CN106703742A - 油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，该方法包括获取油藏孔喉直径分布参数；根据孔喉直径选择等直径的变径管，测定一定初始粒径弹性微球不同膨胀倍数下，在变径管内的突破压力和形变运移能力；通过核孔膜实验，测定一定粒径弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积；绘制过滤体积-过滤时间曲线，得出弹性微球形变运移至核孔膜内部的微球粒径与孔喉直径匹配范围；选择相应粒径的弹性微球，进行深部调驱设计、实施。本发明中的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，靠有效封堵储层孔喉实现扩大水驱波及、耐温、耐盐和封堵效果好，发挥弹性微球形变运移的封堵作用，对储层无伤害。

Description

油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法。

背景技术

油藏水驱开发时如何提高原油采收率，是石油开采中倍受关注的问题。油藏水驱开发过程中，由于注入水的长期冲刷，易形成优势通道，造成注入水的无效循环，影响注入水的波及体积和驱替效果。在注入水中添加堵剂，在油藏内部产生有效封堵，注入水会寻求新的通道，从而造成注入水流改向，扩大水驱的波及体积，从而提高原油采收率，达到水驱开发中增油的目的。现有技术中此类弹性微球已有以下专利文献予以批露。

中国专利CN101619118，公告了水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球及制备方法，它是在采用光聚合反应制备聚合物微球的方法基础上，通过水溶性反应单体，在表面活性剂和溶剂混合介质中引发乳液聚合，形成尺寸在50-500纳米范围的微球。利用不同浓度的聚合物微球进入地层深部后逐渐溶胀，有效封堵地层的高渗透条带，扩大水的波及体积。

中国专利CN1807831，公告了新型聚合物微球调剖堵水工艺的室内评价方法，描述了室内微观评价和宏观评价方法，观测了微球在模拟地层孔喉微观模型中的流动状态，测定了微球在岩芯不同位置的封堵效果。

上述现有技术所公开的都是聚合物微球制备和室内封堵效果评价的方法，但是并没有明确聚合物微球在深部调驱过程中对孔喉的封堵原理和微球粒径的选择方法。现有注水开发油藏各类扩大水驱波及体积的堵剂，受高温、高盐、储层伤害等影响，普遍存在着封堵效果不佳，时效不长，无法达到油藏深部封堵作用，为此我们发明了一种新的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种选择相应粒径的弹性微球进行深部调驱，达到有效封堵深部油藏、扩大水驱波及体积作用的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，该油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法包括：步骤1，获取油藏孔喉直径分布；步骤2，根据孔喉直径选择等直径的变径管，测定一定初始粒径弹性微球不同膨胀倍数下，在变径管内的突破压力和形变运移能力；步骤3，通过核孔膜实验，测定一定粒径弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积；步骤4，绘制过滤体积-过滤时间曲线，得出弹性微球形变运移至核孔膜内部的微球粒径与孔喉直径匹配范围；步骤5，选择相应粒径的弹性微球，进行深部调驱设计、实施。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，根据油藏岩心压汞曲线，获取油藏孔喉直径分布参数。

在步骤1中，根据渗透率-孔喉直径Kozeny关系式，获取油藏孔喉直径分布参数，渗透率-孔喉直径Kozeny关系式为：

式中：d为孔喉直径，um；

k为渗透率，um²；

φ为孔隙度，％。

在步骤1中，根据注水调配油井见效时间，获取油藏孔喉直径分布参数。

在步骤1中，根据平面径向流公式，利用达西定律，计算单一流体沿某一均质储集层从供给边缘运移到另一口井所需的时间为：

式中：t为注水调配油井见效时间，s；

Φ为孔隙度，％；

R_e，R_w为供给半径和井筒半径，cm；

K为渗透率，μm²；

Μ为注入水粘度，mPa·s；

p_e和p_w分别为供给边缘压力和井底流压，10^-1MPa；

对特高含水层段，认为只有水相单相流体流动，根据式(2)计算这一阶段的K/Φ；即：

对理想均质岩石，单位面积内有n根半径为r的毛管，若其渗流阻力与实际岩石的渗流阻力相等，则其孔喉直径为：

式中：D′为高含水后期储层喉道的直径，μm²；

τ为迂曲度。

在步骤3中，根据孔喉直径分布，选择相应的核孔膜实验，记录在突破压力下、弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积。

