CN110608989A - 一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法 - Google Patents

一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法,对聚合物微球进行理化性能实验，得到起膨胀特性、抗剪切性、团聚性；通过核磁共振技术表征地层剩余油富集区的平均孔隙半径和高含水区的平均孔隙半径之间，并据此筛选出适合的聚合物微球类型；通过物理模拟实验结合滞留率计算公式筛选出符合标准滞留率的聚合物微球；通过聚合物微球沉积调控油藏渗流关键参数公式、聚合物微球注入体积公式从经济指标选择最适合的聚合物微球，使用更具准确性、实用性。

Description

一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法
技术领域
本发明涉及中高渗油田提高采收率技术领域，尤其涉及一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法。
技术背景
国内大部分油田开发进入中高含水期，油藏平面和纵向上的非均质性，油水黏度的差异和注采井组内部的不平衡性，导致了注入水向生产井方向舌进和向高渗透层突进的问题。因此，注水井调剖技术是高含水后期可经济有效地改善注水开发效果实现老油田稳产的手段。通过调剖，可有效改善注水井的吸水剖面，扩大注水波及体积，增加可采储量，降低自然递减速度，提高油田的开发水平。随着油田进人高含水或特高含水开发期，油田水驱问题越来越复杂，调剖等控水稳油技术的难度及要求越来越高。传统调剖剂的调剖半径较小，在非均质性严重的油藏，后续注人水会很快绕过封堵区，窜流回到原优势渗流通道，增产有效期短，效果差，已经不能满足调剖要求。
为解决这一矛盾，聚合物微球深部调剖(驱)技术应运而生。聚合物微球粒径能够与油藏多孔介质的孔喉尺度特征相匹配，可在岩石孔隙中运移、滞留、封堵、弹性变形、再运移、再封堵，实现深部液流转向的目的，扩大后续水驱的波及体积。同时，微球表面的活性亲油基团会吸附岩石壁面的剩余油膜，从而提高驱油效率。聚合物微球与地层孔喉的匹配理论一直是指导现场使用的根据。
A.Abrams在1977年完整的提出了三分之一架桥封堵理论应用最为广泛，他采用了仿真物理模型，通过注入不同类型的固体无机颗粒根据运移的距离及测点的渗透率判断选出最适合的类型。最终得出结论：要求颗粒必须含有直径大于或等于地层中值孔径三分之一的桥接材料，浓度至少为泥浆固体体积的5％。该种匹配方法在聚合物微球使用初期得到大规模应用。但是该理论针对无机固体颗粒，忽略了聚合物微球的膨胀特性。
雷光伦、姚传进进行了微球在不同孔隙直径岩心中的流动物理模拟实验，根据某油藏地层条件配置岩心及地层水，注入聚合物微球后测量岩心的封堵率及压力变化，筛选出适合该地层条件的聚合物微球尺寸。得出结论：当微球粒径与孔喉直径之比为1.42时，封堵率和微球最大变形运移压力梯度均达到最大，封堵效果最好。但是该种方法普适性较差，对不同地层条件的油藏不适用，并且不通过理化试验，仅通过物模实验筛选不能完全衡量微球的适用性。
如今油田使用聚合物微球都基于匹配理论，因为没有结合理化性能实验及机理研究，深部运移尤为突出的纳米尺度聚合物微球在孔隙尺度较大的中高渗油藏使用存在空白。
发明内容
为了解决纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏的使用存在空白技术现状，本发明的目的在于提供一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，通过理化性能实验、物模实验及油藏关键参数控制公式来实现,使用更具准确性、实用性。
为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，包括以下步骤：
步骤1：选择中高渗油藏现场常规使用的12种聚合物微球，根据粒径和配置方法来分，12种聚合物微球粒径分别为：100-500nm、500-1000nm、1-2μm、2-5μm四种规格；配置方法为：反向/微悬浮聚合、反向/微乳液聚合、分散聚合三种方法，将12种聚合物微球原液稀释为2000mg/L；满足静置30min无分层、絮状现象；
步骤2：进行粒径分布测量，得到其粒径分布特征；
