聚合物微球在人造砾岩岩心中的运移性能

罗 强，唐 可，罗 敏，吴运强，宫兆波，刘新年，王凤清

（1.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

聚合物微球在人造砾岩岩心中的运移性能

罗 强1，唐 可1，罗 敏2，吴运强1，宫兆波1，刘新年1，王凤清1

（1.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

聚合物微球是一种可改善油藏非均质性、提高水驱采收率的深部调剖剂。采用多点测压人造砾岩岩心实验和产出液中微球粒度分布测试相结合的方法，研究了粒度分布呈双峰的聚合物微球体系在2种渗透率的人造砾岩岩心中的运移性能。研究结果表明，聚合物微球在渗透率为0.295 7和0.634 5 μm2的人造砾岩岩心中具有较好的注入性能，且最大阻力系数分别为5.3和8.5；粒度超过16 μm的聚合物微球难以通过渗透率为0.295 7 μm2的人造砾岩岩心，其产出液中微球粒度呈单峰分布特征，峰值为5 μm；而渗透率为0.634 5 μm2的人造砾岩岩心产出液中微球粒度呈双峰分布特征，峰值分别为7和150 μm，粒度超过450 μm的聚合物微球难以通过。

聚合物微球人造砾岩岩心阻力系数粒度分布运移

针对隔夹层发育不完全和长期水驱开发导致油藏深部水流优势通道发育造成的注入水无效循环的问题，须通过深部液流转向技术来提高水驱效果。适合深部液流转向技术的化学剂主要包括聚合物溶液及其弱凝胶［1-2］、CDG［3-4］、柔性颗粒［5］和聚合物微球［6-7］等。其中，聚合物微球因具有耐温、耐矿化度能力强，粒度小，以水为携带介质，有较好的分散性，不需专门的注入设备即可实现在线注入等优点而备受关注。随注入水进入油层后，大量的聚合物微球广泛分布于岩石孔隙中。在近井地带，多个聚合物微球的堆积可封堵大孔道使水绕流。当压差增大时，聚合物微球产生弹性变形，可通过喉道继续向油层深部运移；在油层深部，由于压差作用较小，聚合物微球在孔隙内滞留，堵塞孔隙通道，从而实现深部液流转向的作用。聚合物微球在油藏岩石孔隙中运移—封堵—再运移—再封堵的过程中，不断改变岩石中注入流体的流动方向，有效增大了油层尤其是深部和油井附近油层聚合物微球的波及体积。

目前，聚合物微球的研究主要包括聚合物微球的合成、性能评价和其在岩心中的运移、封堵、驱油机理以及现场应用［8-14］等方面。贾晓飞等采用多点测压分析了聚合物微球在岩心中的封堵—运移—再封堵过程［15-16］。姚传进应用激光粒度分析仪测得聚合物微球平均粒径，并与岩心的平均孔喉直径之间建立了粒度匹配系数，研究了聚合物微球在岩心中的运移和封堵性能［17］。但这些研究均未通过测定产出液中聚合物微球的粒度分布来定量分析其在岩心中的运移性能。因此，笔者采用多点测压人造砾岩岩心实验和产出液中聚合物微球粒度分布测试相结合的方法，定量描述聚合物微球在不同渗透率人造砾岩岩心中的运移性能。

1 实验材料与方法

聚合物微球溶液配制和人造砾岩岩心注入水为克拉玛依油田七区注入水，曝氧后用1层孔径为3 μm的醋酸纤维素滤膜过滤；聚合物微球溶液的质量浓度为1 000 mg/L，粒度分布为双峰特征，峰值为5和224 μm；三点测压岩心夹持器的3个测压点分别设置在注入端（压力为p1）、人造砾岩岩心的1/3处（压力为p2）和2/3处（压力为p3），并把人造砾岩岩心从注入端开始分为前段、中段和后段。人造砾岩岩心基本参数见表1。整个实验为恒速注入，流量为1 mL/min。实验温度为室温。

表1 人造砾岩岩心基本参数

聚合物微球溶液及产出液中聚合物微球粒度分布采用激光粒度分析仪Mastersizer2000在室温下测定，搅拌转速为1 000 r/min；根据聚合物阻力系数计算公式［18］，计算聚合物微球溶液的阻力系数，即

式中：RFm为聚合物微球溶液的阻力系数；Δpm为注聚合物微球溶液时的压差，MPa；Δpw为注水时的压差，MPa。

2 实验结果分析

2.1 聚合物微球在人造砾岩岩心中的注入性能

分别在人造砾岩岩心1和2中注入相同孔隙体积倍数的聚合物微球溶液，记录注入过程中各点的压力变化。由实验结果（图1）可知，2块人造砾岩岩心各测压点的压力随聚合物微球注入孔隙体积倍数的增加而增大。其中，人造砾岩岩心1注水平衡时p1约为0.045 MPa，随着聚合物微球溶液的注入，注入压力快速上升并伴有波动现象，当注入至27倍孔隙体积时，压力升高到0.24 MPa（图1a）；而人造砾岩岩心2注水平衡时p1为0.02 MPa，随着聚合物微球溶液的注入，人造砾岩岩心的注入压力也随注入孔隙体积倍数的增加持续上升并伴有波动，注入至27倍孔隙体积时，压力增至0.17 MPa（图1b）。注入实验结果表明，聚合物微球溶液在2种渗透率人造砾岩岩心中均具有较好的注入性能，其最大阻力系数分别为5.3和8.5。

