化学驱是在驱替相中加入化学剂，扩大驱替相的波及体积和驱油效率，来提高石油采收率的驱油技术[1]。从大庆、胜利等油田的开发趋势看，目前我国很多主力油田已逐步进入高含水、特高含水期，稳产难度大，开发矛盾日渐突出；而勘探新增储量的难度也越来越大，成本越来越高。在这种情况下，以聚合物驱、复合驱为主的化学驱油技术成为油田增储稳产的主要技术手段。但是，由于聚丙烯酰胺和表面活性剂等驱油剂的耐温抗盐能力和剖面调整能力都具有局限性，限制了现有驱油体系在高温高盐油藏和非均质矛盾更加突出的油藏如聚合物驱后油藏中的应用；要保持油田的持续稳定发展，就需要开发在高温高盐、非均质矛盾突出等苛刻油藏条件下的新型化学驱油技术。
预交联体是一种新型高分子功能材料，是在生产过程中将聚合物预先交联形成具有一定交联度的高吸水树脂，经干燥、粉碎、造粒后得到的产品[2-5]。预交联体在水中不溶解，而是吸水膨胀成具有一定粘弹性能的微米颗粒。近年来，在配合其他封堵技术来封堵裂缝发育地层、高渗透、特高渗透地层方面得到较多的应用[6-13]。本试验利用预交联体良好的耐温抗盐能力，在地层中具有变形特性和选择性进入等特点，针对化学驱面临的高温高盐和聚合物驱后提高采收率问题，对预交联体的驱油应用进行了开发研究，提出并建立了预交联体增效聚合物驱的驱油新方法。
试剂与材料：氯化钠(分析纯)、氯化钙(分析纯)、六水合氯化镁(分析纯)、碳酸氢钠(分析纯)、十二烷(优级纯)等。
预交联体(Preformed Particle Gel，PPG)：聚星聚合物公司，棕褐色或淡黄色，粒度为58 μm~270 μm；聚合物(Polymer，P)：MO-4000，日本三菱公司，相对分子质量约2000万，水解度25%。
主要仪器：RS150流变仪，界面流变仪，激光粒度仪，岩心驱替流程装置(控温精度(0.5±2)℃)，精密压力表，电子天平，恒速搅拌器，电磁搅拌器等。
试验温度：80 ℃。模拟地层水：总矿化度19 334 mg/ L，其中Na+、K+为6 914 mg/ L，Ca2+、Mg2+为514 mg/ L，Cl-为11 373 mg/ L，HCO3-为533 mg/ L。
驱油用预交联体需具有较好的悬浮能力、注入能力和粘弹性。长期以来，预交联体在油田开发中的应用主要集中于调剖、堵水，作为驱油剂存在颗粒吸水膨胀后的粘弹性、注入性和驱动性能差，颗粒粒径过大、分散体系易沉降分离，产品的热稳定性有待提高等问题。研究中发现多元共聚能够改善产物的弹性、耐温性和抗盐性能。因此，将离子型单体丙烯酸、非离子型单体丙烯酰胺、抗盐单体AMPS与具有疏水性能的弹性链段——烷基疏水单体共聚来提高预交联体的弹性、耐温性和抗盐性能。通过控制交联度、添加羟甲基化处理过的无机复合填料、加入热稳定剂、降低颗粒粒径等方法进一步提高预交联体的粘弹性、热稳定性、悬浮能力和注入性能。通过粘度(η)、弹性模量(G′)、黏性模量(G″)、注入性和悬浮性对比考察，筛选出适合驱油应用的预交联体5#(表 1)。
预交联体是一种含有强亲水性基团，具有一定交联度的三维高分子材料，因此具有高亲水性、高吸水性，通过物理化学作用，吸水能力可达自身质量的几十倍甚至上百倍。作为高分子电解质，水溶液中盐类物质的存在和变化会显著影响其吸水能力。试验结果表明，筛选得到的驱油用预交联体在黄河水中的膨胀倍数可达126，在胜利盐水(TDS为5 727 mg/L)中为63，在10%NaCl盐水中也可保持在40左右。该结果一方面说明预交联体吸水性能具有一定的盐敏感性，另一方面也说明在较高矿化度下，仍然具有较好的吸水膨胀性能。
