聚合物微球的粒径影响因素及封堵特性

为了更好地推广和应用新型聚合物微球逐级深部调剖技术,对该技术的主体聚合物微球的粒径影响因素及封堵特性进行了研究。结果表明,适量的NaCl有助于微球的溶胀,Ca2+和Mg2+的存在会抑制聚合物微球的溶胀;总矿化度越高,微球膨胀速度越慢;温度越高,微球体系的膨胀速度越快;膨胀15d、粒径为4μm的微球对渗透度为400×10-3μm2的岩心的封堵效果最好。用膨胀15d的微球对不同渗透率填砂岩心进行封堵实验,结果表明封堵效率与渗透率成反比;对高渗透岩心,提高聚合物微球浓度对封堵效率影响甚微。微球膨胀粒径的大小决定着封堵机理,也是决定封堵效果的重要因素。     

聚合物微球粒径与喉道匹配性研究

为实现对强非均质性油藏的控水增油,采用实验室自制聚合物微球PM1的微观形貌及粒度分布进行评价;通过岩心压汞法对岩心喉道分布进行测试,开展一系列岩心物理模拟驱替实验,并以粒度累积分布曲线上25%,50%和75%所对应的聚合物微球颗粒直径与平均喉道直径的比值作为匹配系数,综合研究聚合物微球粒径与喉道的匹配性。研究结果表明:聚合物微球PM1为微米级圆球状凝胶颗粒;由高才尼公式和岩心压汞法获得的平均喉道直径的差距较大。聚合物微球在不同匹配系数条件下的运移与封堵模式可划分为完全封堵、高效封堵、低效封堵和顺利运移。对于主要目的是实现近井地带调剖的油藏,应优先考虑高效封堵模式对应的匹配系数范围;若主要目的是实现微球深部调驱,应首先考虑低效封堵模式对应的匹配系数范围,从而筛选出适宜的聚合物微球粒径。与高才尼公式计算结果相比,岩心压汞法测试结果能更准确地反映岩心喉道分布,因此建议在实际措施中,应重点考虑岩心压汞法对应的匹配系数范围。     

新型聚合物微球逐级深部调剖技术

由于现有调剖堵水材料在进行油田深部调剖时存在不足，根据理想的深部调剖材料所应该具备的性能，提出了新型聚合物微球结构的设计思路。对所合成的新型材料进行了实验评价，研究了微球水化前后的粒径和形态的变化，结果表明，其初始粒径为几十纳米，在室温下水化30d后粒径膨胀为几微米；研究了聚合物微球在人造岩心和填油砂模拟岩心管中的封堵性能，结果表明，聚合物微球在岩心中具有封堵、突破、深入、再封堵的逐级封堵和逐级调剖特性。     

纳米聚合物微球封堵剂的制备及特性

页岩具有极低的渗透率和极小的孔喉尺寸,传统封堵剂难以在页岩表面形成有效的泥饼,只有纳米级颗粒才能封堵页岩的孔喉,阻止液相侵入地层,维持井壁稳定,保护储层。以苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用乳液聚合法制备了纳米聚合物微球封堵剂SD-seal。通过红外光谱、透射电镜、热重分析和激光粒度分析对产物进行了表征,通过龙马溪组岩样的压力传递实验研究了其封堵性能。结果表明,SD-seal纳米粒子分散性好,形状规则(基本为球形),粒度较均匀(20 nm左右),分解温度高达402.5℃,热稳定性好,阻缓压力传递效果显著,使龙马溪组页岩岩心渗透率降低95%。      

低渗油藏超细聚合物微球的制备及性能评价

针对裂缝性低渗油藏多发育微裂缝、非均质性严重、水窜严重,常规调驱技术难以发挥有效作用的难题,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠为共聚单体,以过硫酸铵为引发剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为化学交联剂、锂皂石为物理交联剂、Span80和Tween80为复合乳化剂、环己烷为油相,采用反相乳液聚合合成了一种耐温耐盐耐剪切的超细聚合物微球,并对其静态性能、封堵性能和提高采收率性能进行了评价。结果表明:超细聚合物微球为圆度很好的球形微米颗粒,初始平均粒径为8.5μm,膨胀性能良好,在20℃的模拟地层水中吸水48 h后粒径能达到初始粒径的8倍左右。该微球具有较好的耐温、耐盐和耐剪切性能,平均封堵率为88.39%,平均提高采收率21.37%。长庆油田H392区块S井的矿场试验表明:调驱后注水井注入压力升高,井组含水率由93.5%下降至74.2%,产油量增加125%。     

