CN104749079A

CN104749079A - 共聚物改善平面非均质性的模拟测试方法

Info

Publication number: CN104749079A
Application number: CN201410750932.8A
Authority: CN
Inventors: 叶仲斌; 曾雅清; 赖南君; 刘艳勤; 郭欣
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: CN104749079B

Abstract

本发明涉及一种共聚物改善平面非均质性的模拟测试方法，其包括以下步骤：(1)用盐水配置共聚物母液；(2)利用石英砂填充二维平板模型填砂区；(3)测定二维平板模型饱和水时的稳定注入压力，记录各出口的分流量；将共聚物溶液注入二维平板模型，记录注入过程中的压力变化及各出口的分流量；以10mL/min的流速进行后续水驱，直到注入压力稳定；记录注入过程中的压力变化以及各出口的分流量。本发明的模拟测试方法表明改性纳米SiO₂-AA-AM共聚物具有较强的改善平面非均质性能力，能够提高驱替液的平面波及效果。

Description

共聚物改善平面非均质性的模拟测试方法

技术领域

本发明涉及石油开采的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种共聚物改善平面非均质性的模拟测试方法。

背景技术

油藏非均质性是由沉积、成岩及构造作用共同造成的。在油田开发初期，多为天然能量开采，储层非均质性对油田开发的影响表现不明显。但在注水开发中后期，出现了开发中的平面、层内和层间矛盾。对于一般陆相沉积油藏，含油层系多，油藏宏观非均质性强，导致水驱开发效果差别较大，尤其是对于非均质性比较强的复杂断块油藏。由于平面上储层的厚度、油层的几何形状、油层的渗透率和孔隙度等参数分布不均匀，制约着油藏水驱开发效果的提高。平面上的非均质性会导致注入水沿平面舌进。由于平面非均质性的存在，油层在平面上的分布通常不连续，将形成面积很小的油砂体。渗透率在平面上的差异将导致注入水主要沿着高渗透带窜流，而中、低渗透带很少被注入水波及，所以油层的面积波及效率通常较低。目前，室内主要采用平板模型研究平面非均质性对驱替液效果的影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种共聚物改善平面非均质性的模拟测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种共聚物改善平面非均质性的模拟测试方法，所述模拟测试方法使用的装置包括恒温箱，设置在恒温箱内的二维平板模型，能够向所述二维平板模型注入盐水以及共聚物溶液的容器，检测注入压力的压力采集系统，以及用于从所述二维平板模型渗出液的集液器；其特征在于：所述模拟测试方法包括以下步骤：

(1)用盐水配置共聚物母液，并且使得所述共聚物母液中共聚物的浓度为2000mg/L；

(2)利用石英砂填充二维平板模型填砂区；

(3)以10mL/min的流速饱和水，测定二维平板模型饱和水时的稳定注入压力，记录各出口的分流量；将2000mg/L的共聚物溶液以10mL/min的流速注入二维平板模型，注入量为0.5PV；记录注入过程中的压力变化及各出口的分流量；以10mL/min的流速进行后续水驱，直到注入压力稳定；记录注入过程中的压力变化以及各出口的分流量。

其中，所述二维平板模型填砂区域等分为三个部分，分别用40～60目、80～100目以及120～160目石英砂充填，得到高、中、低渗透区；并且高渗透区位于中、低渗透区之间；模型中填入石英砂的厚度为3cm。

其中，所述石英砂采用15wt％的盐酸洗涤，并进行水洗和烘干。

其中，所述恒温箱维持其内温度为70.0℃。

其中，所述共聚物由包括以下步骤的方法制备得到：(1)将改性纳米SiO₂功能单体、丙烯酰胺以及丙烯酸混合，并调节pH值至7.4，加入蒸馏水配成单体总质量浓度为25.7％的水溶液，所述单体中丙烯酰胺与丙烯酸的质量比为3.35，改性纳米SiO₂功能单体的含量为0.5wt％；加入引发剂，通氮气保护，在温度为40.4℃条件下反应；反应产物经洗涤、粉碎、干燥后即可得到所述共聚物；其中引发剂的质量为所述单体总质量的0.20wt％，且所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，二者的摩尔比为1∶1。

