納米級(jí)聚合物微深度調(diào)剖及驅(qū)油技術(shù)研究

1、納米級(jí)聚合物微深度調(diào)剖及驅(qū)油技術(shù)研究Zhao Hua*, Meiqin Lin, Zhaoxia Dong, Mingyuan Li, Guiqing Zhang, Jie YangResearch Institute of Enhanced Oil Recovery, China University of Petroleum, Beijing, China摘要通過掃描電子顯微鏡(SEM)、動(dòng)態(tài)光散射(DLS)和HAAKE流變儀實(shí)驗(yàn)，研究納米級(jí)聚合物微球的形狀、大小及流變特性。此外，通過核孔膜過濾、填砂管驅(qū)替、巖心驅(qū)替、微可視化模型和毛細(xì)管流實(shí)驗(yàn)，研究納米級(jí)聚合物微深度調(diào)剖及驅(qū)油機(jī)理。結(jié)果表

2、明，納米級(jí)聚合物微球的初始形狀為30-60nm的球形，微球分散在水中后，由于形成分散液且發(fā)生膨脹而使其大小增加了3-6倍，但球形構(gòu)造仍然保持不變。在一定剪切速率范圍內(nèi)，微球分散液（100-600mg/L）表現(xiàn)出剪切增稠特性，有利于增加驅(qū)替相的流動(dòng)阻力。聚合物微球分散液能夠有效堵塞孔徑為0.4m核孔膜，并且運(yùn)移至核心部位；在平行填砂管實(shí)驗(yàn)中，該體系也傾向于封堵高滲透層，從低滲層中驅(qū)替原油。交聯(lián)聚合物微球可以減少水相滲透率，是因?yàn)槲⑶蛟诳缀硖幬?、積累和“架橋”，而且由于微球良好的形變性能，在壓力作用下形成的吸附層發(fā)生破碎，從而到達(dá)儲(chǔ)層深部。同時(shí)，微球在多孔介質(zhì)中運(yùn)移時(shí)驅(qū)替孔喉處的原油，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)

3、剖和驅(qū)油，從而達(dá)到提高原油采收率的最終目的。關(guān)鍵詞：納米級(jí)聚合物微球；膨脹性能；流變特性；深部調(diào)剖機(jī)理；驅(qū)油機(jī)理1 引言 該地區(qū)由于成巖作用強(qiáng)，巖石密度大，以及脆性巖石的存在，導(dǎo)致成巖和構(gòu)造裂縫在低滲透儲(chǔ)層中普遍存在1。通道的低效循環(huán)已經(jīng)成為裂縫儲(chǔ)層中存在的最重要問題之一，因?yàn)樗鼘?dǎo)致大量產(chǎn)水和油井產(chǎn)能的快速下降?；谶@種情況，石油工業(yè)必須控制產(chǎn)水量，改善高含水油藏的采收率以提高原油采收率，緩解產(chǎn)出水對(duì)環(huán)境的影響。因此，發(fā)展更可靠的，例如“綠色”堵水、調(diào)剖和驅(qū)油技術(shù)，對(duì)石油工業(yè)而言是非常重要的。目前，基于近井堵塞和調(diào)剖技術(shù)問題2-6，許多深部調(diào)剖技術(shù)被成功應(yīng)用于提高采收率；交聯(lián)聚合物微球由于抗溫

4、、抗鹽和相對(duì)較低的成本而倍受關(guān)注7-9。然而，工業(yè)生產(chǎn)的交聯(lián)聚合物微球僅限于實(shí)驗(yàn)室研究和小規(guī)模試驗(yàn)。來自法國(guó)石油研究所的Chauveteau等人10對(duì)交聯(lián)聚合物微球主要的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，結(jié)果表明微球有很好的抗溫、抗鹽和抗剪切的性能。中國(guó)的林、郭等人11研究了微米級(jí)微球在實(shí)驗(yàn)膨脹前后的大小和形狀以及封堵性能，由于粒徑太大，微球不能進(jìn)入低滲透儲(chǔ)層中1-20m寬的微裂縫；因此，必須研發(fā)用于深部調(diào)剖技術(shù)的納米級(jí)聚合物微球。Dong等人12研究了微凝膠分散液的膨脹和流變性能，微球表現(xiàn)出很好的膨脹性和流變性。但是，以往的文獻(xiàn)中有關(guān)納米級(jí)聚合物微球的封堵性能以及封堵機(jī)理的研究很少。本文對(duì)納米級(jí)聚合物