步骤3：根据团聚率公式，得到聚合物微球团聚特征；
步骤4：等候聚合物微球膨胀不同时间进行粒径测量，得到其膨胀特性；
步骤5：2000mg/L聚合物微球溶液候膨3天后测量抗剪切性，得到抗剪切特性；
步骤6：通过核磁共振实验测量剩余油富集区的孔隙半径分布；
步骤7：筛选粒径分布在剩余油富集区的平均孔隙半径和高含水区的平均孔隙半径之间的聚合物微球类型；
步骤8：将符合上步聚合物微球采用人造岩心滞留率测试实验，控制温度、注入速度及聚合物微球注入量，注入模拟地层水后注入聚合物微球溶液；最后注入地层水；
步骤9：测量注入后采出液聚合物微球浓度，通过滞留率公式筛选聚合物微球；
步骤10：根据聚合物微球沉积调控油藏渗流关键参数公式计算，以剩余油富集区渗透率为目标值，得到注入聚合物微球个数及粒径的关系；
步骤11：结合聚合物微球注入体积公式，选择经济指标最高的聚合物微球。
步骤3中，聚合物微球应满足浓度为2000mg/L时通过计算团聚率小于30％，通过以下公式计算团聚率：
式中，λ—团聚率，％；
C1—聚合物微球粒径分布图中第一个峰概率，％；
C2—聚合物微球粒径分布图中第二个峰概率，％。
步骤4中聚合物微球应满足60℃候膨3天后膨胀倍数大于5。
步骤5中2000mg/L聚合物微球应满足候膨3天后在转速7r/s、温度60℃条件下黏度大于2mPa·s。
步骤8中，实验在50℃-70℃温度下进行，纳米尺度聚合物微球在油藏中主要为沉积，注入速度为0.1-0.5mL/min。
步骤9中，滞留率σ通过以下公式计算：
式中，σ—滞留率，％；
C1—注入聚合物微球溶液浓度，mg/L；
C2—采出液中聚合物微球浓度，mg/L。
步骤10中，纳米尺度聚合物微球沉积调控油藏渗流关键参数公式为：
式中，L—单元体长度，m；
r2—单元体半径，m；
A—单元体横截面积，m2；
初始孔隙度，小数；
n—单位岩石表观体积沉积的聚合物微球个数；
rp—聚合物微球半径，μm；
C—常系数。
步骤11中，注入纳米尺度聚合物微球溶液体积为：
式中，V—注入聚合物微球体积，m3；
τ—修正系数，根据室内验证实验所得，常取3.2×10-19；
储层原始孔隙度，％；
r0—储层原始孔隙半径，μm；
L—储层长度，m；
rp—聚合物微球半径，μm；
C—聚合物微球数量浓度，个/m3。
本发明的优点：
1.通过中高渗油藏现场使用情况设定筛选指标，筛选出最适合中高渗油藏的聚合物微球，该种筛选方法具有工程意义，有较好的实用性；
2.考虑了纳米尺度聚合物微球的独有团聚特性，并建立团聚性评价公式，对纳米尺度聚合物微球的使用更具有准确性；
3.考虑了纳米吃聚合物微球的沉积滞留特性，建立纳米尺度聚合物微球调控油藏关键渗流参数的数学模型，并结合剩余油富集区的渗透率筛选纳米尺度聚合物微球；
4.建立了纳米尺度聚合物微球饱和注入量公式，从经济指标筛选纳米尺度聚合物微球。
附图说明
图1为本发明实施例中一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏的适用性筛选方法的流程图。
图2为本发明实施例中一种聚合物微球样品的微观形态。
图3为本发明实施例中一种聚合物微球样品的原始粒径大小和分布。
图4为本发明实施例中一种聚合微球粒径随时间变化的膨胀特征曲线。
图5为本发明实施例中一种聚合物微球黏度随时间变化的流变性特征曲线。
图6为某区块岩心通过核磁共振技术表征其粒径分布。
图7为本发明实施例中人造岩心滞留率测试实验流程图。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
本发明所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏的适用性筛选方法，按照发明内容步骤实施，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1，一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，包括以下步骤：
步骤1：选择中高渗油藏现场常规使用的12种聚合物微球，根据粒径和配置方法来分，12种聚合物微球的粒径分别为：100-500nm、500-1000nm、1-2μm、2-5μm四种规格；配置方法为：反向/微悬浮聚合、反向/微乳液聚合、分散聚合三种方法，将12种聚合物微球原液稀释为2000mg/L；12种聚合物微球应满足下述条件：配置的浓度为2000mg/L聚合物微球溶液静置30min无分层、絮状现象，如图2，在显微镜下微球圆球度好，颗粒分明；
