在油田生产过程中，由于地层的非均质性，常产生水在油层中“突进”和“窜流”现象。降低油田开发效果，需要及时进行堵水调剖措施。其实质是封堵高渗透层和高产水层，调整流动剖面，以达到降低油田产水，提高末了采收率的目的。聚合物对油和水的作用具有选择性，使岩石对油的渗透率降低的少。对水的渗透率降低的多，使用时可不交联使用，也可与铝盐，铬盐等交联生成凝胶使用，还可增加某些树脂以形成互穿聚合物网络(IPN)使之具有更高耐温性。
如采用W/O型PAM胶乳和改性氨基树脂经过化学交联可以形成互穿聚合物网络堵水剂，已在油田堵水中应用并取得了明显的效果，采用PAM还可调整地层内吸水剖面及封堵大孔道，实践中已见到良好效果。
微球是目前使用较多的一种调剖堵水产品,一般常见的微球产品尺寸较小,能在较短时间内扩大数倍,注入地层后容易进入地层深部,微球膨胀后可以封堵地层孔吼、孔隙,这些特点使微球可以作为调剖堵水剂,在各大油田中均有使用。
虽然运用微球提高油田采收率的案例已屡见不鲜,但是,复杂的地层环境使微球的使用越来越受到限制,现有的聚合物微球遇到水后吸水速度及体积膨胀速度较快,这影响微球向地层深处运移,微球的使用效果及自身性能易受地层温度和矿化度的影响,对于低渗透、特低渗透地层而言,微米级的微球颗粒仍然较大,即在低渗透、超低渗透地层中,微米级微球一般难以发挥明显作用。
为解决上述问题,本文以降低微球颗粒大小、延缓微球吸水膨胀速度、提高微球耐温、耐盐性能,增强微球剪切性能和粘弹性能为目的,进行了以下研究:以3~#白油为分散介质,加入乳化剂山梨糖醇酐油酸酯(Span-80)和聚氧乙烯(20)醚山梨醇酐单油酸酯(Tween-80)组成油相溶液,为了使反应较快进行,在油相中加入偶氮二异丁腈(AIBN)进行催化,在蒸馏水中溶解一定量的丙烯酰胺(AM)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),用氢氧化钠调节溶液pH,加入螯合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA)形成水相溶液,将油相与水相混合,在通氮气的条件下驱除氧气,用过硫酸铵(APS)和亚硫酸氢钠(SHS)溶液引发反应,将聚合产物进行转相,即得到了聚丙烯酰胺纳米微球乳液,这种聚合方法为反相微乳液聚合法。
经过单因素法进行试验,确定了合成微球产品的较优条件:油水比为6:4,单体浓度为25%,单体配比AM:AMPS:MBA为74:20:6,乳化剂配比Span-80与Tween-80为8:4,搅拌速率为350r/min,引发温度25℃,引发剂加量为0.3%,调节pH至6.8。利用傅里叶红外变换光谱仪、纳米激光粒度仪、透射电子显微镜、高分辨场发射扫描电镜、热重仪等表征了微球产品的大小和形貌。测试结果表明,制备的纳米微球结构较好,微球产品的中值粒径为47.23nm,尺寸较小,球形较规则,颗粒均匀,热稳定性好。
用流变仪、界面张力仪、稳定性分析仪、吸水测试装置等评价了纳米微球产品的性能,测试结果表明,纳米微球的保质期较长,吸水7天后吸水倍率为4.45倍,吸矿化水倍率和吸水倍率相近,在矿化度和温度的影响下界面张力均能在15min内低于1.0×10~(-3)mN/m,在蒸馏水中膨胀5d后的膨胀倍率为4.02倍,在矿化度为2.0×10~4mg/L的矿化水下膨胀5d后的倍率为3.16倍,纳米微球溶液的粘度较小,在剪切作用下微球溶液的粘度明显降低,粘弹性测试表明微球的弹性大于粘性,能够发生弹性变形,通过以上测试表明纳米微球的性能良好,达到了预先设定的目的。
通过测试微球在岩心中的注入性、封堵性、调剖性,考察了纳米微球的应用性能,测试结果表明,纳米微球在低渗岩心中具有良好的注入性能、封堵率大于95%、调剖效果良好,能够提油控水,纳米微球的应用性能良好。由前期的考察得知纳米微球的性能较好,经过中试放大,对中试纳米微球产品进行各项性能测试,结果表明中试产品的性能较好,与实验室制备的小样的性能一致,聚丙烯酰胺纳米微球成功实现了工业化生产。
经过在特低渗透油藏的不同区块进行现场应用,结果显示聚丙烯酰胺纳米微球产品可以提高单井产能,能降低采出液含水率,注入后油井见效比例较高,可提高注水压力,增加注水井的吸水厚度,使吸水剖面变得更均匀,能增大地层压力,实现稳油控水,现场应用结果表明聚丙烯酰胺纳米微球的应用效果良好,在提高特低渗透油田采收率中可以发挥显著的作用。