纳米级微球调剖剂的性能评价及自聚集封堵特性

低渗透油藏孔喉细小、结构复杂,常规体膨性微球调剖剂存在注入与封堵性矛盾,难以实现深部调剖。为解决这一矛盾,以苯乙烯、丙烯酰胺为单体,采用乳液聚合法制备了表面富含酰胺基团的聚合物微球调剖剂（CSA）,向油藏中注入粒径小于孔喉直径的CSA微球分散溶液,运移到油藏深部后,在物理化学效应作用下微球自聚集成大尺寸的微粒簇,从而实现对流体通道的封堵。CSA微球具有低膨胀倍数,在向深部运移过程中能够有效避免剪切破碎;通过透射电镜可以观察到CSA微球在100 ℃老化35 d后,依然保持规则均匀的球形,热稳定性良好,并且微球具有核壳非均质结构。瓶试实验表明,随着阳离子浓度增加,CSA微球聚集时间逐渐缩短,并且二价阳离子的影响大于一价离子。岩芯驱替实验表明,CSA微球具有良好的注入性,聚集后的CSA微球团簇能够产生有效封堵并能运移至油藏深部起到调剖作用。     

双交联聚合物微球调剖剂研究

针对现有聚合物微球调剖剂普遍存在吸水膨胀过快的不足,采用化学性质稳定的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺与可降解型丙烯酸酯类交联剂制备了双交联聚合物微球调剖剂,通过丙烯酸酯类交联剂在一定pH值及温度下降的解特性,实现对聚合物微球溶胀性能的控制。在研究了交联剂、油溶剂、乳化剂、反应温度等条件对聚合物微球粒径和溶胀速率的影响的基础上,成功制备了初始粒径10~20μm双交联聚合物微球,其粒径分布集中,具有优异的耐剪切、耐盐性能,封堵效果明显,在油田堵水调剖领域具有潜在应用价值。     

孔喉尺度弹性微球的封堵性能研究

通过岩心封堵实验,全面研究了弹性微球的岩心封堵性能及其影响因素。研究表明,注弹性微球及后续注水时,注入压力及阻力系数均呈现“非连续波动式变化”特征,残余阻力系数是一次注水结束时的8倍,具有良好的运移能力和深部封堵性能;矿化度对其封堵性能影响较小;注入浓度、注入速度、弹性微球粒径/岩心孔喉直径比值、聚合物段塞对其封堵性能影响较大,且存在一个较佳的匹配范围;聚合物和弹性微球组合具有更好的封堵性能。     

纳微米聚合物球调驱特性及封堵的几何约束

"微球粒径越小,调驱效果越好"这一低渗透油藏现场聚合物微球调驱试验现象仅从孔喉尺寸匹配理论无法得到解释,为此采用岩心物理模拟驱油实验装置,评价了100 nm、800 nm、5μm(现有工艺可实现)3种粒径的聚合物微球在低渗透油藏的调驱效果,并从微球运移机理角度研究了后续水驱过程中压力异常的原因。实验结果表明:聚合物微球能够改变液流方向,抑制含水率的增长,100 nm、800 nm、5μm 3种聚合物微球提高低渗层采出程度分别为32.8%、23.7%、22.0%,100 nm聚合物微球调驱效果最好;产生异常低压的主要原因是5μm聚合物微球不满足进入孔喉的几何约束条件,进而在孔喉入口处聚集膨胀后产生渗流优势通道。     

聚合物微球调剖封堵渗流场可视化及矿场试验

聚合物微球是近年来发展起来深部调剖封堵材料,微球良好的弹性性能能够满足调剖剂注得进、堵得住、能运移的要求。室内实验和矿场试验结果表明,聚合物微球能有效封堵高渗条带,提高产油能力。从聚合物微球调剖封堵机理出发,抽象化建立聚合物微球调剖封堵流线模型。基于所建立的流线模型,模拟分析聚合物微球注入地层以后流线场的变化,流线的变化对注水井注入压力与采油井生产动态的影响,从流线场角度阐述聚合物微球调剖封堵机理。同时,聚合物微球矿场试验结果表明,注入聚合物微球能很好的抬升注入压力,提高井组产油能力。     

