張娥

（吉林油田油氣工程研究院 吉林松原 138000）

微球是指直徑在納米至微米粒徑范圍內(nèi)的球體，微球具有流動(dòng)性、生物相容性、功能基特性、表面效應(yīng)、體積效應(yīng)等優(yōu)良的性質(zhì)。微球技術(shù)是當(dāng)今一項(xiàng)用途廣泛而又發(fā)展迅速的新技術(shù)，雖然發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，但已給許多行業(yè)帶來了極大的革新和進(jìn)步，其應(yīng)用已遍及涂料、聚合物改性、光學(xué)器件、化妝品、皮革制造及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，微球因其特殊尺寸和特殊結(jié)構(gòu)在石油開采中的應(yīng)用也不斷增多，如提高采收率、污水處理等。

1 微球的分類

根據(jù)合成和作用機(jī)理不同，微球分為原始尺寸不同的納米級(jí)和微米級(jí)微球兩種類型。其中納米級(jí)微球通過反相乳液聚合得到，原始尺寸為納米級(jí)，水化膨脹后進(jìn)行堵塞封堵；微米級(jí)微球依靠懸浮聚合得到，原始尺寸為微米級(jí)，水化膨脹后進(jìn)行吸附封堵。本文主要通過對(duì)微球性能的研究，介紹其在吉林油田深部調(diào)驅(qū)方面的應(yīng)用情況。目前在各大油田普遍用微球作為三次采油中的封堵及驅(qū)替試劑，且取得了較好的效果，有效地提高了油田采收率。

2 微球的性質(zhì)

2.1 封堵能力

2.1.1 微球膨脹性能實(shí)驗(yàn)

微球體系主要以丙烯酰胺、丙烯酸、高溫表面活性劑等為原料，通過反相微乳液聚合或分散聚合方法制成。微球的初始粒徑較小，在水中溶脹后粒徑可增大幾倍至十幾倍。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)我們?cè)陲@微鏡下觀察了微球在水中溶脹過程的粒徑變化情況。用激光粒度分析儀測(cè)試微球分散體系在室溫條件下、不同溶脹時(shí)間的粒徑分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著水化時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種粒徑的微球體系平均粒徑中值不斷變大，在水化15天后基本達(dá)到最大值，逐漸趨于平穩(wěn)。

2.1.2 微球封堵性能實(shí)驗(yàn)

（1）不同滲透率的封堵率測(cè)定實(shí)驗(yàn)。巖心滲透率為30mD，注入相同濃度的微球分散體系，微球的封堵率均能達(dá)到65.3% ,表明該微球分散體系對(duì)低滲透油層都具有封堵作用，而對(duì)于滲透率為120mD的高滲巖心，納米級(jí)和5微米微球的封堵效果明顯不能滿足要求，20微米微球依然能夠達(dá)到理想的封堵效果。

（2）不同濃度微球體系的封堵率測(cè)定。使用氣測(cè)滲透率在30mD左右的巖心，考察了不同的聚合物微球樣品濃度對(duì)封堵能力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微球?qū)Φ蜐B透巖心具備較高的封堵率，達(dá)到80%以上，同時(shí)隨著濃度的增加封堵率越來越高，主要是由于隨著聚合物微球濃度的增加，聚合物微球的數(shù)量增多，更易在孔喉處實(shí)現(xiàn)封堵。

表1 不同氣測(cè)滲透率下微球的封堵率（30mD、120mD）

2.1.3 微球突破壓力測(cè)定實(shí)驗(yàn)

在不同滲透率巖心條件下測(cè)試不同粒徑微球的突破壓力，得到的結(jié)果是：20微米微球的突破壓力梯度在100mD仍較大，可用來做高滲透油藏的封堵體系；5微米及納米微球在30mD以上突破壓力較低，可作為較高滲透率的驅(qū)替介質(zhì)，30mD以下具備高的突破壓力，可作為低滲透油藏的封堵主劑；納米微球突破壓力較低，一般作為驅(qū)替體系。

