渤海油田调驱用聚合物微球的制备及性能评价*

陈钉钉

(中海油能源发展股份有限公司，天津 300452)

我国大部分的油田经过长时间的注水开发后，目前大多已进入中、高含水开发阶段，注水开发的效果逐渐变差。部分非均质油藏经过注水开发后易出现水窜和水淹现象，采油井见水较早，并且含水率较高，整体采收率较低，水驱开发后仍有大量原油滞留在地层中[1-4]。因此，提高油藏水驱后的采收率成为各大油田需要解决的问题。

调剖堵水驱油技术能够有效封堵非均质油藏中的大孔喉，进而使后续注入水发生液流转向，对油藏中小孔隙中的原油产生更好的驱替效果，可以有效增大波及体积，提高原油的采收率。目前，油田常用的调驱体系主要包括聚合物冻胶、泡沫、凝胶、聚合物微球、体膨颗粒以及微生物类调驱剂等[5-9]。调剖堵水驱油技术在陆上油田均取得了较好的应用效果。海上油田的作业环境较特殊，部分适用于陆上油田的调驱体系无法在海上平台得到较好的应用。聚合物微球调驱技术与其他常规的调驱技术相比，具有粒径小、易注入、稳定性好、施工工艺简单及调驱效果好的优点，近年来在海上油田得到了较广泛的应用，并取得了良好的施工效果[10-14]。因此，笔者针对渤海油田非均质油藏采用常规调驱技术效果较差的问题，室内以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、长链疏水单体SD-2、表面活性剂司盘80和吐温80为主要原料，合成了一种适用于渤海油田调驱的聚合物微球PME-3，并对其综合性能进行了评价，以期为渤海油田的高效合理开发提供一定的技术支撑。

1 试验部分

1.1 主要试验原料及仪器

丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)，分析纯，安徽巨成精细化工有限公司；表面活性剂司盘80、吐温80，工业品，江苏省海安石油化工厂；过硫酸铵、亚硫酸钠、无水乙醇，分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂；长链疏水单体SD-2，实验室自制；模拟地层水(总矿化度为32 500 mg/L)；模拟注入水(总矿化度为42 050 mg/L)；储层原油(60 ℃下黏度为51.6 mPa·s，密度为0.942 g/cm3)；封堵性能评价试验用岩心为柱状人造岩心(长度均为7.0 cm，直径均为2.5 cm)；驱油效果评价试验用岩心为三层非均质人造岩心(30 cm×4.5 cm×4.5 cm)。

DF-101型实验室数显智能恒温水浴锅，上海羌强实业发展有限公司；SH-2型磁力搅拌器，常州市亿能实验仪器厂；CX33型生物显微镜，山东博科生物产业有限公司；RS600型流变仪，德国哈克(HAKKE)公司；CK-1型岩心抽真空饱和装置、HKY型多功能岩心驱替实验装置，海安县石油科研仪器有限公司。

1.2 聚合物微球PME-3的制备

称取一定量的AM、DMC及SD-2溶于蒸馏水中，搅拌均匀备用；再称取一定量的表面活性剂司盘80和吐温80于烧杯中，搅拌均匀；将混合表面活性剂溶液通过滴液漏斗缓慢加入到上述混合单体中，继续搅拌，再按比例加入一定量的引发剂溶液(过硫酸铵和亚硫酸钠混合)，升温至50 ℃左右，恒温反应5 h左右，停止搅拌，冷却至室温；然后将产物使用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤数次，抽滤、烘干、粉碎，即得到聚合物微球产品PME-3。

1.3 性能评价方法

1.3.1 膨胀性能评价

采用渤海某油田模拟注入水配制质量浓度为2 000 mg/L的聚合物微球PME-3溶液，然后将其放置在恒温干燥箱中，温度设置为60 ℃，放置不同时间后取出，使用生物显微镜测定聚合物微球的尺寸大小，并与初始尺寸相比，计算其膨胀倍数，以此评价聚合物微球PME-3的膨胀性能。

1.3.2 增黏性能和黏弹性能评价

采用渤海某油田模拟注入水配制不同质量浓度的聚合物微球PME-3溶液，将其在60 ℃下放置24 h后，使用RS600型流变仪测定其黏度值，以此评价聚合物微球PME-3的增黏性能；在一定的剪切应力条件下测定其储能模量G'和损耗模量G″，以此评价聚合物微球PME-3的黏弹性能。

1.3.3 封堵性能评价

①选取不同渗透率的人造岩心饱和模拟地层水，并测定其孔隙体积；②使用渤海油田模拟注入水驱替岩心，流速为0.5 mL/min，直至压力稳定，记录此时的稳定压力p0；③再以相同的流速注入不同孔隙体积倍数(PV)的聚合物微球PME-3溶液，微球质量浓度均为2 000 mg/L，关闭岩心夹持器的进出口阀门，在60 ℃下恒温放置6 d，等待聚合物微球膨胀；④继续使用模拟注入水驱替岩心，驱替流速同上，直至驱替压力再次达到稳定，记录此时的稳定压力p1，并计算聚合物微球溶液的封堵率φ=(p1-p0)/p1。

1.3.4 驱油效果评价

使用三层非均质人造岩心评价聚合物微球PME-3的驱油效果，具体试验步骤为：①将岩心使用模拟地层水饱和，并测定其孔隙体积；②继续使用储层原油饱和上述岩心，然后在60 ℃下恒温老化24 h；③采用渤海油田模拟注入水驱替岩心，直至出口端不产油为止，计算水驱油的采收率；④继续注入不同PV数的聚合物微球PME-3溶液，微球质量浓度均为2 000 mg/L，关闭岩心夹持器的进出口阀门，在60 ℃下恒温放置6 d；⑤再次使用模拟注入水驱替岩心，直至出口端不产油为止，记录最终采收率，并计算出聚合物微球驱提高采收率的幅度。试验驱替流速均为0.5 mL/min。

