聚合物微球在油田深部调驱技术中的研究进展

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0560

摘要/Abstract

摘要：

深部调驱技术作为目前提高低渗非均质油藏采收率的有效办法之一，聚合物微球因具有良好的封堵性能和深入性能得到了广泛研究。本文详细介绍了聚合物微球在地层中的深部调驱机理，介绍了聚合物微球的制备方法，综述了聚合物微球的研究内容和研究现状，并指出引入纳米材料合成功能性聚合物微球能有效解决聚合物微球的稳定性，对低渗油藏后期开发具有重要意义。

关键词: 深部调驱, 聚合物微球, 封堵性能, 深入性能

Abstract:

Deep control and flooding technology is one of the effective methods to improve the recovery of low permeability heterogeneous reservoirs. Polymer microspheres have been widely studied because of their good plugging performance and depth performance. In this paper, the deep control and displacement mechanism of polymer microspheres in the formation are introduced in detail, and the preparation methods of polymer microspheres are introduced, and the research content and research status of polymer microspheres are summarized. It is pointed out that the introduction of nanomaterials to synthesize functional polymer microspheres can effectively solve the stability of polymer microspheres, which is of great significance for the later development of low permeability reservoirs.

Key words: deep control and displacement, polymer microspheres, plugging performance, depth performance

中图分类号:

赵华强, 彭勃. 聚合物微球在油田深部调驱技术中的研究进展[J]. 化工进展, 2021, 40(S2): 75-80.

ZHAO Huaqiang, PENG Bo. Research progress of polymer microspheres in deep oil field control and displacement technology[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(S2): 75-80.

图/表 3

参考文献 37

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聚合方法	具体步骤	粒径/μm	优点	缺点	文献
分散聚合	溶解在有机溶剂/水的单体，在稳定剂存在下聚合成不溶性聚合物而分散在连续相中	0.5~10	表观黏度低、溶解速度快、介质蒸发热低、生产工艺简单	成核期敏感，合成特殊功能性的微球难度大	［14-16］
反相乳液	将水溶性单体加入到油相中，加入特定乳化剂并进行机械搅拌形成油包水乳状液	0.1~1000	分子量可控、颗粒分布均匀、可快速聚合，耐盐性好、吸水倍率高	乳化剂难以去除、成本高、聚合稳定性差	［17-18］
反相微乳液	油包水型微乳液聚合，主要是水溶性单体聚合	0.05~10	黏度低、透光率高、聚合速率快、粒径分布窄、热力学稳定性好	单体含量低、成本高、反应条件苛刻	［19-21］
反相悬浮	将水相悬浮在油相中并在引发剂的作用下发生聚合反应	10~1000	耐高温、吸水吸盐性能优良、抗压	产品纯度不高，粒径分布较宽、工艺比较复杂	［22-23］
无皂乳液	在乳液聚合反应过程中完全不含乳化剂或仅含有微量乳化剂的乳液聚合	0.1~10	工艺简便，聚合速度快	粒径分布较窄，稳定性差、固含量低	［24-25］

聚合方法	具体步骤	粒径/μm	优点	缺点	文献
分散聚合	溶解在有机溶剂/水的单体，在稳定剂存在下聚合成不溶性聚合物而分散在连续相中	0.5~10	表观黏度低、溶解速度快、介质蒸发热低、生产工艺简单	成核期敏感，合成特殊功能性的微球难度大	［14-16］
反相乳液	将水溶性单体加入到油相中，加入特定乳化剂并进行机械搅拌形成油包水乳状液	0.1~1000	分子量可控、颗粒分布均匀、可快速聚合，耐盐性好、吸水倍率高	乳化剂难以去除、成本高、聚合稳定性差	［17-18］
反相微乳液	油包水型微乳液聚合，主要是水溶性单体聚合	0.05~10	黏度低、透光率高、聚合速率快、粒径分布窄、热力学稳定性好	单体含量低、成本高、反应条件苛刻	［19-21］
反相悬浮	将水相悬浮在油相中并在引发剂的作用下发生聚合反应	10~1000	耐高温、吸水吸盐性能优良、抗压	产品纯度不高，粒径分布较宽、工艺比较复杂	［22-23］
无皂乳液	在乳液聚合反应过程中完全不含乳化剂或仅含有微量乳化剂的乳液聚合	0.1~10	工艺简便，聚合速度快	粒径分布较窄，稳定性差、固含量低	［24-25］

