陳釘釘

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

我國大部分的油田經(jīng)過長時間的注水開發(fā)后，目前大多已進(jìn)入中、高含水開發(fā)階段，注水開發(fā)的效果逐漸變差。部分非均質(zhì)油藏經(jīng)過注水開發(fā)后易出現(xiàn)水竄和水淹現(xiàn)象，采油井見水較早，并且含水率較高，整體采收率較低，水驅(qū)開發(fā)后仍有大量原油滯留在地層中[1-4]。因此，提高油藏水驅(qū)后的采收率成為各大油田需要解決的問題。

調(diào)剖堵水驅(qū)油技術(shù)能夠有效封堵非均質(zhì)油藏中的大孔喉，進(jìn)而使后續(xù)注入水發(fā)生液流轉(zhuǎn)向，對油藏中小孔隙中的原油產(chǎn)生更好的驅(qū)替效果，可以有效增大波及體積，提高原油的采收率。目前，油田常用的調(diào)驅(qū)體系主要包括聚合物凍膠、泡沫、凝膠、聚合物微球、體膨顆粒以及微生物類調(diào)驅(qū)劑等[5-9]。調(diào)剖堵水驅(qū)油技術(shù)在陸上油田均取得了較好的應(yīng)用效果。海上油田的作業(yè)環(huán)境較特殊，部分適用于陸上油田的調(diào)驅(qū)體系無法在海上平臺得到較好的應(yīng)用。聚合物微球調(diào)驅(qū)技術(shù)與其他常規(guī)的調(diào)驅(qū)技術(shù)相比，具有粒徑小、易注入、穩(wěn)定性好、施工工藝簡單及調(diào)驅(qū)效果好的優(yōu)點，近年來在海上油田得到了較廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的施工效果[10-14]。因此，筆者針對渤海油田非均質(zhì)油藏采用常規(guī)調(diào)驅(qū)技術(shù)效果較差的問題，室內(nèi)以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、長鏈?zhǔn)杷畣误wSD-2、表面活性劑司盤80和吐溫80為主要原料，合成了一種適用于渤海油田調(diào)驅(qū)的聚合物微球PME-3，并對其綜合性能進(jìn)行了評價，以期為渤海油田的高效合理開發(fā)提供一定的技術(shù)支撐。

1 試驗部分

1.1 主要試驗原料及儀器

丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)，分析純，安徽巨成精細(xì)化工有限公司；表面活性劑司盤80、吐溫80，工業(yè)品，江蘇省海安石油化工廠；過硫酸銨、亞硫酸鈉、無水乙醇，分析純，天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠；長鏈?zhǔn)杷畣误wSD-2，實驗室自制；模擬地層水(總礦化度為32 500 mg/L)；模擬注入水(總礦化度為42 050 mg/L)；儲層原油(60 ℃下黏度為51.6 mPa·s，密度為0.942 g/cm3)；封堵性能評價試驗用巖心為柱狀人造巖心(長度均為7.0 cm，直徑均為2.5 cm)；驅(qū)油效果評價試驗用巖心為三層非均質(zhì)人造巖心(30 cm×4.5 cm×4.5 cm)。

DF-101型實驗室數(shù)顯智能恒溫水浴鍋，上海羌強(qiáng)實業(yè)發(fā)展有限公司；SH-2型磁力攪拌器，常州市億能實驗儀器廠；CX33型生物顯微鏡，山東博科生物產(chǎn)業(yè)有限公司；RS600型流變儀，德國哈克(HAKKE)公司；CK-1型巖心抽真空飽和裝置、HKY型多功能巖心驅(qū)替實驗裝置，海安縣石油科研儀器有限公司。

1.2 聚合物微球PME-3的制備

稱取一定量的AM、DMC及SD-2溶于蒸餾水中，攪拌均勻備用；再稱取一定量的表面活性劑司盤80和吐溫80于燒杯中，攪拌均勻；將混合表面活性劑溶液通過滴液漏斗緩慢加入到上述混合單體中，繼續(xù)攪拌，再按比例加入一定量的引發(fā)劑溶液(過硫酸銨和亞硫酸鈉混合)，升溫至50 ℃左右，恒溫反應(yīng)5 h左右，停止攪拌，冷卻至室溫；然后將產(chǎn)物使用無水乙醇和蒸餾水分別洗滌數(shù)次，抽濾、烘干、粉碎，即得到聚合物微球產(chǎn)品PME-3。

