預(yù)交聯(lián)聚合物微凝膠調(diào)驅(qū)劑的制備與性能研究

預(yù)交聯(lián)聚合物微凝膠調(diào)驅(qū)劑的制備與性能研究

在5月的“9月9日”期間，弱聚縮盤(pán)和預(yù)交聯(lián)盤(pán)對(duì)油田的開(kāi)發(fā)、開(kāi)發(fā)和驅(qū)動(dòng)輪的形成起著重要作用。但弱凝膠為地下交聯(lián)體系,在經(jīng)受油藏的吸附滯留和沖稀等作用后,成膠概率將降低。將單體地面聚合形成的預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒用于調(diào)驅(qū),可克服地下交聯(lián)體系不易成膠的缺點(diǎn),但只能進(jìn)入大孔道和裂縫,不能進(jìn)入多孔介質(zhì)。用反相乳液聚合制備的微米級(jí)預(yù)交聯(lián)聚合物微凝膠具有凝膠顆粒的“變形蟲(chóng)”特征,又兼有某些聚合物性質(zhì),可進(jìn)入多孔介質(zhì)。本文通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn),對(duì)其理化性能、在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律和驅(qū)油效率進(jìn)行了研究。1實(shí)驗(yàn)1.1單體組分am/丙烯酰胺aa單體和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)藥品均為市售。使用的3組乳液預(yù)交聯(lián)聚合物微凝膠產(chǎn)品為:①M(fèi)GEL43#,單體組分:丙烯酰胺(AM)/丙烯酸(AA)=1/1;②MGEL49#,單體組分:丙烯酰胺(AM)/丙烯酸(AA)=3/1;③MGEL52#,單體組分:丙烯酰胺(AM)/甲基丙烯酸-2-N,N-二甲氨乙酯(DMAEMA)=3/1。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1體視顯微鏡觀測(cè)被測(cè)樣品是用白油稀釋的未溶脹微凝膠懸浮液和用清水加反相劑配制的溶脹微凝膠懸浮液。將樣品轉(zhuǎn)移至干凈載玻片,用放大倍數(shù)為3.25～225的體視顯微鏡觀測(cè)。根據(jù)像素與尺寸標(biāo)定結(jié)果(粒徑(μm)=1.571×像素)計(jì)算粒徑,取10個(gè)顆粒直徑平均值為粒徑。1.2.2長(zhǎng)期穩(wěn)定性考察監(jiān)測(cè)吸水溶脹后微凝膠懸浮液的黏度變化,可研究微凝膠的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。懸浮液黏度測(cè)定的重現(xiàn)性具有一定局限性,但微凝膠的解交聯(lián)、降解等過(guò)程會(huì)導(dǎo)致懸浮液黏度的明顯變化,可定量表征。1.2.3巖心滲透率測(cè)定采用尺寸為?2.5cm×8cm的膠結(jié)石英砂巖心,滲透率為0.045～10D,分別測(cè)定1%未溶脹微凝膠白油懸浮液和1%溶脹微凝膠清水懸浮液在不同滲透率巖心中的平衡注入壓力。1.2.4膠處理工藝對(duì)壓力的測(cè)定采用上述同類(lèi)巖心,測(cè)定剩余油飽和度下的平衡水驅(qū)壓力,然后進(jìn)行微凝膠處理(先注入0.1%反相劑溶液約0.2PV,再注0.2PV水,然后注入含1%未溶脹微凝膠的乳液0.4PV,放置5～10h后水驅(qū)),再在相同剩余油飽和度下測(cè)定平衡注入壓力,以二者之比值表征調(diào)整幅度。1.2.5巖心飽和水法采用單管或雙管膠結(jié)石英砂巖心(?2.5cm×10cm,滲透率為0.04～9.6D),將巖心飽和水,測(cè)定孔隙度和水相滲透率。油驅(qū)水至建立束縛水后,水驅(qū)油至剩余油飽和度。接著注入調(diào)驅(qū)段塞,放置5～10h,讓微凝膠充分吸水溶脹。水驅(qū)至含水100%達(dá)到壓力平衡,獲得微凝膠調(diào)驅(qū)的驅(qū)油效率。2預(yù)交聯(lián)聚合物微凝膠本文利用反相乳液聚合由單體合成了具有一定粒徑分布的微米級(jí)乳液預(yù)交聯(lián)聚合物微凝膠(固含量約為40%～45%),通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究這種新型調(diào)驅(qū)劑的應(yīng)用性能、在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律和驅(qū)油效率。