多孔介质中预交联凝胶颗粒渗流规律模拟

为了研究预交联凝胶颗粒(PPG)在多孔介质中的渗流规律,基于物质守恒定律建立反映预交联凝胶颗粒孔喉堵塞、堵塞颗粒变形重启动特性的PPG驱数学模型,并采用IMPES方法和四阶Runge-Kutta方法求解。结果表明:PPG可以在不伤害中、低渗部位前提下实现油藏深部调剖;PPG的注入速度和注入体积分数是影响调剖效果的重要因素;PPG粒径与孔喉直径的匹配性和临界压力是影响调剖效果的关键因素,粒径与孔喉直径之比和重启动临界压力较低时无孔喉堵塞,粒径与孔喉直径之比和重启动临界压力过高会造成储层伤害。     

纳米聚合物微球调驱封堵机理及现场试验

为了明确WQ纳米聚合物微球微观结构、粒径随时间的变化规律、调驱封堵机理以及现场应用效果,应用光学显微镜、扫描电镜、激光粒度仪、调驱封堵物理模拟实验等测试方法及手段并结合现场试验对WQ聚合物微球进行了系统研究。结果表明:随着水化时间延长,WQ纳米聚合物微球粒径逐渐增大,长链分子相互缠绕发生团聚作用,微球粒径出现分级;在不同的储层物性条件下,不同粒径微球调驱封堵效果差异很大,小粒径微球进入高渗层深部滞留、膨胀,增大了高渗层比表面积,降低了高渗层渗透率,其调驱适应性明显优于大粒径微球的调驱适应性。现场应用情况结果表明,姬塬油田B102区块5个井组单日总产油量增加5.2 t,综合含水率下降5%,调驱增产效果明显。     

聚合物与弹性微球二元复合段塞调剖效果研究

采用填砂管岩心流动实验,通过在模拟油层渗透率情况下测定一定浓度聚合物溶液、微球悬浮溶液、聚合物与弹性微球复合体系在岩心中调剖时的阻力系数变化过程,探究聚合物与弹性微球二元复合段塞的调剖效果。结果表明,弹性微球在注入过程中阻力系数呈波动式上升,具有很高的残余阻力系数,其调剖效果好于聚合物。聚合物/弹性微球二元复合段塞中,聚合物主要起到增加黏度的作用,携带微球溶液进入地层。微球溶液起到深部调剖的主导作用。实验得出聚合物(浓度500 mg/L)/弹性微球(浓度1 000～2 000 mg/L)的复合段塞调剖能够发挥较好的封堵效果。     

耐碱聚合物微球调剖技术在三元复合驱的应用

耐碱聚合物微球颗粒调剖剂为粒径可调的抗碱聚合物类颗粒调剖剂。通过聚合物携带注入地层,在地层大孔道里,形成以颗粒调剖为支撑体。通过有一定黏度的聚合物将其粘附于底层孔壁上,提高了封堵有效期和后驱注入液的波及系数。实验结果表明:耐碱聚合物微球颗粒调剖剂与三元液配伍性好,在多孔介质中具有可流动性。不但可调整注入井的吸液剖面,而且有一定的稳油控水作用。2010年在采油二厂三元复合驱南六区进行了6口井的现场试验,采用措施后连通油井见到了好的增油降水效果,连通油井累计增油6 424 t,投入产出比363:1 798.72=1:4.96。     

聚合物微球注入参数优化及运移规律研究

聚合物微球是油田广泛应用的一种深部调剖剂,为了解决聚合物微球现场注入参数问题,利用室内岩心封堵试验,以阻力因子和残余阻力因子为评价指标,优化了聚合物微球的注入浓度,注入量及注入方式.利用分段压差研究了聚合物微球在长岩心中的运移规律.结果表明:综合考虑聚合物微球性能与现场经济因素,聚合物微球的最佳注入浓度应为2000mg/L、最佳注入量为0.4PV、注入方式应采用连续注入方式.聚合物微球可以在岩心中不断地形成封堵和运移,其对岩心中部封堵能力最强,具有良好的深部调剖效果.     