5、微球的形狀、大小、流變性能、封堵性能、調(diào)剖機(jī)理和驅(qū)油機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)地研究。2 實(shí)驗(yàn)2.1 材料HPAM（部分水解的聚丙烯酰胺）(粘均分子量1.4×107，水解度25.8%，大慶油田化學(xué)助劑廠)；丙烯酰胺，丙烯酸和NaOH（AR）(北京益利精細(xì)化工有限公司)；亞甲基藍(lán)（AR）， Span-60和Span-80（CP）（北京瀛海精細(xì)化工有限公司）；去離子水（經(jīng)0.22m微孔纖維素膜過濾得到）；核孔膜（0.4m孔徑，厚度10m，中國(guó)原子能科學(xué)研究院）；YN型標(biāo)準(zhǔn)聚酰胺涂層毛細(xì)管（內(nèi)徑50±3m，外徑365±10m，河北永年瑞豐層析設(shè)備有限公司）。2.2 交聯(lián)聚

6、合物微球的合成及純化 已知量的Span-80溶于輕質(zhì)油，而丙烯酰胺，丙烯酸，氫氧化鈉和交聯(lián)單體溶解在去離子水。兩相混合形成W/O微乳液，(NH4)2S2O8NaHSO3氧化還原體系用作聚合反應(yīng)的引發(fā)劑。溫度從22升至70，并維持2h，從而得到交聯(lián)聚合物微球乳液。微乳液以1:10的體積比加入乙醇中，通過充分地?cái)嚢枰云茐奈⑷橐涸谌萜鞯撞可傻拇罅堪咨鯛畛恋?。乳液?jīng)過濾得到的沉淀以1:5的體積比使用乙醇洗滌，再過濾；然后讓沉淀自然烘干，處理后的交聯(lián)聚合物微球呈白色粉末。2.3 掃描電鏡觀察 納米級(jí)聚合物微球的固體粉末直接被放置到導(dǎo)電膜上，用干凈的玻璃片壓實(shí)，并在無塵室溫工作柜中烘干。粉末樣品被噴鍍

7、金屬3 min后，使用美國(guó)FEI公司制造的200F型定量掃描電鏡進(jìn)行觀察。2.4 激光衍射分析借助英國(guó)MaErWen公司生產(chǎn)的基于激光衍射的Mastersizer 2000型分析儀，研究膨脹微球的粒徑分布。該分析在恒溫（25）條件下進(jìn)行，分析儀采用630.0 nm的氦-氖激光器。2.5 流變參數(shù)的測(cè)量使用德國(guó)HAAKE公司制造的HAAKE RS 600型流變儀，在30條件下，攪拌20min后，測(cè)定的聚合物微球分散液的流變參數(shù)。2.6 顯微鏡觀察一滴膨脹微球樣品被放置在干凈的載玻片表面，然后放在由日本Olympus公司制造的OlympusBX41型顯微鏡下進(jìn)行觀察。2.7 核孔膜過濾核

8、孔膜的安裝基于參考文獻(xiàn)13,14，過濾裝置示意圖如圖1所示 。20 mL的微球分散液在0.1MPa壓力驅(qū)動(dòng)下通過核孔膜，壓力由氮?dú)馄刻峁^濾過程中時(shí)間及相應(yīng)過濾量被記錄下來。本實(shí)驗(yàn)中，采用孔徑為0.4m和厚度為10m的核孔膜。2.8 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)按照文獻(xiàn)15中的描述進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2所示。在25，0.40mL/min的流速條件下，注水和注微球依次進(jìn)行。用250-300目的石英砂填充水平裂縫，并將其壓制成25cm長(zhǎng)的巖心；圍壓為6MPa。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程， 前期水驅(qū)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定壓力后，緊接著注入1.0PV的聚合物微球分散液，然后再進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)。2.9 填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)填