其中，所述改性纳米SiO₂功能单体采用包括以下步骤的方法制备得到：(1)利用纳米SiO₂和3-氨丙基三乙氧基硅烷在80～100℃的无水甲苯溶液中，反应12h得到氨基改性的纳米SiO₂，并通过控制3-氨丙基三乙氧基硅烷的添加量来控制纳米SiO₂表面氨基的含量；(2)利用过量的顺丁烯二酸酐与氨基改性的纳米SiO₂反应得到具有碳碳双键的改性纳米SiO₂功能单体；其包括以下操作：①在N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入顺丁烯二酸酐，搅拌溶解完全得到混合溶液；②在氨基改性的纳米SiO₂中加入N，N-二甲基甲酰胺搅拌均匀得到分散液；③然后将操作②得到的分散液滴加到操作①得到的混合溶液中，然后在70～80℃搅拌反应完全，得到的反应产物经过洗涤、过滤、干燥后得到具有碳碳双键的改性纳米SiO₂功能单体。

其中，所述氨基改性的纳米SiO₂表面氨基摩尔量是改性前纳米SiO₂表面羟基摩尔量的28％和36％。

附图说明

图1实施例1制备的共聚物polymer 1和共聚物polymer 2的红外光谱图。

图2为实施例2中应用的二维平板模型实验装置。

图3为实施例2的二维平板模型实验流程图。

图4为实施例2中的注入压力曲线。

图5为实施例2中平板模型高渗透区的出液量变化情况。

图6为实施例2中平板模型中渗透区的出液量变化情况。

图7为实施例2中平板模型低渗透区的出液量变化情况。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。所描述的具体实施例仅仅用于阐述本发明的技术方案，并不用于限定发明的保护范围。

实施例1改性纳米SiO₂-AA-AM共聚物的制备

改性纳米SiO₂功能单体的制备

在本实施例中，改性纳米SiO₂功能单体采用包括以下步骤的方法制备得到：(1)利用纳米SiO₂和3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH540)在80℃的无水甲苯溶液中，反应12h得到氨基改性的纳米SiO₂，并通过控制3-氨丙基三乙氧基硅烷的添加量来控制纳米SiO₂表面氨基的含量；(2)利用过量的顺丁烯二酸酐与氨基改性的纳米SiO₂反应得到具有碳碳双键的改性纳米SiO₂功能单体。在步骤(2)包括以下操作：①在N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入顺丁烯二酸酐，搅拌溶解完全得到混合溶液；②在氨基改性的纳米SiO₂中加入N，N-二甲基甲酰胺搅拌均匀得到分散液；③将操作②得到的分散液滴加到操作①得到的混合溶液中，然后在70℃搅拌反应完全，得到的反应产物经过洗涤、过滤、干燥后可得接枝有具有碳碳双键的改性纳米SiO₂。其中，在步骤(2)中可以利用盐酸-乙醇非水滴定法判定氨基改性的纳米SiO₂表面的氨基是否反应完全。在步骤(1)的反应之前采用格氏试剂滴定法测定纳米SiO₂表面羟基数量，并在反应之后用盐酸-乙醇非水滴定法测定纳米SiO₂表面氨基的含量。通过实施例1可以制备得到不同改性程度的纳米SiO₂功能单体(可以利用氨基改性的纳米SiO₂表面氨基的摩尔量占改性前纳米SiO₂表面羟基的摩尔量的百分比来表示)。

在三口烧瓶中加入改性纳米SiO₂功能单体、丙烯酰胺(AM)以及丙烯酸(AA)，用氢氧化钠调节pH值，加入蒸馏水配单体水溶液；加入引发剂(过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔比为1∶1)，通氮气保护，反应6h；反应产物经乙醇洗涤、粉碎、烘干可得改性纳米SiO₂-AA-AM共聚物。合成条件为：单体总质量浓度为25.7％，丙烯酰胺与丙烯酸的质量比为3.35，引发剂加量为单体总质量的0.20％，温度为40.4℃，pH为7.4，改性纳米SiO₂加量为总单体质量的0.5％，纳米SiO₂的改性程度为28％和36％合成得到共聚物polymer 1和共聚物polymer2。共聚物polymer 1和共聚物polymer 2的红外光谱图如图1所示，N-H伸缩振动吸收峰位于3402.3cm^-1；-CH₂伸缩振动吸收峰位于2943.1em^-1；C＝O伸缩振动吸收峰位于1668.92cm^-1；-NH弯曲振动吸收峰(面内)吸收峰位于1558.9cm^-1；C-N伸缩振动吸收峰位于1396.4cm^-1；-NH弯曲振动吸收峰(面外)吸收峰位于650.3cm^-1；SiO₂的特征吸收峰位于1116.2cm^-1和780.4cm^-1。表明得到了改性纳米SiO₂-AA-AM三元共聚物。