注水中悬浮颗粒堵塞储层的影响因素分析

 注入水中悬浮颗粒能够严重堵塞油藏储层, 造成渗透率下降, 导致注水难、采油难。开展悬浮颗粒对储层伤害规律的研究, 对提高油田注水效果有着重要的指导作用。以5 种不同粒径的悬浮颗粒分别在3 种不同浓度溶液条件下, 对天然岩心进行室内流动实验。将粒径与喉道直径之比定义为匹配度, 流出液浓度与注入液浓度之比定义为相对浓度。结果表明:在岩心平均喉道直径0.94 μm、水测渗透率0.137×10^-3～0.235×10^-3 μm²条件下, 注入悬浮颗粒溶液后, 渗透率变小, 产生了堵塞。其中当匹配度小于0.777 时, 相对浓度大于0, 即部分颗粒能够贯穿岩心, 发生贯穿性堵塞;当匹配度大于0.777 时, 相对浓度为0, 即颗粒无法贯穿岩心, 发生浅部堵塞;在匹配度接近0.777 时, 为由贯穿性堵塞向浅部堵塞过渡阶段, 堵塞最严重。注入量与堵塞程度有较好的线性关系。建议油田在达到配注量的同时, 尽量减小注入水悬浮颗粒浓度, 保证悬浮颗粒粒径范围集中且匹配度远离临界值。     

聚合物驱不可入孔隙体积效应的室内研究及应用评价

基于聚合物互溶驱替和弥散渗流原理,利用双段塞浓度剖面法测定了聚合物溶液在长庆油田侏罗系延10储层6块岩心上的不可入孔隙体积(IPV),考察其对聚驱效果的影响。结果表明,聚合物溶液在6块岩心上的IPV值为20.6%~27.9%,平均为24.8%。岩心渗透率越高,IPV值越小,二者呈明显的线性负相关关系。IPV值与孔隙度无明显对应关系。不可入孔隙体积的大小反映聚合物分子线团与储层孔喉大小的匹配程度。M区块延10油藏聚合物驱试验结果表明,考虑聚合物驱过程中不可入孔隙体积效应的存在,在矿场注入工艺设计时适当提高注入量和增加前置保护段塞,有利于提升驱油效果。聚合物驱方案设计时考虑不可入孔隙体积效应是必要的。     

新型交联聚合物微球调驱性能研究

渤海油田地层具有高孔高渗、疏松脆弱、非均质性强的特点,部分井组存在注入水低效或无效循环、水窜加快和递减率大等问题。现场应用试验表明,新型交联聚合物微球P-90对该类储层具有更好的调驱效果。为更好分析和解释其调驱机理,采用扫描电镜、激光粒度仪、高温高压流变仪、微孔滤膜装置和一维物模流动装置等对P-90的基本理化性能与调驱能力进行了评价实验。结果表明,新型交联聚合物微球P-90溶胀效果好,水化溶胀后微球之间相互交联形成空间网状结构,粒径均匀分布并长期保持在15 μm,具有良好的耐温性及黏度保留率;对孔径5、10 μm微孔滤膜产生了有效封堵;新型交联聚合物微球P-90同时具备了聚合物凝胶交联网状结构与聚合物微球球形分散结构。其独特的微观结构对于非均质高孔高渗油藏有更好的改善作用,极大提高了封堵、驱油效率,可达到较好的深部调驱效果。     