在步骤4中，通过弹性微球的粒径与孔喉匹配关系的核孔膜过滤实验，得出一定初始粒径的弹性微球水化膨胀10倍后，粒径达到孔喉直径的1-1.6倍匹配关系的形变运移封堵准则。

在步骤5中，按照弹性微球粒径与孔喉匹配关系的形变运移封堵准则，选择相应初始粒径的弹性微球，进行深部调驱试验设计，可形变运移至油藏深部、对孔喉产生有效封堵，起到深部调驱作用。

本发明中的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，为一种涉及高分子聚合物、弹性颗粒类等石油开采材料封堵油藏优势通道的方法，根据现阶段的油藏渗透率和孔喉直径，按照弹性微球的粒径与孔喉匹配关系准则，选择相应粒径的弹性微球，在驱替压力作用下，产生形变运移、有效封堵储层，起到深部调驱、扩大水驱波及和提高原油采收率的作用。本发明弹性微球的粒径与孔喉匹配方法具有以下特点：

①与高分子聚合物类堵剂扩大水驱波及的机理不同，高分子聚合物类堵剂靠增加注入水的粘度实现扩大水驱波及、耐温、耐盐效果差；而弹性微球靠有效封堵储层孔喉实现扩大水驱波及、耐温、耐盐和封堵效果好；

②与粉煤灰、粘土等颗粒类堵剂扩大水驱波及的机理不同，刚性颗粒类堵剂靠颗粒间堆积封堵孔喉，满足刚性球的粒径为孔喉直径的1/7-1/3匹配关系的架桥准则，而弹性微球满足水化膨胀10倍后，粒径达到孔喉直径的1-1.6倍匹配关系的形变运移封堵准则。

③与水泥、水玻璃等固结类堵剂不同，无机固结类堵剂封堵孔喉后产生永久封堵、伤害储层，而弹性微球具有弹性，按照粒径与孔喉匹配关系准则，选择相应粒径的弹性微球，在达到或超过其弹性压力时会变形移动到储层的更远处，发挥其形变运移的封堵作用，对储层无伤害。

附图说明

图1为本发明的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法的一具体实施例的流程图。

图2为弹性微球不同膨胀倍数下的突破压力变化曲线图；

图3为弹性微球在突破压力下形变通过变径管的过程图；

图4为核孔膜过滤实验装置图；

图5为弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤体积与过滤时间关系曲线；

图6为弹性微球通过不同孔径核孔膜后电镜示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法的流程图，主要包括以下步骤：

在步骤101，根据油藏岩心压汞试验、渗透率-孔喉直径Kozeny关系式或注水调配油井见效时间等，获取油藏孔喉直径分布。

在步骤102，根据孔喉直径选择等直径的变径管，测试不同膨胀倍数条件下，弹性微球在变径管内的突破压力和形变运移能力。

本发明中，弹性微球不同膨胀倍数的突破压力实验结果如图2所示。弹性微球初始粒径0.5um，膨胀后粒径为初始粒径10倍左右时，在5um的变径管内突破压力最大，达到0.08MPa；随着膨胀倍数再增加，弹性微球强度减弱，突破压力降低。所以弹性微球粒径膨胀10倍时，强度高，突破压力大，封堵效果好。从图3弹性微球在突破压力下形变通过变径管的过程看，在突破压力下弹性微球形变通过变径管后仍恢复为球形，形变运移作用好。

