纳米聚合物微球调剖剂的性能评价.pdf
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1、纳纳米聚合物微球调剖剂的性能评价刘江涛1 关小旭2 贺桃娥3 钟小红2 易荣军4 李艺4 周明41.中国石化新疆新春石油开发有限责任公司 2.西南石油大学国家大学科技园3.重庆市南川区生态环境监测站 4.西南石油大学新能源与材料学院 摘要:目的 针对含有裂缝性低渗透油藏采用常规调剖剂封堵能力有限,调整吸水剖面效果差的实际工程问题,利用以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMP S)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMD AA C)为单体的纳米聚合物微球P A D C-1作为调剖剂,以提高低渗透油藏采收率。方法 采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、高温流变仪、岩心流动驱替实验装置等对聚合
2、物微球的性能进行了评价,探讨了聚合物微球在高温、高盐、低渗透油藏调驱的适用性。结果P A D C-1的球形度较好,粒径分布窄,平均粒径为8 5.8n m,具有良好的分散性和黏弹性;P A D C-1吸水后快速膨胀,且随着温度升高,溶胀倍数呈现增大趋势,耐温能力在1 2 0以上,耐盐能力达1.81 05m g/L,对不同渗透率岩心的采收率平均提高1 3.4 6%。结论P A D C-1纳米级聚合物微球通过吸水膨胀能有效改善不同渗透率地层的分流率,从而提高低渗透油藏的采收率。关键词:调剖;封堵;聚合物微球;纳米;低渗D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 7-3 4 2
3、 6.2 0 2 3.0 4.0 1 3 引用格式:刘江涛,关小旭,贺桃娥,等.纳米聚合物微球调剖剂的性能评价J.石油与天然气化工,2 0 2 3,5 2(4):7 7-8 2.L I UJT,G UA NXX,H ETE,e t a l.P e r f o r m a n c e e v a l u a t i o no f n a n o-p o l y m e rm i c r o s p h e r ep r o f i l e c o n t r o l a g e n tJ.C h e m i c a l E n g i n e e r i n go fO i l&G a s,2
4、0 2 3,5 2(4):7 7-8 2.P e r f o r m a n c e e v a l u a t i o no fn a n o-p o l y m e rm i c r o s p h e r ep r o f i l e c o n t r o l a g e n tL i uJ i a n g t a o1,G u a nX i a o x u2,H eT a o e3,Z h o n gX i a o h o n g2,Y iR o n g j u n4,L iY i4,Z h o uM i n g41.S i n o p e cX i n j i a n gX i n
5、 c h u nP e t r o l e u mD e v e l o pm e n tC o.,L t d.,D o n g y i n g,S h a n d o n g,C h i n a;2.S o u t h w e s tP e t r o l e u mU n i v e r s i t yN a t i o n a lU n i v e r s i t yS c i e n c eP a r k,C h e n g d u,S i c h u a n,C h i n a;3.C h o n g q i n gN a n c h u a nD i s t r i c tE c
6、o l o g i c a lE n v i r o n m e n tM o n i t o r i n gS t a t i o n,C h o n g q i n g,C h i n a;4.S c h o o l o fN e wE n e r g ya n dM a t e r i a l s,S o u t h w e s tP e t r o l e u mU n i v e r s i t y,C h e n g d u,S i c h u a n,C h i n aA b s t r a c t:O b j e c t i v eI nv i e wo f t h ep r
7、a c t i c a l e n g i n e e r i n gp r o b l e m so f t h e l i m i t e dp l u g g i n gc a p a c i t yo fc o n v e n t i o n a lp r o f i l ec o n t r o la g e n t f o rl o w p e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r sw i t hf r a c t u r e sa n dt h ep o o re f f e c to fa d j u s t i n gt h e w a
8、t e ri n j e c t i o np r o f i l e,n a n o-p o l y m e rm i c r o s p h e r eP A D C-1u s i n ga c r y l a m i d e(AM),2-a c r y l a m i d o-2-m e t h y l p r o p a n e s u l f o n i c a c i d(AMP S)a n dd i m e t h y l d i a l l y l a mm o n i u mc h l o r i d e(DMD AA C)a sm o n o m e r s i su s