纳微米聚合物颗粒驱油剂的表征及性能评价

 蒸馏沉淀聚合法制备AM/AA/MMA 聚合物颗粒,利用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和激光粒度仪进行表征,研究NaCl 质量浓度对聚合物颗粒水化膨胀性能的影响及水化时间对聚合物颗粒运移封堵性能的影响,并在不同渗透率的岩心中进行驱油实验。实验结果表明,AM/AA/MMA 聚合物颗粒为规则球形,干球粒径约为500 nm。随着水化时间增加,聚合物颗粒粒径逐渐增加,水化时间增至200 h 后,粒径基本不再增加。随着NaCl 质量浓度增加,聚合物颗粒的膨胀倍数逐渐减小,质量浓度由5 g/L 增至20 g/L,膨胀倍数减小了1.01。随着水化时间增加,聚合物颗粒对岩心的封堵作用增强,水化时间由24 h 增至120 h,岩心封堵率增大了40.62%。注入0.5 倍孔隙体积、质量浓度为1.5 g/L 的聚合物颗粒溶液段塞,可平均提高采收率9%以上,随着渗透率增加,提高的采收率逐渐增加,当渗透率大于50×10^-3 μm²后,提高的采收率基本不变。     

核磁共振研究聚合物微球调驱微观渗流机理

利用核磁共振研究聚合物微球调驱渗流机理,设计了不同粒径微球的注入实验,从微观角度分析了聚合物微球的驱油效果与驱油机理.对驱替后岩心不同直径孔隙内的流体分布进行了研究,得到了水驱、聚合物微球驱、后续水驱阶段驱出油的孔径范围以及剩余油分布.实验结果表明,聚合物微球调驱能够有效动用岩心中不同孔径中剩余油.不同尺寸聚合物微球对岩心的适应性不同,微米级微球主要适用于高渗岩心,纳米级微球主要适用于低渗岩心.     

基于酸碱溶胀法制备微米级中空聚合物微球的研究

通过种子乳液聚合法制备得到亲水核与核壳结构微球,采用酸碱溶胀法处理核壳微球,制备了微米级中空微球。扫描电子显微镜、透射电子显微镜等测试分析表明,单分散性的亲水核平均直径约465 nm;单分散的核壳微球表面略显粗糙,平均直径约560 nm,疏水壳层厚度约100 nm;微米级中空微球的直径约1.20μm,中空度为21.6%,其单分散性与球形度良好。在亲水核聚合过程中,当m(MMA)/m(MAA)=1.771时,乳液反应体系稳定,得到亲水核微球的单分散性最好。     

纳微米聚合物颗粒分散体系微孔滤膜流动特征

为了评价纳微米聚合物颗粒分散体系在低渗透油藏中的流动特征,利用微孔滤膜模拟低渗透油藏的喉道,采 用激光粒度仪和微孔滤膜过滤装置,对其流动特征及其影响因素进行了研究。结果表明：水化时间小于120 h 时,聚 合物颗粒的封堵作用较强;水化时间大于120 h 后,聚合物颗粒逐级调驱能力增强;随着压力差增大,聚合物颗粒储层 深处逐级调驱的效果增强,压力差大于0.15 MPa 后,逐级调驱效果增加的速度明显加快;随着滤膜孔径减小,聚合物 颗粒过滤速度急剧降低,在0.45,0.80µm 微孔滤膜上粒径为1.68µm 聚合物颗粒具有很强的封堵能力,而在3.0 µm 微 孔滤膜上具有较强的储层深部逐级调驱效果;随着聚合物颗粒浓度增加,储层深部逐级调驱效果变弱,颗粒浓度增至 2.0 g/L 后,聚合物颗粒已经没有深部逐级调驱的效果。     

乳状液在岩心中运移的影响因素研究

为了研究乳状液在多孔介质中运移的影响因素及运移规律,了解乳状液对提高采收率的作用,利用长岩心作为模型进行驱替实验,研究了乳状液液滴粒径、液滴密度及运移速度对其运移规律的影响.结果表明,乳状液在孔喉中的宏观运移阻力是乳状液液滴对孔喉堵塞的累积结果.大液滴的乳状液在孔隙介质中运移阻力明显大于小液滴的乳状液.注入速度对乳状液在岩心中运移阻力影响较大,在粒径孔径匹配的条件下,存在一个临界注入速度,在临界速度下乳液在岩心中才能形成明显的封堵.速度太低,乳状液破乳严重,乳状液变形通过孔喉的能力强不容易封堵孔喉;速度太高,乳状液液滴被分散破碎、粒径变小不容易封堵孔喉.