在步骤103，根据孔喉直径分布，选择相应的核孔膜实验，记录在突破压力下、弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积。

本发明中，核孔膜过滤实验装置如图4所示，主要由铁架台1、恒温***2、盛液容器3、天平4、压力调节器5、空气压缩机6、核孔膜7、夹持器8和计算机9组成。其中铁架台1用于固定盛液容器等部件，恒温***2为盛液容器内微球溶液提供恒温环境，盛液容器3用于盛放微球溶液，天平4用于计量微球溶液过滤前后的质量变化，压力调节器5用于控制微球溶液通过核孔膜时的压力大小，空气压缩机6用于提供微球溶液通过核孔膜时的压力，核孔膜7为直通圆柱形斜孔的双层过滤电介质薄膜，夹持器8固定密封核孔膜，计算机9用于控制实验步骤和记录实验数据。根据步骤101获取的油藏孔喉直径分布，选择相应孔径的核孔膜7，分别为0.4μm、1.2μm、3.0μm、5.0μm、8.0μm和10.0μm，膜厚为10μm。将核孔膜7用去离子水润湿，平铺于夹持器8上，用胶圈压紧防漏，装上盛液容器3，旋紧核孔膜夹持器8，关闭出水阀门。分别将浓度为50mg/L、膨胀10倍后粒径为5um的弹性微球溶液25ml摇匀后，倒入盛液容器3，旋紧顶盖。启动空气压缩机6，调节压力调节器5，使精密压力表的指针指在200kPa。静置1min左右，确定装置无漏气后，打开出水阀门，滤出液流入烧杯。实验中记录过滤一定质量的弹性微球溶液通过不同孔径的核孔膜的过滤时间，通过核孔膜前后弹性微球的浓度变化如表1所示。

表1膨胀后粒径5um的弹性微球通过不同孔径核孔膜前后浓度变化表

核孔膜孔径/μm	滤前浓度	0.4	1.2	3.0	5.0	8.0	10
								滤后微球溶液浓度/mg/L	50.0	2.56	2.56	4.3	17.2	42.6	50

在步骤104，绘制过滤体积-过滤时间曲线如图5所示，得出弹性微球溶液通过不同孔径核孔膜的孔喉直径匹配范围。

在本发明中，用扫描电镜观察到的弹性微球在核孔膜中的滞留状态如图6所示。各取25ml浓度为50mg/L的弹性微球，膨胀后粒径5um时，通过不同孔径的核孔膜时的浓度和过滤速率存在明显差异。弹性微球通过0.4um、1.2um和3μm的核孔膜时，由于膨胀后的弹性微球粒径远大于核孔膜的孔径，从而使得弹性微球只是在核孔膜表面发生滞留，并未进入核孔膜内部产生封堵，造成其通过核孔膜的过滤速率较大，过滤后弹性微球溶液浓度很低，只有2.56-4.3mg/L。弹性微球通过5μm的核孔膜时，弹性微球除部分覆盖在膜表面，而且有部分微球进入微孔内部发生封堵，造成其通过核孔膜的弹性微球溶液浓度仅为17.2mg/L，过滤速率最小，封堵作用最强。弹性微球通过孔径8μm的核孔膜时，弹性微球的粒径小于核孔膜的孔径，其过滤速率又明显变快，但微球容易发生堆积架桥、产生封堵，造成其通过核孔膜的弹性微球溶液浓度为42.6mg/L。当弹性微球通过孔径10μm的核孔膜时，在突破压力作用下，容易通过孔径较大的核孔膜，不能在核孔膜滞留起封堵作用，通过核孔膜过滤后的弹性微球浓度仍为50mg/L。因此，弹性微球的封堵作用与核孔膜孔径大小间存在一定匹配关系。图5、图6和表1结果综合显示，粒径膨胀10倍后为5um的弹性微球与孔径为5-8μm的核孔膜匹配关系最好，微球在核孔膜内滞留产生封堵，过滤前后弹性微球溶液浓度17.2-42.6mg/L之间，起到形变运移到核孔膜内部，堵而不死的目的。所述的弹性微球的粒径与孔喉匹配关系的核孔膜过滤实验，得出一定初始粒径的弹性微球水化膨胀10倍后，粒径达到孔喉直径的1-1.6倍匹配关系的形变运移封堵准则。