2 结果与讨论

2.1 膨胀性能

按照1.3.1中的试验方法，评价了聚合物微球PME-3的膨胀性能，试验结果见图1。

图1 聚合物微球PME-3膨胀倍数与时间的关系

由图1可见：随着膨胀时间的不断延长，聚合物微球PME-3的膨胀倍数不断增大。在前150 h内，聚合物微球PME-3的膨胀倍数增速较快；而当膨胀时间大于150 h后，膨胀倍数的变化幅度减小。当膨胀时间为200 h时，聚合物微球PME-3的膨胀倍数最高可以达到12倍以上，表明开发的聚合物微球PME-3具有较好的膨胀性能。

2.2 增黏性能

按照1.3.2中的试验方法，评价了聚合物微球PME-3的增黏性能，试验结果见图2。

由图2可见：随着聚合物微球PME-3溶液质量浓度的不断增大，其表观黏度值逐渐增大。当聚合物微球PME-3溶液质量浓度小于2 000 mg/L时，溶液黏度值增速较慢；而当聚合物微球PME-3溶液质量浓度大于2 000 mg/L时，溶液的黏度值增速急剧加快。当聚合物微球PME-3溶液质量浓度为2 000 mg/L时，溶液的黏度值就可以达到250 mPa·s以上，而当聚合物微球PME-3溶液质量浓度为4 000 mg/L时，溶液的黏度值则可以升高至4 500 mPa·s以上，表明研制的聚合物微球PME-3具有较好的增黏性能。

图2 聚合物微球PME-3溶液黏度与浓度的关系

2.3 黏弹性能

按照1.3.2中的试验方法，评价了聚合物微球PME-3的黏弹性能，聚合物微球PME-3的质量浓度为2 000 mg/L，试验频率为0.1～10 Hz，试验结果见图3。

图3 聚合物微球PME-3溶液的黏弹性能

由图3可见：当频率为0.1～10 Hz时，聚合物微球PME-3溶液的储能模量G'总是大于损耗模量G″，表明聚合物微球PME-3溶液的黏弹性能较强。这是由于聚合物微球PME-3分子结构中的长链疏水单体能够产生一定的分子间缔合作用，聚合物微球吸水膨胀后可以形成更加稳定的网状结构，使其在外力作用下可以表现出比较强的弹性特征。

2.4 封堵性能

按照1.3.3中的试验方法，评价了聚合物微球PME-3的封堵性能，所用不同渗透率的岩心分别为低渗岩心(渗透率在0.01 μm2左右)、中渗岩心(渗透率在0.5 μm2左右)、高渗岩心(渗透率在1 μm2左右)。试验结果见表1。

表1 聚合物微球PME-3溶液的封堵性能

由表1可见：对于相同渗透率级别的岩心而言，随着聚合物微球PME-3溶液注入PV数的增大，封堵率逐渐增大；而当注入相同PV数的聚合物微球PME-3溶液时，渗透率越低，封堵率越大。当聚合物微球PME-3溶液注入PV数为0.5时，其对低渗岩心、中渗岩心和高渗岩心的封堵率均可以达到95%以上，此时聚合物微球PME-3溶液的封堵性能比较强，因此，综合考虑封堵效果和现场应用成本，聚合物微球PME-3溶液的最佳注入PV数优选0.5。

2.5 驱油效果

按照1.3.4中的试验方法，评价了聚合物微球PME-3的驱油效果，试验用岩心为三层非均质人造岩心，试验结果见表2。

表2 聚合物微球PME-3溶液的驱油效果

由表2可见：5块岩心的水驱采收率基本均在45%左右，而随着聚合物微球PME-3溶液注入PV数的不断增大，聚合物微球PME-3驱提高采收率的幅度呈现出先增大后减小的趋势。当聚合物微球PME-3溶液注入PV数为0.5时，其提高采收率的幅度最大，可以达到26.7%，其最终采收率可以达到70%以上。继续增大聚合物微球PME-3溶液的注入PV数，提高采收率的幅度反而逐渐降低，这是由于随着聚合物微球PME-3溶液注入PV数的不断增大，其对岩心孔隙的封堵能力逐渐增强，进而可以有效封堵高渗层，达到调整吸水剖面，增大波及体积的目的。当聚合物微球PME-3溶液注入PV数达到一定程度时，其不仅会对高渗层产生有效的封堵，也会对中、低渗层位产生较强的封堵作用，进而影响了后续注入流体的驱油效果。因此，在渤海油田现场调驱过程中，应选择合适的聚合物微球浓度和注入PV数，以最大限度地提高油藏采收率。

3 结论

1)以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、长链疏水单体SD-2、表面活性剂司盘80和吐温80为主要原料，合成了一种适合渤海油田调驱的聚合物微球PME-3。

2)聚合物微球PME-3具有良好的膨胀性能，200 h的膨胀率可以达到12倍以上；聚合物微球PME-3具有良好的增黏性能和黏弹性能，当其质量浓度为2 000 mg/L时，溶液的黏度值就能达到250 mPa·s以上，并且在频率为0.1～10 Hz，其储能模量G'总是大于损耗模量G″；聚合物微球PME-3还具有良好的封堵性能和驱油效果，当其注入PV数为0.5时，对低渗岩心、中渗岩心和高渗岩心的封堵率均可以达到95%以上，并且在岩心水驱油结束后继续注入0.5 PV的聚合物微球PME-3溶液，采收率继续提高26.7%，表明开发的聚合物微球PME-3能够较好地适应渤海油田调驱施工作业的需要。