图1 人造砾岩岩心在不同测压点的压力随注入孔隙体积倍数的变化

2.2 产出液中聚合物微球粒度分布

为了进一步定量研究运移性能与聚合物微球粒度之间的关系，采用激光粒度分析仪Mastersiz⁃er2000对产出液中聚合物微球粒度进行检测分析。分别收集不同孔隙体积倍数的人造砾岩岩心产出液，由人造砾岩岩心1的实验结果（图2a）可知，相对于注入前溶液中聚合物微球粒度分布的双峰特征，人造砾岩岩心1的产出液呈单峰特征，粒度为0.4～16 μm，即只有峰值为5 μm的峰，而峰值为224 μm的峰没有出现。且峰值为5 μm的聚合物微球粒度分布范围从初始的0.7～42 μm变为0.4～16 μm；同时峰值的体积分数由4.47%升至7.91%。由此可见，粒度大于16 μm的聚合物微球难以通过渗透率为0.295 7 μm2的人造砾岩岩心。

图2 人造砾岩岩心产出液中聚合物微球粒度分布

由人造砾岩岩心2的实验结果（图2b）可知，当注入5倍孔隙体积的聚合物微球溶液时，产出液中聚合物微球的粒度分布也呈现单峰特征，其粒度为0.5～28 μm，即只有峰值为5 μm的峰，而峰值为224 μm的峰亦未出现。当注入15倍孔隙体积时，产出液中聚合物微球的粒度分布呈双峰特征，第1个峰的粒度为0.6～25 μm，峰值为5 μm；而第2个峰的粒度为74～390 μm，峰值为170 μm。当注入25倍孔隙体积时，仍表现为双峰特征，第1个峰的粒度保持不变，但峰值上升为7 μm；第2个峰的粒度为49～450 μm，峰值降至150 μm。

对比注入5，15和25倍孔隙体积的产出液中聚合物微球粒度峰值体积分数可知，第1个峰的峰值体积分数分别为8.82%，8.43%和6.17%，呈下降趋势，表明较小粒度的聚合物微球所占比例减少；第2个峰的峰值体积分数从15倍孔隙体积的1.81%增至25倍孔隙体积的3.5%，表明通过人造砾岩岩心的较大粒度聚合物微球所占比例增大。由此可见，当注入孔隙体积倍数小于5时，粒度小于28 μm的聚合物微球可优先通过人造砾岩岩心，随着注入孔隙体积倍数和压力的增加，粒度小于450 μm的聚合物微球也可以通过人造砾岩岩心，而粒度大于450 μm的聚合物微球较难通过渗透率为0.634 5 μm2的人造砾岩岩心。

2.3 聚合物微球在人造砾岩岩心中的运移性能

结合图1a和图2a可知，粒度为50～678 μm的聚合物微球大量滞留在人造砾岩岩心1的前段，而粒度为0.4～16 μm的聚合物微球可以运移到中段，从而导致p1和p2都升高，但p1的上升幅度更大。随着注入孔隙体积倍数的增加，粒度为0.4～16 μm的聚合物微球出现在产出液中。由于渗透率为0.295 7 μm2人造砾岩岩心的孔喉半径相对较小，致使粒度超过16 μm的聚合物微球难以通过。

由图1b和图2b可知，在聚合物微球注入初期（注入0～5倍孔隙体积），粒度为50～678 μm的聚合物微球大量滞留在人造砾岩岩心2的前段，导致p1大幅度升高；而粒度为0.5～28 μm的聚合物微球可以较为顺利地通过整个人造砾岩岩心，所以p2和p3都有一定程度的升高。随着注入孔隙体积倍数的增加（注入5～15倍孔隙体积），粒度为74～390 μm的聚合物微球在压力的作用下变形通过人造砾岩岩心，从而导致p2和p3进一步升高。随着聚合物微球的继续注入（注入15～25倍孔隙体积），大量的大粒度聚合物微球（粒度超过450 μm）在人造砾岩岩心的前段聚集，并缓慢向中段运移，从而导致p1和p2也持续上升。

实验结果表明小粒度的聚合物微球可以优先通过人造砾岩岩心，而较大粒度的聚合物微球在压差的作用下可变形通过人造砾岩岩心。

3 结束语

多点测压人造砾岩岩心实验结果表明，聚合物微球可以在渗透率为0.295 7和0.634 5 μm2的人造砾岩岩心中运移并产生封堵，其最大阻力系数分别为5.3和8.5。人造砾岩岩心产出液中聚合物微球的粒度分布检测结果进一步表明，粒度小于16 μm的聚合物微球可以通过渗透率为0.295 7 μm2的人造砾岩岩心，而粒度超过450 μm的聚合物微球难以通过渗透率为0.634 5 μm2的人造砾岩岩心。研究结果可为砾岩油藏聚合物微球调驱试验的聚合物微球粒径的选择提供依据。

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编辑刘北羿

TE357.431

A

1009-9603（2014）01-0063-03

2013-11-17。

罗强，男，高级工程师，从事提高采收率技术研究。联系电话：（0990）6879153，E-mail：luoq33@petrochina.com.cn。

中国石油集团公司重大专项“新疆砾岩油藏深部调驱技术研究与应用”（2012E-34-07）。