交联聚合物微球水化粒径影响因素的分析

采用SEM和动态光散射实验对交联聚合物微球(简称微球)水化粒径及其影响因素进行了分析。实验结果表明,微球初始形态为球形,粒径约为50nm,40℃下水化15d后微球粒径溶胀到300nm;水化时间由1d增至15d时,微球水化后的流体力学直径(Dh)由397.2nm增至最大值487.7nm;微球水化后的粒径随分散体系中微球含量的增加而增大;随水化温度的升高,分散体系中微球的Dh达到最大值的时间缩短;在实验范围内,交联比为1/10000的微球粒径最小,溶胀倍数最大,溶胀程度较高。     

聚合物微球调剖剂的制备及性能评价

为探究聚合物微球对高渗条带的封堵能力,以乳液聚合法合成苯乙烯-苯乙烯磺酸钠聚合物微球,采用红外光谱仪、热重分析仪、核磁共振氢谱、扫描电镜等手段表征产物基本物性,采用核孔膜、填砂岩心评价微球封堵性能。结果表明,聚合物微球空间构型以间规、无序结构为主,微观形貌光滑、规整,粒径约为500 nm,呈单分散分布,耐温大于150℃,热稳定性好,在微米级孔喉中具有挤入架桥、封堵及运移能力,250 mg/L的微球乳液可对3μm核孔膜有效封堵,滤过比1.66,微球对填砂岩心高渗条带封堵能力强,调堵后岩心渗透率改变率达86.5%。     

交联聚合物微球深部调驱体系的评价与应用

制备了一种交联聚合物微球深部调驱体柰,对其进行了室内评价。结果表明,在高温高矿化度条件下,该微球具有较好的水化膨胀性;在岩心中通过“封堵-变形-突破-深入-再封堵”能对地层实现逐级封堵,达到深部流体改向和提高采收率的目的。在永8断块开展了3口井的深部调驱试验,结果表明,其能有效封堵高渗层,提高中、低渗层的吸水能力,增产原油。     

交联聚合物微球的制备及岩心封堵性能研究

通过反相微乳液聚合,得到一系列交联聚合物微球,利用岩心驱替等方法对孤岛污水配制的交联聚合物微球体系的封堵能力进行了研究,考察了岩心渗透率和聚合物浓度对封堵性能的影响,并利用不同浓度聚合物进行了岩心驱油实验。实验结果表明:所合成的交联聚合物微球能够溶于油田污水,不会出现絮凝现象;该交联聚合物微球可以进入岩心内部吸附、滞留、聚集并形成封堵;岩心驱油效果显示污水配置的交联聚合物溶液能够较好地提高采收率,可将模拟油的采收率提高14%～15%,不同浓度溶液对采收率大小没有影响,但浓度大时驱油速度会提高。     

深部调剖剂YG聚合物微球性能评价与应用

为考查深部调剖剂YG型聚合物微球在中原油田高温高矿化度油藏中的性能,通过透射电镜显微照相、吸水膨胀实验、岩心驱替实验和现场先导试验对其进行了性能评价与矿场应用。性能评价结果表明：该聚合物微球体积微小,可均匀分散在溶液中,与地层水表现出良好的配伍性;在95℃文留油田回注污水中,吸水膨胀倍数达40倍以上,具有较好的耐温抗盐和吸水膨胀性能;向中、低渗透率岩心注入微球体系过程中,呈现开始压力迅速上升、然后趋于稳定、压力略有下降的波动过程,具有较好的注入性;向中、高渗透率岩心注入微球体系过程中,随溶胀时间的延长,封堵率逐步增加,第10天达到最大,为17.14%。采用YG型微球在文留油田文10东块进行了深部调剖先导试验,取得了较好的开发效果。图6表4参5     