年份	研究者	制备方法	形态尺寸	性能评价	文献
2012	Yao等	AM、MBA为单体，Span-80为油相，Tween-80为分散稳定剂，APS为引发剂利用反相悬浮液聚合制备弹性微球	呈球形，粒径在4.27~39.9μm	该微球具有良好的膨胀性能，耐温耐盐，变形后易恢复，对渗透率具有明显的选择性，具有堵水不堵油的良好驱油性能	［33］
2014	林莉莉等	AM、AMPS、SAA为单体，聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，采用分散聚合发在盐水溶液中合成交联聚合物微球	形状规则，粒径为1~3μm	室内封堵实验表明，该微球在中高温条件下具有一定封堵性、变形性和逐步深部调驱性能	［15］
2014	Hua等	AM、AA为单体，APS为引发剂，通过反相微乳液聚合制备交联聚合物微球	粒径在30~60nm左右，呈球形，分散在水中溶胀3~6倍仍呈球形	100~900mg/L的微球分散体系在一定剪切速率范围内表现出剪切增稠的行为，增加了驱替液的流动阻力。该体系能对核孔膜具有很好的封堵作用，同时还可以堵塞填砂管高渗层，将原油低渗层驱出	［34］
2016	姜志高等	AM、AMPS、DAC为单体采用反相悬浮液聚合法制备交联聚合物微球	在模拟水中溶胀10天后，粒径在27~37μm左右	注入微球后，填砂管前端压力增大，中后端压力也有不同程度上升，表明该微球具有良好的封堵性能。并联岩心驱油实验表明微球与聚合物的复配体系提高采收率的效果高于单纯的聚合物驱体	［22］
2016	Maury等	采用自由基聚合将HPAM接枝到纳米二氧化硅表面合成一种水溶性纳米微球	呈球形，接枝后粒径约为2400nm	高温下流变测量，稳定性显著提高，表面亲水导致油水界面张力降低，CMG模拟实验表明接枝聚合物后采收率提高21%	［35］
2017	邓凯迪等	MBA为交联剂，N-羟基丙烯酰胺、AM为单体，在APS引发下进行反相微乳液聚合制备了P（AM/N-MAM）微球	单分散球形，粒径分布均一，约为100nm	岩心驱替实验表明，微球体系在中低渗层岩心具有较好的注入性，注入后岩心压力显著升高，可以实现对中低渗层深部调堵	［19］
2019	冯全宏等	以AM为单体，APS为引发剂通过反相乳液聚合法制备聚丙烯酰胺微球WQ-3	颗粒呈球形，平均粒径为404.92nm	吸水膨胀后表现明显的黏弹性，在高剪切速率下具有较好的耐剪切能力，注入非均质岩心后压力增大，明显提高了采收率	［36］
2020	Du等	DMAEMA作为交联剂，水分散聚合法制备响应性聚合物微球（c-PMAD）	微球表面均匀呈球形，初始粒径为3.5μm，溶胀后粒径为5.21μm	微球具有极高的稳定性能，在66.5℃微球具有UCST行为	［16］
2020	刘垚等	AM、AMPS为单体，MBA为交联剂通过反相乳液聚合法制备聚丙烯酰胺微球	高分散度光滑微球，平均粒径278nm	高温条件高矿化度下稳定性好，黏弹性较高	［18］

年份	研究者	制备方法	形态尺寸	性能评价	文献
2012	Yao等	AM、MBA为单体，Span-80为油相，Tween-80为分散稳定剂，APS为引发剂利用反相悬浮液聚合制备弹性微球	呈球形，粒径在4.27~39.9μm	该微球具有良好的膨胀性能，耐温耐盐，变形后易恢复，对渗透率具有明显的选择性，具有堵水不堵油的良好驱油性能	［33］
2014	林莉莉等	AM、AMPS、SAA为单体，聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，采用分散聚合发在盐水溶液中合成交联聚合物微球	形状规则，粒径为1~3μm	室内封堵实验表明，该微球在中高温条件下具有一定封堵性、变形性和逐步深部调驱性能	［15］
2014	Hua等	AM、AA为单体，APS为引发剂，通过反相微乳液聚合制备交联聚合物微球	粒径在30~60nm左右，呈球形，分散在水中溶胀3~6倍仍呈球形	100~900mg/L的微球分散体系在一定剪切速率范围内表现出剪切增稠的行为，增加了驱替液的流动阻力。该体系能对核孔膜具有很好的封堵作用，同时还可以堵塞填砂管高渗层，将原油低渗层驱出	［34］
2016	姜志高等	AM、AMPS、DAC为单体采用反相悬浮液聚合法制备交联聚合物微球	在模拟水中溶胀10天后，粒径在27~37μm左右	注入微球后，填砂管前端压力增大，中后端压力也有不同程度上升，表明该微球具有良好的封堵性能。并联岩心驱油实验表明微球与聚合物的复配体系提高采收率的效果高于单纯的聚合物驱体	［22］
2016	Maury等	采用自由基聚合将HPAM接枝到纳米二氧化硅表面合成一种水溶性纳米微球	呈球形，接枝后粒径约为2400nm	高温下流变测量，稳定性显著提高，表面亲水导致油水界面张力降低，CMG模拟实验表明接枝聚合物后采收率提高21%	［35］
2017	邓凯迪等	MBA为交联剂，N-羟基丙烯酰胺、AM为单体，在APS引发下进行反相微乳液聚合制备了P（AM/N-MAM）微球	单分散球形，粒径分布均一，约为100nm	岩心驱替实验表明，微球体系在中低渗层岩心具有较好的注入性，注入后岩心压力显著升高，可以实现对中低渗层深部调堵	［19］
2019	冯全宏等	以AM为单体，APS为引发剂通过反相乳液聚合法制备聚丙烯酰胺微球WQ-3	颗粒呈球形，平均粒径为404.92nm	吸水膨胀后表现明显的黏弹性，在高剪切速率下具有较好的耐剪切能力，注入非均质岩心后压力增大，明显提高了采收率	［36］
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2020	刘垚等	AM、AMPS为单体，MBA为交联剂通过反相乳液聚合法制备聚丙烯酰胺微球	高分散度光滑微球，平均粒径278nm	高温条件高矿化度下稳定性好，黏弹性较高	［18］

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