在步骤105，按照弹性微球粒径与孔喉匹配关系准则，选择相应初始粒径的弹性微球，进行深部调驱试验设计，可形变运移至油藏深部、对孔喉产生有效封堵，起到深部调驱作用。

以下为应用本发明的几个具体实施例。

实施例一：

①根据取芯井压汞曲线，得出油藏渗透率和孔喉直径分布；

②按照取芯井孔喉直径分布，选择等直径的变径管，测定一定初始粒径弹性微球不同膨胀倍数下，在变径管内的突破压力和形变运移能力。

③根据孔喉直径，选择等孔径的核孔膜实验，突破压力下测定一定粒径弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积。

④绘制过滤体积-过滤时间曲线，得出弹性微球形变运移至核孔膜内部的微球粒径与孔喉直径匹配准则。

⑤按照弹性微球粒径孔喉形变运移封堵准则，选择相应初始粒径的弹性微球，进行深部调驱试验设计，可形变运移至油藏深部、对孔喉产生有效封堵，起到深部调驱作用。

实施例二：

①大多数油藏缺乏取芯井资料，无法进行压汞曲线测试油藏孔喉直径分布，可以根据测井曲线确定优势通道渗透率，按照Kozeny经验公式(1)求出孔喉直径；

式中：d为孔喉直径，um；

k为渗透率，um²；

φ为孔隙度，％。

②根据渗透率计算出的直径分布，选择等直径的变径管，测定一定初始粒径弹性微球不同膨胀倍数下，在变径管内的突破压力和形变运移能力。

③根据孔喉直径，选择等孔径的核孔膜实验，突破压力下测定一定粒径弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积。

④绘制过滤体积-过滤时间曲线，得出弹性微球形变运移至核孔膜内部的微球粒径与孔喉直径匹配准则。

⑤按照弹性微球粒径孔喉形变运移封堵准则，选择相应初始粒径的弹性微球，进行深部调驱试验设计，可形变运移至油藏深部、对孔喉产生有效封堵，起到深部调驱作用。

实施例三：

长期注水开发会使储层主要渗流喉道半径增大，而某时期的取芯井和渗透率等测井曲线，无法反应长期注水开发阶段油藏孔喉直径变化。假设长期注水开发过程为平面径向流，利用注采井组之间的调配见效时间可以描述开发后期强吸水储层的孔喉直径变化规律。

①根据平面径向流公式，利用达西定律，计算单一流体沿某一均质储集层从供给边缘运移到另一口井所需的时间为：

式中：t为注水调配油井见效时间，s；

Φ为孔隙度，％；

R_e，R_w为供给半径和井筒半径，cm；

K为渗透率，μm²；

Μ为注入水粘度，mPa·s；

p_e和p_w分别为供给边缘压力和井底流压，10^-1MPa。

对特高含水层段，可近似认为只有水相单相流体流动，根据式(2)可计算这一阶段的K/Φ；即：

对理想均质岩石(单位面积内有n根半径为r的毛管)，若其渗流阻力与实际岩石的渗流阻力相等，则其孔喉直径为：

式中：D′为高含水后期储层喉道的直径，μm²；

Τ为迂曲度。

②根据注水调配油井见效时间计算出的孔喉直径分布，选择等直径的变径管，测定一定初始粒径弹性微球不同膨胀倍数下，在变径管内的突破压力和形变运移能力。

③根据孔喉直径，选择等孔径的核孔膜实验，突破压力下测定一定粒径弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积。