2.1用量對(duì)粒徑的影響由圖1可見(jiàn),溶脹微凝膠的圖像較清晰,顆粒呈圓形,粒徑大小不均,均值為45μm。未溶脹微凝膠粒徑小得多,圖像清晰度略差,但也可測(cè)出其粒徑,其均值為7.6μm。將顆粒近似為球狀,計(jì)算得溶脹比約為208,所以這種微凝膠有很強(qiáng)的吸水能力。在微凝膠MGEL43#中,第二單體(丙烯酸(AA))含量增加導(dǎo)致粒徑略增(未溶漲時(shí)7～13μm,溶漲后40～60μm)。在微凝膠MGEL52#中,分子量較大的第二單體(甲基丙烯酸-2-N,N-二甲氨乙酯(DMAEMA))使粒徑增幅較大(未溶漲時(shí)40～70μm,溶漲后120～250μm)。2.2反相劑用量調(diào)節(jié)無(wú)反相劑時(shí)微凝膠在水中基本不溶脹,所以控制微凝膠的吸水溶脹過(guò)程是其應(yīng)用的重要步驟。在吸水溶脹過(guò)程中,微凝膠懸浮液的黏度隨溶脹程度加大而升高,然后體系達(dá)到平衡,因此可測(cè)定黏度以表征微凝膠的溶脹度。圖2是反相劑用量對(duì)5%微凝膠(MGEL49#)溶脹過(guò)程的影響。由圖可見(jiàn),反相劑用量大于120mg/L后,便可使微凝膠懸浮液在3～6h之內(nèi)反相吸水溶脹達(dá)到最高黏度。反相劑用量小于120mg/L時(shí)反相溶脹過(guò)程變慢,例如反相劑用量為30mg/L時(shí),1d后體系才能達(dá)到部分溶脹平衡。所以,調(diào)節(jié)反相劑用量可控制溶脹速度,反相劑濃度較低時(shí),溶脹需要一定的時(shí)間;當(dāng)濃度達(dá)到一定值后反相作用效果不變?，F(xiàn)場(chǎng)使用微凝膠可采用兩種注入方式:其一為隔離段塞注入,包括0.1PV反相劑、0.1～0.2PV清水隔離段塞和0.01～0.1PV微凝膠段塞,多孔介質(zhì)的色譜作用可使微凝膠在油藏深部與反相劑混合;其二為微凝膠和反相劑同時(shí)注入,但必須控制反相劑用量,使微凝膠緩慢溶脹。實(shí)驗(yàn)表明:溶脹微凝膠懸浮液的黏度隨溫度升高而降低;但礦化度上升時(shí),懸浮液黏度先大幅度下降然后部分升高,拐點(diǎn)在1%NaCl處。該現(xiàn)象與聚丙烯酰胺(HPAM)的黏度-礦化度關(guān)系曲線(xiàn)不同,有待進(jìn)一步探索。HPAM溶液在60℃、靜態(tài)不除氧條件下老化30d,黏度損失率達(dá)70%～90%。在60℃、有氧、流動(dòng)剪切(在恒溫水浴中以125rpm振蕩)條件下進(jìn)行了溶脹微凝膠的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),將MGEL43#和MGEL49#分別配制成5%和10%的懸浮液,測(cè)定其黏度與老化時(shí)間的關(guān)系(見(jiàn)圖3)。實(shí)驗(yàn)初期微凝膠懸浮液仍在吸水溶脹,體系黏度上升;充分溶脹后,隨著動(dòng)態(tài)老化時(shí)間的延長(zhǎng),黏度略有降低。微凝膠懸浮液黏度在老化過(guò)程中的損失率為10%～30%,說(shuō)明在較苛刻的動(dòng)態(tài)剪切、有氧、高溫條件下,微凝膠沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重的降解和解交聯(lián),即交聯(lián)作用提高了微凝膠的化學(xué)穩(wěn)定性。2.3天然巖心油田取樣的孔喉直徑為了研究微凝膠在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律,測(cè)定了不同類(lèi)型巖心的壓汞孔喉半徑和鑄體薄片孔隙半徑。在常見(jiàn)的滲透率范圍(0.8～1.6D)內(nèi),天然巖心(大慶油田取樣)的孔喉直徑均值為11～16.4μm、孔隙直徑均值為74～82μm;石英砂膠結(jié)人造巖心的孔喉直徑均值為8～11μm、孔隙直徑均值為104～114μm。2.3.1未溶脹微凝膠注入性試驗(yàn)用不同滲透率石英砂膠結(jié)巖心分別進(jìn)行未溶脹微凝膠-白油懸浮液的注入性試驗(yàn)(見(jiàn)圖4)。圖中實(shí)線(xiàn)為白油的注入壓力變化,虛線(xiàn)為用白油攜帶未溶脹1%MGEL49#的注入壓力變化,試驗(yàn)過(guò)程中,巖心束縛水約為20%～27%。在注入未溶漲微凝膠過(guò)程中,未出現(xiàn)巖心端面堵塞,其注入壓力反而比白油的注入壓力低。這可能是注入過(guò)程中束縛水降低、油相滲透率增大造成。