实施例2模拟测试方法

研究条件

(1)温度：70.0℃；

(2)注入流速：饱和水、注共聚物溶液以及后续水驱时的流速为10mL/min；

(3)水质：盐水；

(4)实验用共聚物：改性纳米SiO₂-AA-AM共聚物(共聚物1、共聚物2)，HPAM(AA-AM共聚物)；

(5)共聚物溶液的浓度：2000mg/L；

(6)实验仪器：

微量泵：HBS-2000/20B1型，双缸连续高压恒速恒压泵，最高工作压力为20MPa，最小排量为0.01mL/min，最大排量为50.00mL/min，江苏省海安县石油科研仪器有限公司；

中间容器：中间容器2个，容量2000mL，最高工作压力20MPa，江苏海安县石油科研仪器有限公司；

恒温箱：SG-3恒温箱，江苏海安县石油科研仪器有限公司；

搅拌器：悬臂式搅拌器，江苏保利科研器械有限公司生产；

压力传感器：量程0～0.1MPa，精度为量程的0.1％，成都市完井岩电实验中心；

二维平板模型：模型填砂尺寸为30cm×30cm×(2～6)cm(长×宽×高)，可充填石英砂体积1.8～5.4L，最高工作压力3MPa；其结构如图2所示。

平板模型流动实验

(1)共聚物溶液的配制

用过滤后的盐水配制共聚物母液，浓度为5000mg/L，溶解完全后将其用盐水稀释成2000mg/L的稀溶液，搅拌混合均匀。

(2)石英砂预处理

为了排除石英砂中碳酸盐和泥质等杂质的影响，采用质量浓度为15％的盐酸洗涤石英砂，再用大量的自来水对酸洗后的石英砂进行清洗，然后将石英砂烘干，按照不同目数筛分备用。

(3)二维平板模型的填制

将二维平板模型填砂区域等分为三个部分，分别用40～60目、80～100目以及120～160目石英砂充填，得到高、中、低渗透区；高渗透区位于中、低渗透区之间；模型中填入石英砂的厚度为3cm；高、中、低渗透区的渗透率分别为4.3D、1.6D和0.4D；孔隙体积(PV)为892cm³，孔隙度为33.0％。