2.2 驅(qū)替能力

2.2.1 微球體系降低界面張力能力實(shí)驗(yàn)

使用界面張力儀測(cè)定不同質(zhì)量濃度及不同水化時(shí)間的微球溶液與注入水之間的界面張力，測(cè)定結(jié)果從圖可知，微球體系能夠有效降低油水界面張力，當(dāng)濃度達(dá)到3000 mg/L時(shí)，界面張力降低至0.5mN/m級(jí)別并趨于穩(wěn)定，且不隨水化時(shí)間的延長(zhǎng)變化。微球質(zhì)量濃度越高降低界面張力的能力越明顯，為微球提高洗油效率奠定了基礎(chǔ)。

2.2.2 不同濃度微球體系的驅(qū)油效果

由表2可以看出，隨著微球質(zhì)量濃度的增加，采收率的提高值也逐漸增加，質(zhì)量濃度為0.3%以上，提高采收率幅度增加不大，經(jīng)濟(jì)考慮認(rèn)為質(zhì)量濃度3%為合理注入濃度。

表2 不同濃度微球體系的驅(qū)油效果

2.2.3 不同滲透率巖心管中的驅(qū)油效果

從巖心聚合物微球調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：注入聚合物微球溶液后，采收率均有較大的提高。在低滲巖心驅(qū)替作用下，納米微球提高采收率的幅度較大，達(dá)到5.52% ，而高滲巖心驅(qū)替作用下，20微米微球提高采收率為5.64%。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

扶余試驗(yàn)區(qū)塊儲(chǔ)層平均空氣滲透率為161×10-3μm2，層內(nèi)非均質(zhì)嚴(yán)重，滲透率變化大，前期用顆粒及凝膠堵劑進(jìn)行了逐級(jí)封堵，達(dá)到了預(yù)期封堵效果，產(chǎn)液明顯下降，油壓上升0.7MPa，目前采用20微米及5微米微球體系進(jìn)行驅(qū)替，整體動(dòng)態(tài)反應(yīng)良好，區(qū)塊累計(jì)增油2602噸。20微米微球及5微米微球起到較好的驅(qū)替效果。

表3 不同滲透率巖心管中的驅(qū)油效果

新立試驗(yàn)區(qū)塊平均空氣滲透率為33×10-3mm2，該區(qū)塊孔喉直徑為0.03～5.1μm ，平均為1.98μm，對(duì)于該油藏條件確定的調(diào)驅(qū)方式為：采用微米級(jí)微球調(diào)堵，改善油藏縱向波及狀況和高滲透層內(nèi)平面波及系數(shù)；用納米微球、驅(qū)油劑驅(qū)替，驅(qū)替低滲層、增加巖心中毛細(xì)管數(shù)，改善流度比，降低界面張力從而達(dá)到深部調(diào)驅(qū)的目的。試驗(yàn)區(qū)塊2013年9月17日開始陸續(xù)注入，區(qū)塊共計(jì)注入15口井，施工前期采用5微米微球進(jìn)行封堵，區(qū)塊壓力上升2.5MPa，后采用1納米微球驅(qū)替區(qū)塊，評(píng)價(jià)期內(nèi)共計(jì)增油8000噸。

4 結(jié)論

（1）微球具有一定的膨脹性，地層水礦化度越低、溫度越高，微球吸水膨脹倍數(shù)越大；

（2）針對(duì)不同滲透率油藏分別有封堵和驅(qū)替的作用：滲透率低于30 mD時(shí)，5微米微球可作為封堵劑，納米微球作為驅(qū)替劑；滲透率在30～100 mD時(shí)，5微米及20微米微球可作為封堵劑；滲透率大于10mD時(shí)，5微米及20微米微球可作為驅(qū)替劑使用。

（3）結(jié)合微球特性及在吉林油田的應(yīng)用，證明微球在中、低滲油藏具備較好的應(yīng)用效果，具備較好的應(yīng)用前景。