CN110094201A - 一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法 - Google Patents

Abstract

一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，包括以下步骤：步骤1，建立不同温度和矿化度条件下聚合物微球膨胀团聚后平均粒径变化倍数关系图版；步骤2，引入最佳粒径匹配系数；步骤3，按照聚合物微球最佳粒径匹配系数计算，确定现场试验所需的聚合物微球粒径大小；步骤4，根据所确定的聚合物微球粒径大小，进行聚合物微球在线注入，不改变注水井日注量，通过区块日产油量和含水率变化曲线，评价聚合物微球的调驱效果。本发明在实验室条件下通过模拟聚合物微球在多孔介质中调驱过程来确定聚合物微球深部调驱注入粒径选择。

Description

一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法

技术领域

本发明涉及油田注水开发技术领域，尤其涉及一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法。

背景技术

随着油田开发的深入，油藏非均质性越来越严重，常常造成注入水沿高渗透层突进，人工水驱控制程度较低，层间层内干扰严重，剩余油高度分散，大大降低了水驱采收率，因此，深部调驱封堵高渗透层，提高注入水波及体积，启动剩余油是提高原油采收率的重要方法。

传统的调剖技术封堵作用半径小，封堵强度有限，增产有效期短，且多轮次效果越来越差，近井剩余油已波及殆尽，不能满足提高最终采收率要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，包括以下步骤：

步骤1，通过激光粒度分布仪及扫描电镜评价聚合物微球在模拟地层水中的膨胀性能，建立不同温度和矿化度条件下聚合物微球膨胀团聚后平均粒径变化倍数关系图版，评价微球理化性能参数，为注入粒径选择提供依据；

步骤2，通过石英砂填制的填砂管岩心封堵实验，对比不同粒径聚合物微球在不用渗透率填砂管中的封堵率，研究聚合物微球最佳粒径匹配系数；

步骤3，根据油田现场的调驱目的层高渗带测试的温度和矿化度，高渗层渗透率和孔隙度数据，按照聚合物微球最佳粒径匹配系数计算，确定现场试验所需的聚合物微球粒径大小；

步骤4，根据所确定的聚合物微球粒径大小，进行聚合物微球在线注入，不改变注水井日注量，通过区块日产油量和含水率变化曲线，评价聚合物微球的调驱效果。

进一步的，聚合物微球在水中发生吸水膨胀，微球发生团聚作用，出现粒径分级现象，聚合物微球膨胀团聚后平均粒径受温度和矿化度影响，聚合物微球平均粒径变化倍数随温度升高而逐渐增大，随矿化度升高而逐渐减小。

进一步的，步骤2中，粒径匹配系数的计算方法如下：

对于聚合物微球平均粒径d_av计算公式为：

d_av＝(∑d_i)/N (1)

式中：d_i为样品中第i个微球的粒径，μm；N为样品中微球的总个数；利用激光粒度分布仪测得微球粒径分布后即可求得其平均粒径；

对于石英砂填制的填砂管岩心，其孔隙度Φ、渗透率k、平均孔喉直径R三者满足如下关系式

计算岩心的平均孔喉直径：

式中：R为岩心的平均孔喉直径，μm；K为岩心的渗透率，μm²；Φ为岩心的孔隙度；

引入粒径匹配系数δ表征膨胀团聚后的聚合物微球平均粒径与岩心孔喉直径的匹配关系，其表达式为：δ＝d_av/R (3)

式中：δ为粒径匹配系数，无因次；R为岩心的平均孔喉直径，μm。

进一步的，步骤2中，填砂管岩心封堵实验包括以下步骤：

首先注入2.0PV矿化度为50000mg/L的模拟地层水至进出口驱替压差平稳；然后注入0.3PV浓度为2000mg/L的聚合物微球溶液，密封进出口，恒温箱温度控制在60℃待微球在填砂管中膨胀20天后；最后注入2.0PV矿化度为50000mg/L的模拟地层水至进出口驱替压差平稳，注入速率均保持1.0mL/min；