(4)二维平板模型流动实验步骤

饱和水：以10mL/min的流速饱和水，测定二维平板模型饱和水时的稳定注入压力，记录各出口的分流量。

注共聚物溶液：将2000mg/L的共聚物溶液以10mL/min的流速注入二维平板模型，注入量为0.5PV；记录注入过程中的压力变化及各出口的分流量。

后续水驱：以10mL/min的流速进行后续水驱，直到注入压力稳定；记录注入过程中的压力变化以及各出口的分流量。

二维平板模型实验流程图可以如图3所示。二维平板模型实验中的注入压力曲线如图4所示，注入共聚物溶液前后高、中、低渗透区对应的出液量变化情况分别如图5、图6和图7所示。由图3可知，在注共聚物溶液过程中，注入压力随着注入量的增加不断升高，当注入量达到0.5PV时，共聚物Polymer-2的注入压力为0.0176MPa，共聚物Polymer-1的注入压力为0.0162MPa，HPAM对应的注入压力为0.0122MPa；在后续水驱至压力基本平稳后，共聚物Polymer-2、共聚物Polymer-1和HPAM对应的注入压力分别为0.0092MPa、0.0078MPa和0.0052MPa。以上结果表明，共聚物Polymer-2在多孔介质中能够建立更高的渗流阻力，更有利于启动中低渗透区、增加中低渗透区的吸水量，从而起到改善平面非均质性、提高波及效率的作用。由图4、图5和图6可知，在注入0.5PV共聚物溶液后，平板模型的中、低渗透区得到不同程度的启动，其对应的出液量增加。在注入0.5PV共聚物溶液后，共聚物Polymer-2、Polymer-1以及HPAM对应的高渗透区的分流量分别为49.6％、50.6％和57.8％，与饱和水时相比，分别下降了21.6％、20.8％和13.0％。后续水驱过程中，高渗透区的分流量增大，但是与饱和水时的分流量相比，当后续水驱至压力平稳后，共聚物Polymer-2、Polymer-1以及HPAM对应的高渗透区的分流量分别下降了13.4％、11.0％和7.4％。对于中低渗透区，注入共聚物溶液后，其分流量均增大，共聚物Polymer-2增大幅度最大，Polymer-1的次之，HPAM的最小。以上结果表明，改性纳米SiO₂-AA-AM共聚物具有较强的改善平面非均质性能力，能够提高驱替液的平面波及效果。

Claims

1.一种共聚物改善平面非均质性的模拟测试方法，所述模拟测试方法使用的装置包括恒温箱，设置在恒温箱内的二维平板模型，能够向所述二维平板模型注入盐水以及共聚物溶液的容器，检测注入压力的压力采集系统，以及用于从所述二维平板模型渗出液的集液器；其特征在于：所述模拟测试方法包括以下步骤：

(2)利用石英砂填充二维平板模型填砂区；

2.根据权利要求1所述的模拟测试方法，其特征在于：所述二维平板模型填砂区域等分为三个部分，分别用40～60目、80～100目以及120～160目石英砂充填，得到高、中、低渗透区；并且高渗透区位于中、低渗透区之间；模型中填入石英砂的厚度为3cm。

3.根据权利要求1所述的模拟测试方法，其特征在于：所述石英砂采用15wt％的盐酸洗涤，并进行水洗和烘干。

4.根据权利要求1所述的模拟测试方法，其特征在于：所述恒温箱维持其内温度为70.0℃。

5.根据权利要求1所述的模拟测试方法，其特征在于：所述共聚物由包括以下步骤的方法制备得到；(1)将改性纳米SiO₂功能单体、丙烯酰胺以及丙烯酸混合，并调节pH值至7.4，加入蒸馏水配成单体总质量浓度为25.7％的水溶液，所述单体中丙烯酰胺与丙烯酸的质量比为3.35，改性纳米SiO₂功能单体的含量为0.5wt％；加入引发剂，通氮气保护，在温度为40.4℃条件下反应；反应产物经洗涤、粉碎、干燥后即可得到所述共聚物；其中引发剂的质量为所述单体总质量的0.20wt％，且所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，二者的摩尔比为1∶1。

6.根据权利要求5所述的模拟测试方法，其特征在于：所述改性纳米SiO₂功能单体采用包括以下步骤的方法制备得到：(1)利用纳米SiO₂和3-氨丙基三乙氧基硅烷在80～100℃的无水甲苯溶液中，反应12h得到氨基改性的纳米SiO₂，并通过控制3-氨丙基三乙氧基硅烷的添加量来控制纳米SiO₂表面氨基的含量；(2)利用过量的顺丁烯二酸酐与氨基改性的纳米SiO₂反应得到具有碳碳双键的改性纳米SiO₂功能单体；其包括以下操作：①在N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入顺丁烯二酸酐，搅拌溶解完全得到混合溶液；②在氨基改性的纳米SiO₂中加入N，N-二甲基甲酰胺搅拌均匀得到分散液；③然后将操作②得到的分散液滴加到操作①得到的混合溶液中，然后在70～80℃搅拌反应完全，得到的反应产物经过洗涤、过滤、干燥后得到具有碳碳双键的改性纳米SiO₂功能单体。

7.根据权利要求6所述的模拟测试方法，其特征在于：所述氨基改性的纳米SiO₂表面氨基摩尔量是改性前纳米SiO₂表面羟基摩尔量的28％和36％。