步骤2：使用激光粒度仪进行粒径分布测量，得到其粒径分布特征，其分布特征为纳米级别微球应呈明显单峰特征，粒径越小的聚合物微球越容易发生团聚，所以纳米级别微球会呈双峰特征；
步骤3：聚合物微球团聚后会形成比初始粒径大上百倍的团聚体，对现场使用存在巨大影响。根据团聚率公式，得到聚合物微球团聚特征；聚合物微球应满足浓度为2000mg/L时通过计算团聚率小于30％；通过以下公式计算团聚率：
式中，λ—团聚率，％；
C1—聚合物微球粒径分布图中第一个峰概率，％；
C2—聚合物微球粒径分布图中第二个峰概率，％。
如图3所示，某配方100nm粒径聚合物微球浓度为2000mg/L粒径分布测量三次，第一峰概率平均值为11.3％，第二峰概率平均值为5.6％，团聚率为50.4％，该类型聚合物微球团聚明显，不符合标准；
步骤4：聚合物微球膨胀性能直接影响其在地层中的调驱、沉积封堵。等候聚合物微球膨胀不同时间进行粒径测量，得到其膨胀特性；聚合物微球应满足60℃候膨3天后膨胀倍数大于5；
如图4所示，测量某配方聚合物微球在3天内的粒径分布，最后一天测量三次，可以看出，较初始粒径膨胀了10倍，说明该种类聚合物微球膨胀性好，符合标准；
步骤5：聚合物微球的粘性对其在注入地层运移过程中较大影响，黏度也是衡量调剖剂的重要指标。聚合物微球测量抗剪切性，得到抗剪切特性，浓度为2000mg/L聚合物微球应满足候膨3天后在转速7r/s、温度60℃条件下黏度大于2mPa·s。
如图5所示，第3天测量2000mg/L某配方聚合微球溶液黏度为2.45mPa·s，符合黏度标准；
步骤6：通过核磁共振实验测量剩余油富集区的孔隙半径分布；
步骤7：筛选粒径分布在剩余油富集区的平均孔隙半径和高含水区的平均孔隙半径之间的聚合物微球类型。聚合物微球半径大于高含水区的平均孔隙半径时，聚合物微球会在注入端聚集，无法起到深部运移调驱的作用。聚合物微球半径小于剩余油富集区的平均孔隙半径时，聚合物微球无法在地层孔隙中沉积、封堵，直接从采出端流出。
如图6所示，使用核磁共振技术表征某地层的粒径分布，第一峰表征剩余油富集区的孔隙半径分布，第二峰表征高含水区的孔隙半径分布。当聚合物微球半径处于两峰之间，即两红线之间时调驱效果最佳。
步骤8：将符合上步聚合物微球采用人造岩心滞留率测试实验，控制温度、注入速度及聚合物微球注入量，注入模拟地层水后注入聚合物微球溶液；最后注入地层水。实验在50℃～70℃温度下进行，纳米尺度聚合物微球在油藏中主要为沉积，故注入速度为0.1～0.5mL/min。
如图7所示，采用实验中使用的常规人造岩心夹持器模型进行模拟实验，图中：1-中间容器；2-物理模型；3-采收液计量器；4-压力感器；5-压力输出系统；6-六通阀；7，18-二通阀；9-平流泵；10-恒温箱。
实验步骤为：
(1)采用实验中使用的常规人造岩心夹持器模型进行模拟实验，如图7连接各设备；
(3)依据驱替实验准则进行抽真空、饱和水，计算孔隙度；
(4)以0.1～0.5mL/min的驱替速进行水驱；
(5)注入1.5PV水时开始注微球，根据聚合物微球作用机理进行10～12h充分膨胀；
(6)待聚合物微球充分溶胀之后进行后续水驱，采集后续水驱采出液；
(7)对采出液进行浓度测量；
步骤9：测量注入后采出液聚合物微球浓度，通过滞留率公式筛选聚合物微球。滞留率σ通过以下公式计算：
式中，σ—滞留率，％；
C1—注入聚合物微球溶液浓度，mg/L；
C2—采出液中聚合物微球浓度，mg/L。
步骤10：根据聚合物微球沉积调控油藏渗流关键参数公式计算，以剩余油富集区渗透率为目标值，得到注入聚合物微球个数及粒径的关系；纳米尺度聚合物微球沉积调控油藏渗流关键参数公式为：
式中，L—单元体长度，m；
r2—单元体半径，m；
A—单元体横截面积，m2；
初始孔隙度，小数；
n—单位岩石表观体积沉积的聚合物微球个数；
rp—聚合物微球半径，μm；
C—常系数。
地层条件及渗透率一定，聚合物微球数量及粒径存在制约关系，粒径越大数量越少。
步骤11：结合聚合物微球注入体积公式，选择经济指标最高的聚合物微球。注入纳米尺度聚合物微球溶液体积为：
式中，V—注入聚合物微球体积，m3；
τ—修正系数，根据室内验证实验所得，常取3.2×10-19；
储层原始孔隙度，％；
r0—储层原始孔隙半径，μm；