进一步的，实验过程中采集进出口驱替压差△P，10^-1MPa，并通过下述公式(4)和公式(5)计算填砂管渗透率k，×10^-3μm²和封堵率η，％；

式中：Q为注入速率，mL/min；μ为流体粘度，mPa.s；A为填砂管岩心横截面积，cm²。

进一步的，δ粒径匹配系数δ为0.6～1.0。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明引入粒径匹配系数表征聚合物微球膨胀团聚后平均粒径和岩心孔喉直径之间匹配关系；通过不同粒径匹配关系下聚合物微球的封堵性能实验，确定最佳粒径匹配系数，根据油田现场的调驱目的层高渗带测试的温度和矿化度，高渗层渗透率和孔隙度数据，按照聚合物微球最佳粒径匹配系数计算，确定现场试验所需的聚合物微球粒径大小；本发明充分考虑了聚合物微球在水中发生吸水膨胀，一部分微球发生团聚作用，出现粒径分级现象，如果微球粒径过大，注水井近井剪切速率较大，微球多次变形可能破碎，无法达到封堵效果，结合其深部调驱机理及其变形能力，只有适应于储层的匹配系数才能保证现场调驱效果，是一种科学实用的聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法。

附图说明

图1为本发明一个实施例中聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法的流程图。

图2a至图2d为本发明一个实施例中聚合物微球样品的原始粒径大小分布及吸水膨胀变化。

图3a至图3d为本发明一个实施例中聚合物微球样品吸水膨胀的扫描电镜微观形态。

图4为本发明一个实施例中不同温度条件下聚合物微球吸水膨胀团聚后平均粒径变化倍数随时间的变化图版。

图5为本发明一个实施例中不同温度和矿化度条件下聚合物微球吸水膨胀团聚后平均粒径变化倍数关系图版。

图6为本发明一个实施例中单填砂管岩心封堵实验流程图。

图7为本发明一个实施例中不同粒径聚合物微球的封堵性能粒径匹配系数图版。

图8为本发明一个实施例中聚合物微球调驱现场在线注入工艺流程图；

图9为本发明一个实施例中区块平均单井日产油量和含水率变化曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，具体包括以下步骤：

步骤201，本发明中按照权利要求书1中所述通过激光粒度分布仪及扫描电镜评价聚合物微球在模拟地层水中的膨胀性能，建立不同温度和矿化度条件下聚合物微球膨胀团聚后平均粒径变化倍数关系图版，评价微球理化性能参数，为注入参数设计提供依据。

聚合物微球可以吸水膨胀，其平均粒径变化倍数受温度及矿化度的影响。图2为本发明一个实施例中初始平均粒径为106nm的聚合物微球在温度为60℃，矿化度为50000mg/L的模拟地层水条件下，通过激光粒度分布仪测定其膨胀倍数；图3为同样条件下，通过扫描电镜观测其形态变化。可以看出，聚合物微球样品初始平均粒径基本在100nm左右，随着水化时间的延长，微球平均粒径开始不断增大；同时出现粒径分级现象，水化5天时，乳液中大部分微球粒径增大至400nm～600nm，少量微球发生团聚作用，粒径增大至2μm 左右，水化10天时，乳液中微球粒径呈现双峰值，粒径在500nm左右和3μm左右的比例相近，水化20天时，乳液中微球粒径达到4μm的比例已经大于粒径微球粒径在600nm 左右的比例。

图4可以看出，聚合物微球团聚后的平均粒径变化倍数随时间的延长而增大，在20天左右达到最大值，同时随温度升高而逐渐增大(见图4)，随矿化度升高而逐渐减小(见图5)，图5为本发明一个实施例中不同温度和矿化度条件下聚合物微球团聚后的平均粒径变化倍数关系图版。在60℃和50000mg/L矿化度条件下膨胀时间为20天后，其膨胀团聚后平均粒径大小由106nm变为4.1μm，平均粒径变化倍数为38.7。