9、砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn) 16 的描述進(jìn)行。在大約60，0.40 mL/min的流量條件下， 依次進(jìn)行油，水和微球的注入實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用填砂管的長(zhǎng)度為30cm，孤島油田原油在60條件下的粘度為86mPa·s，孤島油田污水pH值為7.5。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，填砂管先飽和孤島油田原油，接著水驅(qū)至含水率達(dá)到98%，然后注入一定體積的聚合物微球分散液， 最后注入孤島油田污水進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)。2.10 微可視化模型500mg/L的微球分散液被注入微可視化模型，然后利用光學(xué)顯微鏡觀察微球在模型中的分布。2.11 毛細(xì)管流動(dòng)實(shí)驗(yàn)用亞甲基藍(lán)對(duì)微球分散液(500mg/L)進(jìn)行染色，然后以0.02mL/min的流速將其

10、泵入內(nèi)徑為50m的透明毛細(xì)管，最后將毛細(xì)管置于光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察，并記錄驅(qū)替壓力的變化。3 結(jié)果與展望3.1 納米級(jí)聚合物微球的大小形態(tài)添加乙醇將固體粉末狀的納米級(jí)聚合物微球制成微乳液，將微乳液直接放在導(dǎo)電膜，使用干凈的玻璃片壓實(shí)，在無塵室溫工作柜中烘干。為了使其導(dǎo)電，并避免電荷積累，粉末樣品被噴鍍金屬3min。然后將樣品放入已經(jīng)預(yù)熱的樣品室，使用SEM進(jìn)行觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示：大量微球聚集，粒徑大約分布在30-60nm之間，且聚合物微球是球形的。上述結(jié)果是基于微球在膨脹之前的形態(tài)和大小。然而，微球必須分散在水中才可以作為深部調(diào)剖劑，讓微球分散在水中膨脹到與原來完全不同的更大粒徑。將微球

11、分散在去離子水中形成700mg/L的分散液，在82條件下膨脹5d后，用激光衍射法測(cè)定，結(jié)果如圖4所示。膨脹的微球粒徑大約分布在200-1200nm之間，幾乎是 SEM測(cè)量結(jié)果的3-6倍，且體系具有多分散性。激光衍射測(cè)量結(jié)果表明，交聯(lián)聚丙烯酰胺微球具有良好的膨脹性能，膨脹后微球的粒徑大約是原來的3-6倍。正是因?yàn)榻宦?lián)點(diǎn)在聚合過程中的隨機(jī)分布，酰胺基和羧鈉基在聚合物微球中的隨機(jī)排列，所以生成了一個(gè)粒度分布較寬的聚合物微球多分散液。3.2 納米級(jí)聚合物微球的流變性能圖5顯示了聚合物微球分散在不同濃度的溶液中，在40條件下，膨脹10d之后，其粘度隨剪切速率的變化關(guān)系。該分散液的粘度明顯地受到

12、濃度的影響，其表觀粘度隨著濃度的升高而增加。在低剪切速率下，分散液表現(xiàn)為假塑性流體；隨著剪切速率的增大，分散液的粘度下降，表現(xiàn)為剪切變稀。在中剪切速率下，微球濃度在100-900 mg/L之間的分散液，其粘度隨剪切速率的升高而升高；分散液剪切增稠，表現(xiàn)為膨脹性流體。濃度為50 mg/L的聚合物微球分散液，當(dāng)剪切速率增加時(shí)，粘度幾乎不變，呈現(xiàn)出牛頓流體的特性。然而，1500mg/L的分散液粘度隨剪切速率的增加而降低，表現(xiàn)出假塑性流體的特性。在適當(dāng)?shù)募羟兴俾史秶鷥?nèi)，聚合物微球分散液的膨脹性能隨微球濃度的增加而加強(qiáng)。不同濃度分散液的非牛頓指數(shù)（n）如下：n = 1（50mg/L）；n =1.06（1