L—储层长度，m；
rp—聚合物微球半径，μm；
C—聚合物微球数量浓度，个/m3。
聚合物微球使用成本公式为：
聚合物微球使用成本＝原液制作成本+现场使用配置成本
不同粒径聚合物微球原液制作成本不同，粒径越小原液制作成本越高。但粒径越小数量越多，根据体积计算公式，配置相应浓度的现场使用溶液就体积越大，成本越高。

Claims (8)

1.一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择中高渗油藏现场常规使用的12种聚合物微球，根据粒径和配置方法来分，12种聚合物微球的粒径分别为：100-500nm、500-1000nm、1-2μm、2-5μm四种规格；配置方法为：反向/微悬浮聚合、反向/微乳液聚合、分散聚合三种方法，将12种聚合物微球原液稀释为2000mg/L；满足静置30min无分层、絮状现象；
步骤2：进行粒径分布测量，得到其粒径分布特征；
步骤3：根据团聚率公式，得到聚合物微球团聚特征；
步骤4：等候聚合物微球膨胀不同时间进行粒径测量，得到其膨胀特性；
步骤5：2000mg/L聚合物微球溶液候膨3天后测量抗剪切性，得到抗剪切特性；
步骤6：通过核磁共振实验测量剩余油富集区的孔隙半径分布；
步骤7：筛选粒径分布在剩余油富集区的平均孔隙半径和高含水区的平均孔隙半径之间的聚合物微球类型；
步骤8：将符合上步聚合物微球采用人造岩心滞留率测试实验，控制温度、注入速度及聚合物微球注入量，注入模拟地层水后注入聚合物微球溶液；最后注入地层水；
步骤9：测量注入后采出液聚合物微球浓度，通过滞留率公式筛选聚合物微球；
步骤10：根据聚合物微球沉积调控油藏渗流关键参数公式计算，以剩余油富集区渗透率为目标值，得到注入聚合物微球个数及粒径的关系；
步骤11：结合聚合物微球注入体积公式，选择经济指标最高的聚合物微球。
2.根据权利要求1所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，
步骤3中，聚合物微球应满足浓度为2000mg/L时通过计算团聚率小于30％，通过以下公式计算团聚率：
式中，λ—团聚率，％；
C1—聚合物微球粒径分布图中第一个峰概率，％；
C2—聚合物微球粒径分布图中第二个峰概率，％。
3.根据权利要求1所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，步骤4中聚合物微球应满足60℃候膨3天后膨胀倍数大于5。
4.根据权利要求1所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，步骤5中2000mg/L聚合物微球应满足候膨3天后在转速7r/s、温度60℃条件下黏度大于2mPa·s。
5.根据权利要求1所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，步骤8中，实验在50℃-70℃温度下进行，纳米尺度聚合物微球在油藏中主要为沉积，故注入速度为0.1-0.5mL/min。
6.根据权利要求1所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，步骤9中，滞留率σ通过以下公式计算：
式中，σ—滞留率，％；
C1—注入聚合物微球溶液浓度，mg/L；
C2—采出液中聚合物微球浓度，mg/L。
7.根据权利要求1所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，步骤10中，纳米尺度聚合物微球沉积调控油藏渗流关键参数公式为：
式中，L—单元体长度，m；
r2—单元体半径，m；
A—单元体横截面积，m2；
—初始孔隙度，小数；
n—单位岩石表观体积沉积的聚合物微球个数；
rp—聚合物微球半径，μm；
C—常系数。
8.根据权利要求1所述的一种纳米尺度聚合物微球在中高渗油藏适用性的筛选方法，其特征在于，步骤11中，注入纳米尺度聚合物微球溶液体积为：
式中，V—注入聚合物微球体积，m3；
τ—修正系数，根据室内验证实验所得，常取3.2×10-19；
—储层原始孔隙度，％；
r0—储层原始孔隙半径，μm；
L—储层长度，m；
rp—聚合物微球半径，μm；
C—聚合物微球数量浓度，个/m3。
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