纳米级乳液聚丙烯酰胺类产品，其核为交联聚合凝胶类，壳为水化层，从核心到外层包含多层结构，每层结构分别负责水化、膨胀、强度等。乳胶颗粒通过注入水进入地层，吸水膨胀，在孔喉完成暂堵—突破—再暂堵—再突破的过程，通过凝胶胶团和水的“分工合作”，达到调、驱的协同作用［3］。图1 为ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒的透射电镜照片，其中，图1（a）为100 nm 核壳型乳胶颗粒初始的透射电镜照片，图1（b）为100 nm核壳型乳胶颗粒水化吸水膨胀后的透射电镜照片。

图1 ZJ-HK核壳型乳胶颗粒透射电镜照片

1.2 ZJ-HK核壳型乳胶颗粒生产

图2 为ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒生产流程。由图2 可知：ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒主要生产流程是将原料丙烯腈（AN）通过蒸馏去除杂质，经水合反应等生成粗丙烯酰胺（AM），经过精制、提纯，去除铜（Cu2+）、铁（Fe2+）、钙（Ca2+）、镁（Mg2+）等杂质得到精制丙烯酰胺（AM）。精制AM、丙烯酸钠（AA-Na）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）通过严格的配比，送入聚合釜，加入引发剂、交联剂等，经乳化得到淡黄色乳液，即为核壳型乳胶颗粒。

图2 ZJ-HK核壳型乳胶颗粒生产流程

1.3 ZJ-HK核壳型乳胶颗粒基本性能

根据企业标准Q/HNZJ 002—2019 对ZJ-HK核壳型乳胶颗粒基本性能进行测评。产品基本性能评价结果：ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒为均质浅棕色透明液体，外观无分层、无絮状物；在矿化度2×105mg/L 的模拟盐水中能够完全分散，不分层，无絮状物，其初始粒径为100 nm；可分离固形物含量27.7%，原始黏度为382 mPa·s，采用200 g/L 的模拟盐水配制5 g/L 的ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒溶液，黏度<3 mPa·s，其黏度与水相当。

1.4 ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒耐温抗盐性能及膨胀特征

ZJ-HK核壳型乳胶颗粒具有较好的耐温抗盐性能及膨胀特征。实验采用矿化度200 g/L 的模拟盐水配制5 g/L的ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒溶液，分别封存在安培瓶中，放入95 ℃恒温烘箱，考察耐温抗盐性。95 ℃高温放置1、7 和14 d，考察核壳型乳胶颗粒水化膨胀特征。图3为ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒在95 ℃高温、矿化度2 × 105mg/L 的模拟盐水中吸水膨胀1、7 和14 d 的电镜照片。由图3 可知：ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒在模拟盐水中分散14 d 无分层和絮状物出现，分散性及耐温抗盐性能较好。随着放置时间的延长，核壳型乳胶颗粒尺寸逐渐增大，外层密度降低，水化14 d 后，核壳型乳胶颗粒膨胀20～100倍，最大尺寸为亚微米级［4］，表现出良好的耐温抗盐及膨胀特征，能够满足深部调驱剂进入地层吸水膨胀的需要，达到调、驱的协同作用。

图3 ZJ-HK核壳型乳胶颗粒水化膨胀电镜照片

2 ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒封堵性能评价和提高采收率实验

核壳型乳胶颗粒遇水膨胀可有效封堵地层深部优势水窜通道，有效解决注入性与封堵性之间的矛盾［5］，目前在长庆油田矿场应用。

2.1 封堵性能评价

针对长庆油田目标油藏开展封堵性能实验。岩心渗透率2 mD、实验温度90 ℃，采用矿化度25.863 g/L 的模拟盐水配制ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒1.5 g/L，岩心模型有4 个测压点。首先注入经0.45 μm 核孔滤膜过滤的模拟盐水，当1、2 测压点压力升高并基本稳定后，注入1.5 g/L、0.3 PV 的ZJ-HK核壳型乳胶颗粒，再注入模拟盐水，考察其封堵/变形特性，结果见图4。由图4 可知：ZJ-HK核壳型乳胶颗粒在孔喉完成暂堵—突破—再暂堵—再突破的过程，能够运移到地层深部，具有调驱剂逐级深部调驱的典型特征［6］。

图4 ZJ-HK核売型乳胶颗粒封堵性能评价

2.2 致密砂岩裂缝微观模型提高采收率实验

考察ZJ-HK 核壳型乳胶颗粒对致密砂岩裂缝微观模型提高采收率效果。实验采用长庆油田渗透率<1 mD 的致密砂岩制作微观岩心膜片，用裁纸刀人为贯通一道划痕模拟可能的压裂裂缝或者天然裂缝。长庆油田砂岩渗透率、孔喉孔道都非常小，如果核壳型乳胶颗粒没有封堵效应，水不可能从划痕渗入致密砂岩。图5 为微观模型提高采收率实验微观电镜图，由图5 可知：注入1.5 g/L核壳型乳胶颗粒0.3 PV，采收率从注水的23%提高到75%，驱替效果显著，能够解决裂缝非均质低渗油藏提高采收率的技术难题［7］。