13、00 mg/L）；n=1.08（300 mg/L，600mg/L）。當(dāng)微球的濃度達(dá)到900 mg/L（n=1.05）時(shí)，膨脹性能減弱，分散液在較高濃度（n=0.97（1500 mg/L）時(shí)表現(xiàn)為一種典型的假塑性流體。在高剪切速率下，具有較低濃度（50 mg/L）的聚合物微球分散液，粘度隨剪切速率增加變化不明顯，呈現(xiàn)出牛頓流體的特征。然而，較高濃度（100-1500mg/L）的分散液，其粘度隨剪切速率增加而下降，顯示出假塑性流體的特性。圖6顯示了不同濃度的分散液在恒定剪切速率（600s-1）下的流動(dòng)行為。時(shí)間對(duì)聚合物微球分散液的影響與濃度不同。濃度為50 mg/L和1500 mg/L的

14、分散液粘度幾乎不隨時(shí)間變化。然而，濃度為100-900 mg/L的微球體系，表觀粘度隨剪切時(shí)間的增加而明顯增大；因此，分散液呈現(xiàn)出明顯的非觸變性和時(shí)間依賴性。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于微球的聚集狀態(tài)差異，不同濃度的分散液之間的流變性能的差異明顯。在稀釋的分散液中微球之間是獨(dú)立存在的，隨著濃度的增加一些微球開始聚集。當(dāng)濃度達(dá)到1500mg/L時(shí)，形成了一個(gè)明顯的聚集體系，導(dǎo)致該體系在接近零剪切速率條件下粘度急劇增加。在低剪切速率下，50 mg/L的聚合物微球分散液具有良好的分散性，且以剪切應(yīng)力為導(dǎo)向保持自然分布。在這種情況下，分散液表現(xiàn)出假塑性特征。隨著微球濃度的增加，分散液形成一個(gè)有序的層狀結(jié)構(gòu)，

15、顆粒在每層中獨(dú)立流動(dòng)，在剪切應(yīng)力作用下，每層都有部分微球發(fā)生定向變形 ，而且觀察到剪切變稀現(xiàn)象。當(dāng)剪切速率到高于CSR（臨界剪切速率；分散液的流變特性由剪切變稀轉(zhuǎn)為剪切增稠所對(duì)應(yīng)的剪切速率），分散液中的微球發(fā)生交聯(lián)，形成一個(gè)無序結(jié)構(gòu)而不能被拉伸成為線性結(jié)構(gòu)。在這種情況下，由于剪切應(yīng)力或聚合物的酰胺基和水之間的氫鍵作用，微球發(fā)生聚集，因此表現(xiàn)出剪切增稠的特性。當(dāng)濃度足夠高（1500 mg/L）時(shí)，聚集的微球在剪切應(yīng)力作用下將會(huì)被破壞；因此，分散液表現(xiàn)出假塑性特征。在高剪切速率（> CSR）下，分散液（100-900 mg/L）中仍舊保持獨(dú)立性的微球，在剪切應(yīng)力作用下形成聚集體。此外，剪切應(yīng)