9、e da sp r o f i l ec o n t r o l a g e n t t o i m p r o v e t h er e c o v e r yo f l o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r s.M e t h o d sT h ea p p l i c a b i l i t yo fp o l y m e rm i c r o s p h e r e i np r o f i l e c o n t r o l a n d f l o o d i n gw e r e t e s t e db ym i c r o s
10、c o p e,l a s e rp a r t i c l e s i z ea n a l y z e r,h i g ht e m p e r a t u r er h e o m e t e ra n dc o r e f l o wd i s p l a c e m e n te x p e r i m e n t a ld e v i c e.T h ea p p l i c a b i l i t yo fp o l y m e rm i c r o s p h e r e i np r o f i l ec o n t r o la n df l o o d i n go fh
11、 i g ht e m p e r a t u r e,h i g hs a l i n i t ya n dl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r sw a sd i s c u s s e d.R e s u l t sT h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tP A D C-1h a sg o o dd i s p e r s i o na n dv i s c o e l a s t i c i t yf o rt h ep r o p e r t i e so fg
12、 o o ds p h e r i c i t y,n a r r o wp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n,a v e r a g ep a r t i c l es i z eo f 8 5.8n m.P A D C-1s w e l l sr a p i d l ya f t e ra b s o r b i n gw a t e r,a n dt h es w e l l i n gr a t i o i n c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo ft e m p e r a t u
13、 r e.P A D C-1h a sat e m p e r a t u r et o l e r a n c eo fm o r et h a n1 2 0 a n das a l tt o l e r a n c eo f1.81 05m g/L,t h ea v e r a g eo i lr e c o v e r yo f c o r e sw i t hd i f f e r e n tp e r m e a b i l i t yi n c r e a s e sb y1 3.4 6%.C o n c l u s i o n sN a n o-p o l y m e rm i
14、c r o s p h e r eP A D C-1c a ne f f e c t i v e l yi m p r o v e t h ed i v e r s i o nr a t eo fd i f f e r e n tp e r m e a b i l i t yf o r m a t i o n sb yw a t e ra b s o r p t i o na n de x p a n s i o n,t h e r e b yi m p r o v i n gt h er e c o v e r ye f f i c i e n c yo f l o wp e r m e a
15、 b i l i t yr e s e r v o i r s.K e y w o r d s:p r o f i l ec o n t r o l;p l u g g i n g;p o l y m e rm i c r o s p h e r e;n a n o;l o wp e r m e a b i l i t y 随着常规调堵措施轮次的增加,近井地带剩余油饱和度下降,增油效果变差,需要通过深部调堵才能更有效地调整、改善油藏的非均质性,提高注入液体波及系数,从而提高注水采油阶段的原油采收率1-4。聚合物微球技术是近几年发展起来的一种新型深部调堵技术5-7。该技术依靠纳/微米级遇水膨胀聚
16、合物微球逐级封堵地层孔喉来实现逐级深部调堵效果8-1 0。该体系具有黏度低,可污水配制、在线注入等优点1 1-1 3。将聚合物微球制备成纳米级别,可进一步改善低渗油藏的深部调驱效果。长庆油田采用纳米聚合物微球进行77 石 油 与 天 然 气 化 工 第5 2卷 第4期 CHEM I C A LE N G I N E E R I NGO FO I L&G A S 作者简介:刘江涛,1 9 8 2年生,硕士,高级工程师。2 0 0 8年毕业于中国石油大学(华东)油气井工程专业,主要从事钻采工艺技术研究与管理工作。E-m a i l:l i u j i a n g t a o s i n o p e