利用Master激光粒度仪测得，106 μm预交联体溶胀前粒径中值为76 μm，吸水溶胀后粒径中值可达200 μm。
如表 2所示(η*为复数粘度)，吸水膨胀后的预交联体颗粒具有较高的粘度和较强的粘弹性。从其粘弹性数据看，吸水膨胀后预交联体颗粒的弹性远远大于其粘性，即具有较好的变形能力。
对于一般的驱油体系来说，油藏矿化度和高温是使其驱油效果降低或失效的最主要因素之一。从驱油应用角度考虑，研究了矿化度和长期高温放置对预交联体性能的影响。
考察了预交联体在胜利油田三种典型模拟盐水，即5 727 mg/L盐水(胜利一类油藏盐水)、19 334 mg/L盐水(胜利二类油藏盐水)和32 868 mg/L盐水(胜利三类油藏盐水)，和浓度由50 000 mg/L到250 000 mg/L的NaCl盐水中的质量膨胀倍数。由结果可以看出，矿化度＜30 000 mg/L时，随矿化度升高，膨胀倍数呈下降趋势；在矿化度＞30 000 mg/L后，从32 868 mg/L到250 000 mg/L，质量膨胀倍数仅在28.5~23.5的范围内波动；尤其是在NaCl浓度大于50 000 mg/L后，其膨胀倍数变化很小。测定了膨胀后颗粒粒径中值随矿化度的变化，显示同一趋势：随矿化度升高，粒径变小；矿化度＜30 000 mg/L时，粒径随矿化度升高而降低的幅度较快；矿化度＞30 000 mg/L后，粒径变化幅度减慢；矿化度＞50 000 mg/L后，粒径的变化很小(表 3)。
80℃下、30天的热稳定性考察结果表明(表 4)：30天中，吸水膨胀系数基本保持稳定，而颗粒粒径随放置时间的增长而逐渐变大。这是由于在配制过程的快速溶胀期后，在油藏中还有一个慢速溶胀期：在地层温度下，随时间增长粒径会逐渐变大；同时，溶液体系粘度也随考察时间增长而持续增大。
预交联体悬浮液为固液两相共存的不稳定体系，长期放置容易沉降。在预交联体溶液中加入一定质量浓度的聚合物，能够改善悬浮性能，与单一预交联体相比，颗粒沉降速度大大减缓。研究中发现，预交联体与聚合物的复配带来了下述的增效效果。
将预交联体与聚合物溶液复配后，体系的粘度较单一聚合物和预交联体都高；且随着预交联体和聚合物质量浓度增大，粘度升高幅度越大(表 5)。
同时，由预交联体与聚合物溶液复配体系的粘弹性测试结果也可以看出(表 6)：虽然单一预交联体的水溶液分散体系不具有粘弹性，但其与聚合物的复配体系具有较高的粘弹性能；且体系的复数粘度η*随聚合物质量浓度的增加而增大，说明其粘弹性能在逐步增强；同时，复配体系的损耗模量G"(粘性部分)和相位角δ也随聚合物浓度的增加而增大，表明复配体系的粘性特征增强，更趋于连续分布。
将预交联体和聚合物复配体系中的预交联体弹性颗粒滤除后的溶液粘度略高于单一预交联体分散体系或聚合物溶液的粘度，这是由于预交联体颗粒中部分交联聚合物溶解在聚合物溶液中，导致体相粘度升高，使驱油体系不仅具有“调”的作用，而且同时提高“驱”的作用。
与单一的聚合物溶液相比，预交联体增效聚合物体系与油相间的界面粘弹模量大幅度提高。界面粘度的增加使驱替相与原油的相互作用加强，将油膜剥离，从而提高了驱油效率(如图 1)。