16、力越大，更多微球發(fā)生聚集，且流動(dòng)阻力就越大；簡(jiǎn)而言之，就是剪切增稠現(xiàn)象。當(dāng)剪切應(yīng)力消失，由于布朗運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致聚集體產(chǎn)生可逆性變化，恢復(fù)到獨(dú)立分散的狀態(tài)。然而，聚合物的布朗運(yùn)動(dòng)太弱，以至于微球間的臨時(shí)連接的消失時(shí)間延長(zhǎng)。因此，聚合物微球分散液是一種膨脹性流體，表現(xiàn)為非觸變性且具有時(shí)間依賴性。微球在分散液中的體積分?jǐn)?shù)隨微球濃度的增加而增加，因此分散液的膨脹性能隨之增強(qiáng)。然而，當(dāng)濃度增加到900 mg/L時(shí)，分散液的膨脹性能將會(huì)減弱，因?yàn)榉稚⒁褐械牟糠治⑶蛟诩羟袘?yīng)力作用下被破壞。微球濃度為1500 mg/L的分散液表現(xiàn)為假塑性。在高剪切速率下，一些新聚集體形成的同時(shí)，部分原有的聚集體被破碎。由于微球數(shù)

17、量很少，所以高剪切速率對(duì)稀釋分散液的流變性能幾乎不產(chǎn)生影響。隨著濃度的增加，在高剪切應(yīng)力作用下，聚集體被破壞；因此，分散液表現(xiàn)出不同的假塑性流體特性。3.3 納米級(jí)聚合物微球的封堵性能核孔膜適用于研究封堵機(jī)理，是因?yàn)樗哂芯鶆虻膱A柱孔，可以被視為一個(gè)多孔介質(zhì)的橫截面。圖7是聚合物微球分散液與HPAM溶液的過濾量隨時(shí)間變化曲線。濃度為100 mg/L的聚合物微球分散液，在40條件下膨脹10d后，與同濃度的HPAM溶液通過孔徑為0.4m的核孔膜。如圖7所示，HPAM溶液過濾迅速， 不足5min，就有20mL的HPAM溶液通過核孔膜。因此，HPAM溶液不能封堵核孔膜。然而，當(dāng)使用相同濃度的微球分散液

18、時(shí)，過濾速度大幅下降 ，過濾量與時(shí)間的關(guān)系曲線是一條拋物線，表明微球能夠有效封堵0.4m的毛孔。實(shí)驗(yàn)用的HPAM溶液的粘度大于聚合物微球分散液的粘度。因此，微球相對(duì)于HPAM的優(yōu)越封堵性能歸因于他們的分子結(jié)構(gòu)差異而非分子量。在 HPAM溶液中，HPAM的分子構(gòu)造是隨機(jī)的，在一定的壓力作用下，可被拉伸形成線性結(jié)構(gòu)。因此，HPAM不能有效地在毛孔處“架橋”，且HPAM溶液快速通過濾膜，幾乎不產(chǎn)生封堵。然而，微球的強(qiáng)度是由于其構(gòu)造中存在大量的交聯(lián)結(jié)點(diǎn)，并且因?yàn)槲⑶蚝湍た椎拇笮∑ヅ潢P(guān)系，使微球容易在核孔處吸附、積累和“架橋”，從而有效封堵核孔膜。核孔膜實(shí)驗(yàn)表明納米級(jí)聚合物微球的粒徑和核孔膜的

19、孔徑之間存在匹配關(guān)系。作為深部調(diào)剖劑的聚合物微球必須能夠進(jìn)入儲(chǔ)層深部。因此，納米級(jí)聚合物微球分散液（3000 mg/L），在40條件下膨脹10d后，以一定的流速被注入到滲透率為0.02m2的裂縫巖心（長(zhǎng)25cm，有四個(gè)等距的測(cè)壓點(diǎn)），以此研究微球的封堵性能。圖8顯示了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中巖心夾持器四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力值與相對(duì)應(yīng)的注入量之間的變化關(guān)系。如圖8所示，就滲透率為0.02m2的裂縫巖心而言，水驅(qū)達(dá)到平衡之后，濃度為3000 mg/L的聚合物微球分散液被注入巖心。注入大約1.0PV的聚合物微球分散液， 巖心夾持器四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力值隨注入量增加而升高。第一測(cè)壓點(diǎn)靠近巖心夾持器注入口的，壓力