④绘制过滤体积-过滤时间曲线，得出弹性微球形变运移至核孔膜内部的微球粒径与孔喉直径匹配准则。

⑤按照弹性微球粒径孔喉形变运移封堵准则，选择相应初始粒径的弹性微球，进行深部调驱试验设计，可形变运移至油藏深部、对孔喉产生有效封堵，起到深部调驱作用。

Claims (8)

1.油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，该油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法包括：

步骤1，获取油藏孔喉直径分布；

步骤2，根据孔喉直径选择等直径的变径管，测定一定初始粒径弹性微球不同膨胀倍数下，在变径管内的突破压力和形变运移能力；

步骤3，通过核孔膜实验，测定一定粒径弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积；

步骤4，绘制过滤体积-过滤时间曲线，得出弹性微球形变运移至核孔膜内部的微球粒径与孔喉直径匹配范围；

步骤5，选择相应粒径的弹性微球，进行深部调驱设计、实施。

2.根据权利要求1所述的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，在步骤1中，根据油藏岩心压汞曲线，获取油藏孔喉直径分布参数。

3.根据权利要求1所述的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，在步骤1中，根据渗透率-孔喉直径Kozeny关系式，获取油藏孔喉直径分布参数，渗透率-孔喉直径Kozeny关系式为：

$d=\sqrt{\frac{32k}{\mathrm{\φ}}}---\left(1\right)$

式中：d为孔喉直径，um；

k为渗透率，um²；

φ为孔隙度，％。

4.根据权利要求1所述的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，在步骤1中，根据注水调配油井见效时间，获取油藏孔喉直径分布参数。

5.根据权利要求4所述的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，在步骤1中，根据平面径向流公式，利用达西定律，计算单一流体沿某一均质储集层从供给边缘运移到另一口井所需的时间为：

$t=\frac{\mathrm{\φ}\mathrm{\μ}ln\frac{R_e}{R_w}}{2K(p_e-p_w)}(R_e^2-R_w^2)---\left(2\right)$

式中：t为注水调配油井见效时间，s；

Φ为孔隙度，％；

R_e，R_w为供给半径和井筒半径，cm；

K为渗透率，μm²；

Μ为注入水粘度，mPa·s；

p_e和p_w分别为供给边缘压力和井底流压，10^-1MPa；

对特高含水层段，认为只有水相单相流体流动，根据式(2)计算这一阶段的K/Φ；即：

$\frac{K}{\mathrm{\φ}}=\frac{\mathrm{\μ}ln\frac{R_e}{R_w}(R_e^2-R_w^2)}{2t(p_e-p_w)}---\left(3\right)$

对理想均质岩石，单位面积内有n根半径为r的毛管，若其渗流阻力与实际岩石的渗流阻力相等，则其孔喉直径为：

$D^{\′}=2\mathrm{\τ}\sqrt{8K/\mathrm{\φ}}---\left(4\right)$

式中：D′为高含水后期储层喉道的直径，μm²；

τ为迂曲度。

6.根据权利要求1所述的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，在步骤3中，根据孔喉直径分布，选择相应的核孔膜实验，记录在突破压力下弹性微球通过不同孔径核孔膜的过滤时间和过滤体积。

7.根据权利要求1所述的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，在步骤4中，通过弹性微球的粒径与孔喉匹配关系的核孔膜过滤实验，得出一定初始粒径的弹性微球水化膨胀10倍后，粒径达到孔喉直径的1-1.6倍匹配关系的形变运移封堵准则。

8.根据权利要求7所述的油藏深部调驱用弹性微球的粒径与孔喉匹配方法，其特征在于，在步骤5中，按照弹性微球粒径与孔喉匹配关系的形变运移封堵准则，选择相应初始粒径的弹性微球，进行深部调驱试验设计，可形变运移至油藏深部、对孔喉产生有效封堵，起到深部调驱作用。