在高温高盐条件下，模拟地层非均质状况，设计了合注分采双管模型考察驱油体系提高波及效率和驱油效率的能力，高渗层与低渗层的渗透率级差为5000:1000×10-3 μm2。
以双管的产液分流量曲线反映驱替相在岩心中的波及状况和对不同渗透率层的开发状况。试验结果如下：水驱(图 2)：在双管水驱试验中，高渗透管自始至终占据了90%以上的分流量，低渗管仅近10%。即水驱不能改善波及的非均质状况。
聚合物驱(图 3)：注聚期间，高渗层分流量略有下降，低渗层略有上升，即：注聚期间对波及状况有所改善，但改善程度有限，且在后续水驱迅速失效。
预交联体增效聚合物驱(图 4)：注入增效段塞开始，分流量发生显著变化，低渗层的产液分流量超过了高渗层的产液分流量，说明产生了明显的液流转向，使得低渗层波及效率大幅度提高；在整个注聚过程和后续水驱中，随增效段塞的推进，分流量曲线一直在波动，整体趋势呈现为调整了非均质性，扩大了波及体积。即：预交联体增效聚合物驱段塞的注入使液流发生明显转向，极大程度地扩大了波及体积，且在后续水驱阶段持续有效地保持了调整效果。
水驱(图 5)：水驱采收率为46.9%，高渗层采收率为64%，低渗层仅为30.8%；水驱采收率以高渗层开发为主。
聚合物驱(图 6)：含水96%时注入0.3PV 1 500 mg/L的MO-4000聚合物，最终采收率为53.6%，在水驱基础上提高采收率为6.7%。由高、低渗层的驱替曲线可以看出：聚合物驱后，高渗层采收率大幅度提高，达76.1%，低渗层仅为29.1%，即聚合物段塞主要改善层内差异，提高高渗层的采收率。
聚合物驱后预交联体增效聚合物驱(图 7)：在聚合物驱后后续水驱含水98%的极限状况下注入0.2PV 2 000 mg/L预交联体+500 mg/L MO-4000，在聚合物驱的基础上又进一步提高采收率11.8%。由高低渗层的驱替曲线可以看出，先注入的聚合物驱段塞大幅度提高了高渗层的采收率。聚驱后，相对高渗层，低渗层剩余油饱和度比较高，后注入的增效段塞大幅度提高了低渗层的采收率。
预交联体增效聚合物驱(图 8)：含水96%时注入0.3PV 2 000 mg/L预交联体+500 mg/L MO-4000，最终采收率70.7%，比水驱提高采收率23.8%，最低含水33.6%。与聚合物驱相比，见效漏斗宽、深, 且高、低渗层采收率分别达到70%、71.5%；说明预交联体增效聚合物段塞可以同时改善层内层间差异，提高采收率。
(1) 室内筛选出了耐温抗盐、热稳定好、适合驱油应用的预交联体。
(2) 预交联体与聚合物复配后，改善了体系中预交联体颗粒的悬浮性能，大幅度提高了体系的粘度、粘弹性及其与油相的界面粘弹性能，使得体系的调驱能力增强，驱油效率提高。
(3) 建立了预交联体增效聚合物驱油方法。与聚合物驱相比，预交联体增效聚合物驱具有突出的液流转向能力，能够同时改善层内和层间矛盾，室内在高温高盐和聚合物驱后条件下取得了显著的提高采收率效果，是高温高盐、聚合物驱后和其它复杂苛刻条件下油藏进一步提高采收率的潜力技术。
(4) 预交联体颗粒的粘弹性、颗粒粒径与油藏的配伍关系，预交联体提高采收率应用配套技术还有待进一步研究认识。
2011, Vol. 40 Issue (2): 165-169
2011, Vol. 40 Issue (2): 165-169