20、值從大約171kPa升至大約687 kPa ，并伴有輕微地波動(dòng)。靠近巖心夾持器中部的第二個(gè)和第三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力分別從大約161 kPa升至519 kPa， 151 kPa升至314 kPa。在出口附近的第四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力從約 55 kPa升至約144 kPa。轉(zhuǎn)為注水后，四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力都有較大波動(dòng)的持續(xù)上升。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，聚合物微球不僅在裂縫巖心中表現(xiàn)出密封特性，而且能夠進(jìn)入巖心深部，實(shí)現(xiàn)有效封堵，從而起到深部調(diào)剖的作用。這主要是因?yàn)榕蛎浀木酆衔镂⑶虮蛔⑷肓芽p巖心，它們吸附，積累，橋堵在入口附近的毛孔，且入口伴隨著壓力上升。此外，增加注入量，聚合物微球在巖心的近注入端逐漸積累，

21、 壓力上升更快。越小的膨脹微球越能表現(xiàn)出形變性，微球在壓力作用下形變，通過第一個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，并流向第二、第三和第四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，然后在這些測(cè)壓點(diǎn)附近吸附，積累和“架橋”，使P2，P3和P4也隨著注入量的增加而升高， 這些結(jié)論由四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力值作為數(shù)據(jù)支持；測(cè)壓點(diǎn)的壓力隨著微球注入量的增加而增加，且在后續(xù)水驅(qū)階段仍大波動(dòng)地持續(xù)上升。3.4 納米級(jí)聚合物微球的調(diào)驅(qū)和驅(qū)油效果 室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，采用單一均質(zhì)填砂管和非均質(zhì)并聯(lián)雙填砂管兩種模型，研究聚合物微球的調(diào)驅(qū)和驅(qū)油效果。表1和表2提供了填砂管模型的主要參數(shù)。單一均質(zhì)填砂模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，注入約0.3 PV的聚合物微球(1800mg/L)后

22、，原油采收率從60.68%增加至 69.60%，明顯提高了8.92%。圖9為單一均質(zhì)填砂管模型的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)曲線。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)曲線表明，注入聚合物微球后，含水量有下降趨勢(shì)，且驅(qū)油效率明顯增加。轉(zhuǎn)為水驅(qū)后，驅(qū)替壓力持續(xù)上升到0.1 MPa，這一壓力點(diǎn)表示突破壓力，隨后的壓力逐漸降低。納米級(jí)聚合物微球表現(xiàn)出良好的封堵和驅(qū)油效果。對(duì)于非均質(zhì)并聯(lián)雙填砂管模型，在水驅(qū)階段，高滲和低滲填砂管的原油采收率為68.46%，58.38%。注水開發(fā)過程中，由于注入水優(yōu)先選擇高滲路徑，所以低滲和高滲填砂管之間的原油采收率存在明顯的差異。如表2所示，注入約0.3 PV濃度為1800mg/L的聚合物微球后，高滲和低滲填砂管的原

23、油采收率分別提高5.71%和12%。并聯(lián)填砂管實(shí)驗(yàn)顯示，高滲填砂管的注入速度是低滲的兩倍，表明聚合物微球優(yōu)先封堵高滲透層，可以大大地降低流動(dòng)速度和滲透率，并且能夠改變后續(xù)水驅(qū)階段的注入水流向。因此，轉(zhuǎn)為后續(xù)水驅(qū)，注入水主要沿低滲填砂管流動(dòng)，改善了波及狀況和驅(qū)油效果。模型中的高滲與低滲填砂管的原油采收率相比， 提高采收率主要表現(xiàn)在低滲填砂管。圖10表明，注入聚合物微球分散液后，含水量明顯下降，原油采收率大幅度上升，驅(qū)替壓力也繼續(xù)上升至0.57 MPa，此壓力被視為突破壓力。因此，聚合物微球的調(diào)驅(qū)和驅(qū)油效果顯著。4 調(diào)剖和驅(qū)油機(jī)理為了便于觀察，采用微米級(jí)微球，借助核孔膜過濾，微可視化模型和毛細(xì)管流