試驗(yàn)說(shuō)明,粒徑范圍為5～11μm的未溶脹微凝膠在油攜帶下可順利注入滲透率范圍為0.4～10D的多孔介質(zhì),即未溶漲微凝膠粒徑達(dá)到微米級(jí),可進(jìn)入孔喉直徑大于10μm的多孔介質(zhì)。另外,微凝膠是軟性顆粒,遇外力作用易形變,在驅(qū)動(dòng)力作用下能形變通過(guò)小于其粒徑的孔喉,這就是微凝膠的“變形蟲(chóng)”特征。在不同滲透率巖心的溶脹微凝膠(MGEL49#)-清水懸浮液的注入性試驗(yàn)中,注入壓力隨注入量(共注入10PV)增加而呈線(xiàn)性上升,滲透率越低注入壓力升高越快。以注入增壓梯度對(duì)滲透率作圖,在約1D處出現(xiàn)曲線(xiàn)拐點(diǎn),說(shuō)明當(dāng)巖心滲透率小于1D時(shí),粒徑均值為45μm的溶脹微凝膠不易進(jìn)入;當(dāng)巖心滲透率大于1D時(shí),部分溶脹后微凝膠借助于“變形蟲(chóng)”特性仍可蠕變通過(guò)。根據(jù)上述滲透率與孔喉直徑的關(guān)系,這種溶脹微凝膠可在孔喉直徑大于10μm的多孔介質(zhì)中運(yùn)移,在顯微鏡下檢測(cè)高滲透率巖心的流出液,可見(jiàn)粒徑為8～25μm的微凝膠。2.3.2前后驅(qū)替壓力變化圖5是用0.1PV1%MGEL49#處理巖心(滲透率為4.689D)前后驅(qū)替壓力的變化,可見(jiàn)微凝膠處理大幅度調(diào)整了巖心滲透率,在剩余油飽和度相近時(shí),水驅(qū)壓力升高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。滲透率為0.4～10D的多組巖心試驗(yàn)顯示,隨著滲透率上升,滲透率的降低率從86.7%增至93.6%。2.3.3微凝膠聯(lián)合水驅(qū)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用微凝膠時(shí)應(yīng)盡量減少攜帶微凝膠油的用量,可采用注入高濃度小段塞甚至乳液產(chǎn)品原液的方式。在室內(nèi)可采用與聚合物驅(qū)相近的用量,但以高濃度小段塞方式注入。用單管巖心和并聯(lián)巖心進(jìn)行了微凝膠處理對(duì)采收率的影響試驗(yàn),均采用石英砂膠結(jié)巖心,參數(shù)見(jiàn)表1。單管巖心注入的微凝膠處理段塞包括:0.6%MGEL49#約0.05PV(相當(dāng)于聚合物驅(qū)的注入段塞:0.1%聚合物×0.3PV)、清水0.03PV和0.1%反相劑0.06PV。單管巖心的微凝膠處理可提高采收率8.9%(OOIP)。并聯(lián)雙管巖心的滲透率級(jí)差為3,水驅(qū)的特點(diǎn)是低滲部分的采收率很低,幾乎可忽略。雙管的水驅(qū)平衡采收率為22.7%(OOIP)。注入的微凝膠處理段塞包括:0.6%MGEL49#約0.06PV、清水0.03PV及0.1%反相劑0.08PV,再進(jìn)行水驅(qū),雙管的最終采收率為43.68%(OOIP)。并聯(lián)雙管巖心的微凝膠處理可提高采收率20.98%(OOIP)。乳液預(yù)交聯(lián)微凝膠具有選擇性封堵厚油層中出水層的能力。首先,可將未溶脹微凝膠-反相劑混合液用油攜帶注入油井的需處理層位,進(jìn)入的未溶脹微凝膠如果遇到水層則反相溶脹形成封堵,在油層中的微凝膠不會(huì)溶脹,可繼續(xù)運(yùn)移,從而達(dá)到選擇性堵水的目的。其次,乳液預(yù)交聯(lián)微凝膠的價(jià)格與普通HPAM相近,可用大劑量處理厚油層。與聚合物或預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒相比,乳液預(yù)交聯(lián)微凝膠具有如下特點(diǎn):①聚合物通過(guò)增黏,改善流度比,提高采收率;未溶脹的乳液預(yù)交聯(lián)微凝膠可在多孔介質(zhì)中運(yùn)移,在水流通道中溶脹后對(duì)高滲透層和裂縫形成封堵,迫使液流轉(zhuǎn)向,提高波及效率。②乳液預(yù)交聯(lián)微凝膠能進(jìn)入多孔介質(zhì),而預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒不能進(jìn)入。如果該技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成功,對(duì)我國(guó)油田油水同層的厚油層選擇性堵水將具有非常重要的意義。3溶脹微凝膠運(yùn)移匹配乳液預(yù)交聯(lián)聚合物微凝膠為具有“變形蟲(chóng)”特征的微米級(jí)軟性顆粒。在油攜帶下,未溶脹微凝膠(粒