步骤202，引入粒径匹配系数，通过单填砂管岩心封堵实验，研究不同粒径匹配关系下聚合物微球的封堵性能，确定最佳粒径匹配关系范围。

本发明中粒径匹配系数的计算方法如下：

对于聚合物微球平均粒径(d_av)计算公式为：

d_av＝(∑d_i)/N (1)

式中：d_i为样品中第i个微球的粒径，μm；N为样品中微球的总数，个。利用激光粒度分布仪测得微球粒径分布后即可求得其平均粒径。

对于石英砂填制的填砂管岩心，其孔隙度(Φ)、渗透率(k)、平均孔喉直径(R)三者满足如下关系式

计算岩心的平均孔喉直径：

式中：R为岩心的平均孔喉直径，μm；K为岩心的渗透率，μm²；Φ为岩心的孔隙度，小数。

引入粒径匹配系数(δ)表征膨胀团聚后的聚合物微球平均粒径与岩心孔喉直径的匹配关系，其表达式为：δ＝d_av/R (3)

式中：δ为粒径匹配系数，无因次；R为岩心的平均孔喉直径，μm。

本发明中，采用的12单填砂管岩心(1#～12#)参数如表1所示。

表1填砂管岩心参数表

本实验中，所用聚合物微球溶液是步骤201中所述微球，初始平均粒径分别106nm、289nm、4781nm，在50000mg/L矿化度的模拟地层水条件下配置2000mg/L浓度的聚合物微球溶液，采用图6所述流程图进行实验，仅适用一根填砂管。具体实验过程为：首先注入 2.0PV矿化度为50000mg/L的模拟地层水至进出口驱替压差平稳；然后注入0.3PV浓度为 2000mg/L的聚合物微球溶液，密封进出口，恒温箱温度控制在60℃待微球在填砂管中膨胀20天后；最后注入2.0PV矿化度为50000mg/L的模拟地层水至进出口驱替压差平稳，注入速率均保持1.0mL/min。实验过程中采集进出口驱替压差(△P，10^-1MPa)，并通过下述公式(4)和公式(5)计算填砂管渗透率(k，×10^-3μm²)和封堵率(η，％)。

式中：Q为注入速率，mL/min；μ为流体粘度，mPa.s；A为填砂管岩心横截面积，cm²。

图7为不同粒径匹配关系下聚合物微球的封堵性能。图7可以看出，填砂管岩心封堵率随粒径匹配系数的增大先增加后降低，以封堵率大于85％作为标准，则本发明最佳粒径匹配关系范围为0.6～1.0。

步骤203，针对油田现场调驱目的层的温度，矿化度，高渗层渗透率和孔隙度数据，参考步骤202所述的最佳粒径匹配关系范围和步骤201确定的不同温度和矿化度条件下聚合物微球平均粒径变化倍数关系图版，确定现场试验所需聚合物微球粒径大小。

本发明的一个实施例中，油藏地层温度为58℃左右，地层水矿化度为49328mg/L，油层岩石平均孔隙度为18～21％，根据水驱前缘测试数据所得高渗层渗透率为1324～1486× 10^-3μm。选取连片6口注水井进行聚合物微球调驱，对应油井17口，2016年6月区块产油量6.5t/d，综合含水96.2％，采出程度18.8％。2016年6月第一次试注微球粒径选择为5000nm，2017年4月方案设计按照步骤202所述的最佳粒径匹配关系范围(0.6～1.0)和步骤201确定的聚合物微球平均粒径变化倍数(38.7)，确定现场试验所需的聚合物微球初始粒径为300nm。

步骤204，根据上述步骤确定的聚合物微球初始粒径大小，图8为聚合物微球调驱现场在线注入工艺流程图，通过控制比例泵流量调整微球溶液注入浓度初定2000mg/L，进行聚合物微球在线注入，不改变注水井日注量，通过平均单井日产油量和含水率变化，评价聚合物微球的调驱效果。