24、動(dòng)實(shí)驗(yàn)，來研究納米級(jí)聚合物深度調(diào)驅(qū)和驅(qū)油機(jī)理。4.1 封堵機(jī)理圖11是被聚合物微球封堵的核孔膜（帶有7m和10m核孔）掃描電鏡照片。一些微球由于粒徑相對(duì)核孔太大，因此不能進(jìn)入核孔，而殘留在核孔膜的表面。一些微球在壓力作用下，可以進(jìn)入核孔并實(shí)現(xiàn)有效堵塞；這種情況在微球大小與核孔基本相等時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)。一些較核孔小2-3倍的微球，通過聚集“架橋”也能實(shí)現(xiàn)封堵。一些微球由于粒徑遠(yuǎn)小于核孔，在一定壓力下很容易通過但不能封堵核孔。因此，微球的大小和核孔之間存在一定的匹配關(guān)系；當(dāng)微球粒徑是核孔直徑的兩倍時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最好的封堵效果。圖12a是在顯微鏡下觀察染色微球封堵微可視化模型的圖片。模型的孔喉直徑約200m

25、，在注入微球之前，沒有被注入過任何注劑。如圖12a所示，微球能在孔喉處吸附，積累和“架橋”而減少水相滲透率。微球具有良好的形變性能，因此橋堵層能在驅(qū)替壓力作用下破碎而進(jìn)入儲(chǔ)層深部 。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，聚合物微球不僅在孔喉具有一定的密封性能，而且能進(jìn)入模型深部，實(shí)現(xiàn)有效封堵，且在深部調(diào)剖過程中發(fā)揮重要作用。     基于微球在孔喉通道處的封堵機(jī)理，圖12b顯示了微球在裂縫處的橋堵機(jī)理。圖12b顯示了用固體顆粒（如石英砂）充填裂縫，裂縫中形成大量接觸點(diǎn)以供微球吸附并形成橋堵。因此，可以發(fā)現(xiàn)微球在裂縫中的封堵機(jī)理類似于孔喉處的封堵機(jī)理。4.2 形變和遷移如圖13所示，當(dāng)

26、微球被注入毛細(xì)管，它們將在一個(gè)直徑小于微球的毛細(xì)管中發(fā)生屈服而嚴(yán)重形變，從而提高流動(dòng)阻力和波及效率，且封堵孔喉。如圖14所示， 當(dāng)驅(qū)替壓力增大到31 kPa，單一的微球可以遷移并通過毛細(xì)管。5 結(jié)論（1）微乳液中的納米級(jí)聚合物微球?yàn)榍蛐?，直徑大約在30-60 nm之間；在水中膨脹后的微球大小變?yōu)樵瓉?-6倍，且保持球形。（2）在一定的剪切速率范圍內(nèi)，濃度為100900 mg/L的微球分散液是一種具有時(shí)間依賴性的膨脹性流體，且表現(xiàn)為非觸變性，從而使其有利于提高驅(qū)替相的流動(dòng)阻力。（3）納米級(jí)聚合物微球是具有柔韌性、形變性的微凝膠粒子，可以在孔喉處吸附、積累和“架橋”，降低水相滲透率；此外，微球在足

27、夠大的壓力作用下發(fā)生破碎，進(jìn)入儲(chǔ)層深部。在遷移過程中，微球不僅驅(qū)替孔喉處的原油，而且形成新的吸附和橋堵層，從而在實(shí)現(xiàn)深部調(diào)剖和驅(qū)油的同時(shí)，達(dá)到提高原油采收率的最終目的。致謝該項(xiàng)目是由國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：2011ZX05009），中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（No.51274211）和中國(guó)石油大學(xué)(北京)基礎(chǔ)學(xué)科基金共同支持 。參考文獻(xiàn)1 S.D. Hood， C.S. Nelson， P.J.J. Kamp， AAPG Bulletin 87 (10) (2003) 15751597.2 R.C. Fielding， D.H. Gibbons， F.P. Legrand，

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