1.3 性能評價方法

1.3.1 膨脹性能評價

采用渤海某油田模擬注入水配制質(zhì)量濃度為2 000 mg/L的聚合物微球PME-3溶液，然后將其放置在恒溫干燥箱中，溫度設(shè)置為60 ℃，放置不同時間后取出，使用生物顯微鏡測定聚合物微球的尺寸大小，并與初始尺寸相比，計算其膨脹倍數(shù)，以此評價聚合物微球PME-3的膨脹性能。

1.3.2 增黏性能和黏彈性能評價

采用渤海某油田模擬注入水配制不同質(zhì)量濃度的聚合物微球PME-3溶液，將其在60 ℃下放置24 h后，使用RS600型流變儀測定其黏度值，以此評價聚合物微球PME-3的增黏性能；在一定的剪切應(yīng)力條件下測定其儲能模量G'和損耗模量G″，以此評價聚合物微球PME-3的黏彈性能。

1.3.3 封堵性能評價

①選取不同滲透率的人造巖心飽和模擬地層水，并測定其孔隙體積；②使用渤海油田模擬注入水驅(qū)替巖心，流速為0.5 mL/min，直至壓力穩(wěn)定，記錄此時的穩(wěn)定壓力p0；③再以相同的流速注入不同孔隙體積倍數(shù)(PV)的聚合物微球PME-3溶液，微球質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，關(guān)閉巖心夾持器的進(jìn)出口閥門，在60 ℃下恒溫放置6 d，等待聚合物微球膨脹；④繼續(xù)使用模擬注入水驅(qū)替巖心，驅(qū)替流速同上，直至驅(qū)替壓力再次達(dá)到穩(wěn)定，記錄此時的穩(wěn)定壓力p1，并計算聚合物微球溶液的封堵率φ=(p1-p0)/p1。

1.3.4 驅(qū)油效果評價

使用三層非均質(zhì)人造巖心評價聚合物微球PME-3的驅(qū)油效果，具體試驗步驟為：①將巖心使用模擬地層水飽和，并測定其孔隙體積；②繼續(xù)使用儲層原油飽和上述巖心，然后在60 ℃下恒溫老化24 h；③采用渤海油田模擬注入水驅(qū)替巖心，直至出口端不產(chǎn)油為止，計算水驅(qū)油的采收率；④繼續(xù)注入不同PV數(shù)的聚合物微球PME-3溶液，微球質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，關(guān)閉巖心夾持器的進(jìn)出口閥門，在60 ℃下恒溫放置6 d；⑤再次使用模擬注入水驅(qū)替巖心，直至出口端不產(chǎn)油為止，記錄最終采收率，并計算出聚合物微球驅(qū)提高采收率的幅度。試驗驅(qū)替流速均為0.5 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 膨脹性能

按照1.3.1中的試驗方法，評價了聚合物微球PME-3的膨脹性能，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 聚合物微球PME-3膨脹倍數(shù)與時間的關(guān)系

由圖1可見：隨著膨脹時間的不斷延長，聚合物微球PME-3的膨脹倍數(shù)不斷增大。在前150 h內(nèi)，聚合物微球PME-3的膨脹倍數(shù)增速較快；而當(dāng)膨脹時間大于150 h后，膨脹倍數(shù)的變化幅度減小。當(dāng)膨脹時間為200 h時，聚合物微球PME-3的膨脹倍數(shù)最高可以達(dá)到12倍以上，表明開發(fā)的聚合物微球PME-3具有較好的膨脹性能。

2.2 增黏性能

按照1.3.2中的試驗方法，評價了聚合物微球PME-3的增黏性能，試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可見：隨著聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度的不斷增大，其表觀黏度值逐漸增大。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度小于2 000 mg/L時，溶液黏度值增速較慢；而當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度大于2 000 mg/L時，溶液的黏度值增速急劇加快。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度為2 000 mg/L時，溶液的黏度值就可以達(dá)到250 mPa·s以上，而當(dāng)聚合物微球PME-3溶液質(zhì)量濃度為4 000 mg/L時，溶液的黏度值則可以升高至4 500 mPa·s以上，表明研制的聚合物微球PME-3具有較好的增黏性能。

圖2 聚合物微球PME-3溶液黏度與濃度的關(guān)系

2.3 黏彈性能

按照1.3.2中的試驗方法，評價了聚合物微球PME-3的黏彈性能，聚合物微球PME-3的質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，試驗頻率為0.1～10 Hz，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 聚合物微球PME-3溶液的黏彈性能