参见图9，试验区6井组2016年6月以2000mg/L注入浓度，5000nm微球初始粒径，单井用量13.5t进行试注后，区块平日产油量由6.6t/d上升至9.2t/d，综合含水由96.2％下降至95.0％，两月后效果减弱，波动较大，5000nm粒径油藏匹配不合理，2017年3月改用300nm微球初始粒径，以2000mg/L注入浓度，单井用量6.5t进行注入后，区块日产油量由5.9t/d上升至11.9t/d，综合含水由96.2％下降至91.5％，且效果基本保持稳定，截止2018年6月底，累计增油1820t，见到明显降水增油效果，且微球用量减少一半，提升了该技术的效果效益，提高了产出投入比。

上述现场试验结果，一方面说明聚合物微球具有良好的深部调驱作用，另一方面验证了本发明的聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法的科学性和实用性。

Claims (6)

1.一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过激光粒度分布仪及扫描电镜评价聚合物微球在模拟地层水中的膨胀性能，建立不同温度和矿化度条件下聚合物微球膨胀团聚后平均粒径变化倍数关系图版，评价微球理化性能参数，为注入粒径选择提供依据；

步骤2，通过石英砂填制的填砂管岩心封堵实验，对比不同粒径聚合物微球在不用渗透率填砂管中的封堵率，研究聚合物微球最佳粒径匹配系数；

步骤3，根据油田现场的调驱目的层高渗带测试的温度和矿化度，高渗层渗透率和孔隙度数据，按照聚合物微球最佳粒径匹配系数计算，确定现场试验所需的聚合物微球粒径大小；

步骤4，根据所确定的聚合物微球粒径大小，进行聚合物微球在线注入，不改变注水井日注量，通过区块日产油量和含水率变化曲线，评价聚合物微球的调驱效果。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，其特征在于，聚合物微球在水中发生吸水膨胀，微球发生团聚作用，出现粒径分级现象，聚合物微球膨胀团聚后平均粒径受温度和矿化度影响，聚合物微球平均粒径变化倍数随温度升高而逐渐增大，随矿化度升高而逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，其特征在于，步骤2中，粒径匹配系数的计算方法如下：

对于聚合物微球平均粒径d_av计算公式为：

d_av＝(∑d_i)/N (1)

式中：d_i为样品中第i个微球的粒径，μm；N为样品中微球的总个数；利用激光粒度分布仪测得微球粒径分布后即可求得其平均粒径；

对于石英砂填制的填砂管岩心，其孔隙度Φ、渗透率k、平均孔喉直径R三者满足如下关系式

计算岩心的平均孔喉直径：

式中：R为岩心的平均孔喉直径，μm；K为岩心的渗透率，μm²；Φ为岩心的孔隙度；

引入粒径匹配系数δ表征膨胀团聚后的聚合物微球平均粒径与岩心孔喉直径的匹配关系，其表达式为：δ＝d_av/R(3)

式中：δ为粒径匹配系数，无因次；R为岩心的平均孔喉直径，μm。

4.根据权利要求1所述的一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，其特征在于，步骤2中，填砂管岩心封堵实验包括以下步骤：

首先注入2.0PV矿化度为50000mg/L的模拟地层水至进出口驱替压差平稳；然后注入0.3PV浓度为2000mg/L的聚合物微球溶液，密封进出口，恒温箱温度控制在60℃待微球在填砂管中膨胀20天后；最后注入2.0PV矿化度为50000mg/L的模拟地层水至进出口驱替压差平稳，注入速率均保持1.0mL/min。

5.根据权利要求4所述的一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，其特征在于，实验过程中采集进出口驱替压差△P，10^-1MPa，并通过下述公式(4)和公式(5)计算填砂管渗透率k，×10^-3μm²和封堵率η，％；

式中：Q为注入速率，mL/min；μ为流体粘度，mPa.s；A为填砂管岩心横截面积，cm²。

6.根据权利要求2所述的一种聚合物微球深部调驱注入粒径选择方法，其特征在于，δ粒径匹配系数δ为0.6～1.0。