17、 c.c o m通信作者:贺桃娥,1 9 7 7年生,教授级高级工程师,主要从事环境工程及化学研究。E-m a i l:9 0 9 1 3 3 3 4 9q q.c o m深部调驱,在胡A长4+5低渗透油藏采用“小粒径、低浓度、长周期”的注入参数,调驱效果明显提升1 4。聚合物微球与一些具有功能单体的聚合物复配也是一种提高深部调驱效果的有效手段。赖南君1 5将聚丙烯酰胺微球与疏水缔合聚合物复配得到非均相复合体系,在高剪切速率下稳定性好,黏弹性高,较单独应用聚合物微球或疏水缔合聚合物更能在非均质岩心中建立较强的渗流阻力,从而提高低渗油藏采收率。目前,聚合物微球调驱剂种类较多,在开展低渗透油藏深部
18、调驱现场试验前需要进行适应性评价。为考查聚合物微球在延长低渗高温高盐地层中的调堵性能,对两性聚合物微球P A D C-1的调驱性能进行了系统评价,为现场应用提供依据。1 主要实验材料与仪器1.1 实验材料两性聚合物微球P A D C-1(实验室自备);K B r、无水C a C l2、N a C l和M g C l2,分析纯,成都市科龙化学试剂厂生产;模拟地层水,参照新疆油田某作业区地层水配制;原油,来自于新疆油田某作业区。两性聚 合 物 微 球P A D C-1以 丙 烯 酰 胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMP S)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMD AA C)为单体,采用反相微
19、乳液聚合法制备,分子结构中同时含有正、负电荷基团,具有明显的反聚电解质效应和等电点现象等7。1.2 实验仪器Z E I S SE V 0MA 1 5扫描电子显微镜,卡尔蔡司显微图像有限公司;HAAK E MA R S 高温流变仪,赛默飞世尔科技有限公司;M a s t e rs i z e r2 0 0 0激光粒度分析仪,英国马尔文仪器公司;岩心流动驱替实验装置,实验室组装。2 测试方法2.1 微球微观形貌与基本性能测试对聚合物微球的微观形貌、悬浮分散性、黏弹性、流变性进行测试,并以吸水膨胀倍数为指标,测试了聚合物微球的耐温耐盐性。2.2 剖面改善能力采用不同渗透率的岩心并联,以0.2m L/
20、m i n的流量进行水驱后,注入0.3P V质量浓度为20 0 0m g/L的聚 合 物 微 球 调 驱 剂,再 进 行 水 驱 至 含 水 率 达 到9 8%,测定调驱前后的相对产水量,考查并联岩心分流率变化情况。吸水剖面改善率为注入聚合物微球调驱后高、低渗透岩心吸水比之差与调驱前高、低渗透岩心吸水比的比值,其数值大小可以用来衡量调剖剂改善储层非均质性效果,按式(1)计算吸水剖面改善率。=(Qh 1Ql 1-Qh 2Ql 2)Qh 1Ql 1(1)式中:为剖面改善率,%;Qh 1为调驱前高渗透岩心吸水量,m L;Qh 2为调驱后高渗透岩心吸水量,m L;Ql 1为调驱前低渗透岩心吸水量,m
21、L;Ql 2为调驱后低渗透岩心吸水量,m L。2.3 驱油性测试在实验筛选的最佳注入参数基础上,选用不同渗透率的低渗透非均质岩心进行驱油效果评价实验,实验步骤如下:(1)选用不同渗透率的岩心,先饱和模拟地层水,测定岩心孔隙度和水测渗透率。(2)以0.2m L/m i n的流量向岩心中注入模拟原油,直至岩心出口端全部出油为止,记录过程中的总出水量Vo(即岩心孔隙油含量),根据式(2)计算岩心原始含油饱和度So。So=VoVp1 0 0%(2)式中:So为岩心含油饱和度,%;Vo为岩心孔隙中含油体积,m L;Vp为岩心的孔隙体积,m L。(3)用模拟地层水以相同流量驱替岩心,直至出口端不再出油为止
22、,记录过程中的总出水量、总出油量,根据式(3)计算水驱采收率Ro。Ro=V1Vo1 0 0%(3)式中:Ro为原油采收率,%;V1为累计采出油的体积,m L;Vo为岩心孔隙中含油体积,m L。(4)向岩心夹持器中注入一定量的聚合物微球分散液,在1 2 0下候膨4 8h,使其达到一定的膨胀封堵效果。(5)再次注入模拟地层水进行后续水驱至含水率达到9 8%,计算阶段采收率和采收率增幅。87刘江涛 等 纳米聚合物微球调剖剂的性能评价 2 0 2 3 3 结果与讨论3.1 S EM分析图1为两性P A D C-1微球的扫描电镜图像。从图1可看出,在放大3 00 0 0倍下,P A D C-1微球球形度
23、较好,粒径分布窄,由N a n oM e a s u r e m e n t软件分析计算得到微球粉末平均粒径约为8 5.8n m,属于纳米级,这与反相微乳液聚合产物粒径较小(2 01 0 0mm)一致。由于纳米级的聚合物微球表面自由能较高,使得聚合物微球趋于聚集,微球表面光滑。P A D C-1微球粒径小、表面光滑,运移时阻力较小,有利于微球运移至油藏深部,达到深部调驱的目的。3.2 悬浮分散性用模拟地层水(T D S为1.81 05m g/L)配制质量浓度为30 0 0m g/L的P A D C-1微球溶液,搅拌均匀后将其静置于密闭的透明试剂瓶中观察溶液悬浮分散状态,如图2所示。当P A D
24、 C-1微球乳液分散于模拟地层水时,呈淡黄色半透明黏稠液体,溶液稳定、均一,试剂瓶中未发现较大的微球沉淀与聚集。由于微球含有亲水单体AM、AMP S、DMD AA C,可以与水分子之间形成结合力较强的氢键,使得微球在水中快速水化,分散能力强,有利于现场配制。3.3 黏弹性在线性黏弹区域通过频率扫描实验,得到P A D C-1微球弹性模量G 和黏性模量G,测试结果见图3。从图3可看出,在温度为2 5、频率为0.11 0.0H z时,P A D C-1微球弹性模量和黏性模量成波动性变化,但弹性模量始终大于黏性模量,说明微球溶液以弹性为主。当振荡频率为1.0H z时,微球的弹性模量和黏性模量分别为5
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