由圖3可見：當(dāng)頻率為0.1～10 Hz時，聚合物微球PME-3溶液的儲能模量G'總是大于損耗模量G″，表明聚合物微球PME-3溶液的黏彈性能較強(qiáng)。這是由于聚合物微球PME-3分子結(jié)構(gòu)中的長鏈?zhǔn)杷畣误w能夠產(chǎn)生一定的分子間締合作用，聚合物微球吸水膨脹后可以形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其在外力作用下可以表現(xiàn)出比較強(qiáng)的彈性特征。

2.4 封堵性能

按照1.3.3中的試驗方法，評價了聚合物微球PME-3的封堵性能，所用不同滲透率的巖心分別為低滲巖心(滲透率在0.01 μm2左右)、中滲巖心(滲透率在0.5 μm2左右)、高滲巖心(滲透率在1 μm2左右)。試驗結(jié)果見表1。

表1 聚合物微球PME-3溶液的封堵性能

由表1可見：對于相同滲透率級別的巖心而言，隨著聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)的增大，封堵率逐漸增大；而當(dāng)注入相同PV數(shù)的聚合物微球PME-3溶液時，滲透率越低，封堵率越大。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)為0.5時，其對低滲巖心、中滲巖心和高滲巖心的封堵率均可以達(dá)到95%以上，此時聚合物微球PME-3溶液的封堵性能比較強(qiáng)，因此，綜合考慮封堵效果和現(xiàn)場應(yīng)用成本，聚合物微球PME-3溶液的最佳注入PV數(shù)優(yōu)選0.5。

2.5 驅(qū)油效果

按照1.3.4中的試驗方法，評價了聚合物微球PME-3的驅(qū)油效果，試驗用巖心為三層非均質(zhì)人造巖心，試驗結(jié)果見表2。

表2 聚合物微球PME-3溶液的驅(qū)油效果

由表2可見：5塊巖心的水驅(qū)采收率基本均在45%左右，而隨著聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)的不斷增大，聚合物微球PME-3驅(qū)提高采收率的幅度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)為0.5時，其提高采收率的幅度最大，可以達(dá)到26.7%，其最終采收率可以達(dá)到70%以上。繼續(xù)增大聚合物微球PME-3溶液的注入PV數(shù)，提高采收率的幅度反而逐漸降低，這是由于隨著聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)的不斷增大，其對巖心孔隙的封堵能力逐漸增強(qiáng)，進(jìn)而可以有效封堵高滲層，達(dá)到調(diào)整吸水剖面，增大波及體積的目的。當(dāng)聚合物微球PME-3溶液注入PV數(shù)達(dá)到一定程度時，其不僅會對高滲層產(chǎn)生有效的封堵，也會對中、低滲層位產(chǎn)生較強(qiáng)的封堵作用，進(jìn)而影響了后續(xù)注入流體的驅(qū)油效果。因此，在渤海油田現(xiàn)場調(diào)驅(qū)過程中，應(yīng)選擇合適的聚合物微球濃度和注入PV數(shù)，以最大限度地提高油藏采收率。

3 結(jié)論

1)以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、長鏈?zhǔn)杷畣误wSD-2、表面活性劑司盤80和吐溫80為主要原料，合成了一種適合渤海油田調(diào)驅(qū)的聚合物微球PME-3。

2)聚合物微球PME-3具有良好的膨脹性能，200 h的膨脹率可以達(dá)到12倍以上；聚合物微球PME-3具有良好的增黏性能和黏彈性能，當(dāng)其質(zhì)量濃度為2 000 mg/L時，溶液的黏度值就能達(dá)到250 mPa·s以上，并且在頻率為0.1～10 Hz，其儲能模量G'總是大于損耗模量G″；聚合物微球PME-3還具有良好的封堵性能和驅(qū)油效果，當(dāng)其注入PV數(shù)為0.5時，對低滲巖心、中滲巖心和高滲巖心的封堵率均可以達(dá)到95%以上，并且在巖心水驅(qū)油結(jié)束后繼續(xù)注入0.5 PV的聚合物微球PME-3溶液，采收率繼續(xù)提高26.7%，表明開發(fā)的聚合物微球PME-3能夠較好地適應(yīng)渤海油田調(diào)驅(qū)施工作業(yè)的需要。