不同振型振动筛的岩屑运移和堵筛规律研究

为降低钻井振动筛堵筛率并提高岩屑处理量,对不同振型下振动筛堵筛率和椭圆振动筛不同运动轨迹下岩屑运移规律开展研究非常必要。鉴于此,基于离散元法与振动筛运动理论,建立了不同轨迹振动筛运动模型,对岩屑在筛网上运移过程进行仿真。分析了振动筛不同振型时的岩屑堵筛规律,研究了椭圆振动筛不同长轴方向角与椭圆度时岩屑的运移速度和透筛率的变化规律。研究结果表明:椭圆振动筛的脱筛能力最强,圆振动筛其次,直线振动筛最弱;椭圆振动筛振幅大小一定,轨迹椭圆长轴方向角为45°时,岩屑运移速度最大;椭圆振动筛X方向振幅一定时,岩屑运移速度随轨迹椭圆度的减小而增大,透筛率随轨迹椭圆度的减小而减小。研究结果对提高振动筛筛分性能具有一定意义。     

堵漏型聚合物凝胶材料研究与评价

聚合物凝胶在油气井钻井过程中具有独特的排水堵漏作用。选择聚丙烯酰胺作为成胶剂，采用三价铬和酚醛作为交联剂，利用常规方法研究了聚合物凝胶的组成和性能，实验研究了聚丙烯酰胺分子量及浓度、交联剂类型和浓度对聚合物凝胶性能的影响，得出聚丙烯酰胺交联凝胶成胶最佳配比关系为：聚丙烯酰胺浓度为0．8％、铬交联剂加量为120mg／L、交联温度为60℃。在此基础上对影响凝胶成胶性能的主要因素进行了探索实验，结果表明：水质对聚合物凝胶影响较小；pH值对凝胶的影响显著，在pH值为8时形成的凝胶粘度、稳定性较好，随着pH值升高，交联速度变快，成胶时问缩短；当盐浓度过高时，体系成胶性能变差，尤其是钙离子浓度高时，易形成果冻型块状沉淀。实验表明，聚合物凝胶时间的延长粘度损失小，具有稳定性好，流动性好等特点。通过高温高压失水仪砂床堵漏实验进一步证明，聚合物凝胶与其它堵漏材料配合，能够起到封堵漏层的良好作用。     

聚合物微球调驱机理研究

通过室内渗滤评价实验和核磁共振实验,研究了多孔介质不同渗透率条件下聚合 物微球调剖效果规律,分析了规律产生的原因.结果表明,多孔介质平均渗透率适当时,聚合物微球可以达到最佳调驱效果,超出这一范围效果将变差.通过岩心驱替核磁共振分析实验进一步揭示其作用机理,即聚合物微球粒径应与孔喉尺寸匹配.聚合物微球粒径过大或过小,都不能达到最佳调驱效果:粒径过大,可注入性变差;粒径过小,则不能有效封堵优势通道.     

驱油聚合物粒径与性能的关系

采用筛分法对高相对分子质量驱油聚合物BC-T-1进行了粒径分级。利用SEM和SEM-EDS等技术对分级后得到的BC-T-1颗粒进行了表征,研究了不同粒径区间的颗粒性能。表征结果显示,BC-T-1颗粒为不规则形状,粒径分布不均匀,粒径小于180μm的颗粒含量为3.08%(w),粒径大于850μm的颗粒含量为4.68%(w),达到了驱油聚合物的技术指标。BC-T-1颗粒表面为多孔结构和平滑结构,多孔结构较平滑结构水解更为充分。随颗粒粒径的增大,相对分子质量增大、表观黏度增大。BC-T-1在粉碎过程中,由于机械剪切降解作用,颗粒粒径越小,受机械剪切作用频率越高,聚合物降解越显著,相对分子质量越低。     

分散聚合法制备深部调剖用交联聚合物微球

采用硫酸铵盐水溶液中分散聚合法制备了粒径为1~3 μm的交联聚合物微球,确定了最佳合成条件。在60℃下,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸钠（SAA）为主要单体,分散稳定剂选择相对分子质量为35万的聚乙烯吡咯烷酮PVP K60,交联剂与总单体摩尔比0.5%~0.75%,AM、SAA、AMPS单体摩尔比15:2:3,硫酸铵质量分数14.5%。实验结果表明,所制备的微米颗粒为球形,形貌规则,粒径分布均匀,干粉粒径为1~3 μm,熟化后体系中微球粒径达8~10 μm。微球分散体系抗剪切、耐温抗盐。30℃下,随剪切速率的增大,交联聚合物微球分散体系（400 mg/kg）的黏度逐渐降低,100 r/min下的黏度仍高达9.3 Pa·s。当温度由30℃增至90℃时,交联聚合物微球分散体系的黏度保留率由100%降至53.58%;当矿化度由0增至10 g/L,黏度保留率由98.13%降至53.74%。室内封堵实验结果表明,交联聚合物微球在中高温条件下具有一定的封堵性、良好的变形性和逐级深部调剖效果。交联聚合物微球在25℃保温溶胀时,对微孔滤膜的封堵时间随天数的增加而延长,溶胀4 d后的封堵时间可达8.2 h;75℃保温溶胀时,封堵时间随天数的增加呈降低趋势,溶胀3 d后的封堵时间为3 h。随聚合物微球浓度的增大,岩心初始注入压力降低,在渗透率为0.5 μm²的人造岩心中的最佳注入量为400 mg/L。     

聚合物微球调驱研究

亚微米聚合物弹性微球具有在油层孔隙中不断运移、封堵、改变注入水渗流方向的特点,从而能提高注入水波及体积。介绍了聚合物弹性微球调驱特点,实验研究了在不同矿化度和温度下微球的吸水膨胀规律以及微球在填砂管中的封堵效果。研究表明,微球具有一定膨胀性,温度越高,矿化度越低,微球膨胀倍数越大;注入微球能显著提高阻力系数,微球含量越高,注入量越大,注入压力越高,后续注水阶段,微球仍能保持较高的残余阻力系数。     

孔喉尺度聚合物弹性微球膨胀性能研究

孔喉尺度聚合物弹性微球具有在油藏岩石孔隙中运移、封堵、弹性变形、再运移、再封堵,及全程改变注入水渗流方向的特点.采用实验的方法分析了不同矿化度和温度下微球的吸水膨胀规律,提出了微球膨胀动力学方程,并绘制了微球膨胀倍数理论图版.微球膨胀机理为氢键形成、水解和渗透压差引起的扩散.微球的膨胀倍数随矿化度增大而减小,随温度的升高而增大,膨胀最终在溶剂化和次价键缔和的双重作用下达到平衡,且高温下矿化度对膨胀倍数的影响更显著,低矿化度下温度对膨胀倍数的影响更显著.利用微球膨胀动力学方程可以定量描述微球膨胀规律,而膨胀倍数理论图版有助于方便、快捷地确定不同温度和矿化度下微球的膨胀倍数,对设计与特定油藏岩石孔喉相匹配的微球体系具有重要意义.     

交联聚合物微球分散体系性能研究

本文采用反向乳液聚合法合成了交联聚合物微球,研究了该交联聚合物微球分散体系的微球形态、配伍性、封堵性和驱油性能。实验结果表明,交联聚合物微球溶胀10 d后,团聚在一起的聚合物逐渐分开,尺寸在100 200 nm左右。溶胀后的交联聚合物能在短时间内对微孔膜形成有效封堵,并具有较好的耐盐性。多点测压砂管封堵实验结果表明,交联聚合物微球能进入填砂管的中深部,具有一定的深部封堵能力。并联岩心驱油实验结果表明,注入3.0 PV由油田模拟水配制的质量分数为0.04%的交联聚合物微球分散体系,高渗透率岩心(气测渗透率2.0μm2)在水驱(61.61%)基础上提高采收率21.42%;而低渗透率岩心(气测测透率0.5μm2)在水驱采收率为0的基础上提高采收率42.69%。图10表1参6     

JPD吸水膨胀型聚合物堵漏剂的研究

选用乙烯基阴、阳、非离子单体和有机硅交联剂及无机矿物材料等研制了一种新型吸水膨胀型聚合物堵漏剂-JPD，对其堵漏性能进行了全面的评价，并分析了其堵漏作用机理。评价结果表明：JPD堵漏剂对渗透性、大孔道和裂缝性漏失地层均具有很好的堵漏效果，其承压能力大于7．0MPa，堵漏效果明显优于QDL-3、SDL、Superstop等堵漏剂；同时JPD堵漏剂对不同漏失地层进行封堵后，均具有很好的解堵性能，具有较好的应用前景。