Page 61 - 《精细化工》2021年第7期
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第 7 期 巩锦程，等: 油田调驱用聚合微球的构效关系及应用进展 ·1343·
随着油田勘探开发程度的不断加深，过度注水的 壳型单交联结构。
现象越来越普遍，多数油藏已进入高含水阶段 [1-3] 。 孙焕泉等 [10] 通过反相微乳液法，以丙烯酰胺
并且由于储层中不同渗透率地层和优势通道的存 （AM）和丙烯酸（AA）为单体合成了聚合微球，
在，储层非均质性严重，注水剖面不均匀，低渗地 初始粒径为几十纳米，常温下水化溶胀 30 d 粒径可
层中的大量原油无法被波及而遗留在地层中，导致 达几微米。但由于聚合分子链的结构简单，容易受
油井产油量大幅降低，生产成本显著提高 [4-5] 。 到高温和阳离子矿化物的影响而破坏。针对此问题，
聚合微球是一种新兴的颗粒型封堵剂，20 世纪 近些年国内外通常采用引入耐温抗盐型单体或增加
90 年代末，由美国 BP 公司首先提出应用于储层深 交联强度的方式，以提高微球的耐温抗盐能力。
部调驱，目前在中低渗地层取得了良好的降水增油 张丽梅 [11] 以 AM、N, N-二甲基丙烯酰胺和 2-丙
[6]
效果 。聚合微球的粒径可控，可根据相应地层孔 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体，以二甲
喉尺寸，设计出与之匹配的微球，以悬浮形式注入 基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）为交联剂，利用反相
到地层，可在高渗地层和优势渗流通道中经过“运 乳液聚合法合成了两性离子型耐碱聚合微球，并对
移-封堵-弹性形变-再运移-弹性恢复-再封堵”这一 其影响因素和性能进行了评价。实验结果显示，其
过程，运移至地层深部，对大孔道进行有效封堵， 初始粒径为 120~380 μm，水化溶胀 5 h 后粒径稳定
实现注入流体向低渗地层的转向，改善波及系数， 在 180~450 μm，粒径较大，且溶胀较快，溶胀倍率
从而提高采收率 [7-9] 。 不高。在高矿化度下，由于 AMPS 中磺酸基团的耐
目前，随着中高渗地层开采程度越来越大，低 碱性以及 N, N-二甲基丙烯酰胺的位阻和屏蔽作用，
渗、中低渗储层已成为待开采的热点，然而能适用 聚合微球在碱水中可缓慢溶胀，且溶胀倍率略有提
于低渗、中低渗地层苛刻条件的聚合微球种类并不 高。从碱液中加入聚合微球前后的黏度和界面张力
多。本文结合国内外近几年对纳微米聚合微球调驱 来看，复合体系黏度增加了 10 mPa·s，界面张力不
剂的研究现状，从聚合微球的构效关系、性能影响 变，所以此聚合微球可与碱液复合调驱。
因素、调驱机理等方面进行了综述，得到不同类型 余昊等 [12] 以 AA、AM 和 AMPS 为单体，以 N, N-
聚合微球的适用地层条件，并提出展望，以期为该 亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，利用反相乳
领域研究人员提供研究方向。 液聚合法合成了一种聚合微球，并研究了单体加量
对微球溶胀倍率的影响。结果表明，随着单体加量
1 聚合微球的构效关系
的增多，聚合微球由于相对分子质量和亲水基团数
聚合微球是一种含有交联剂的基于聚丙烯酰胺 目的增加，溶胀倍率逐渐增大，但单体浓度过高时
的球状颗粒。由于油藏非均质性越来越严重，地层 会对微球合成起到阻聚作用，相对分子质量降低，
渗透率越来越低，对调驱剂的要求越来越高，迫使 从而使溶胀倍率减小。合成微球的初始粒径为
国内外研究出不同种类的聚合微球。聚合微球不同 475.5~525.0 nm，水化溶胀 24 h 后粒径分布较窄，
的结构会对聚合微球溶胀前的初始粒径、溶胀倍率 平均粒径为 1100 nm，注入性能较好。
（本文提到的溶胀倍率数值为微球颗粒溶胀后粒径 刘祥等 [13] 研究了交联剂加量、引发剂加量以及
的增长值与微球颗粒初始粒径的比值）、储能模量 搅拌速度对合成微球初始粒径和溶胀倍率的影响。
G'（表征微球形变能力）以及耐温抗盐等性能产生 结果表明，三个因素分别通过影响交联结构的紧实
不同效果，这直接影响到聚合微球所适用的地层孔 程度、自由基的数目以及剪切程度，从而影响微球
喉尺寸，以及能否实现“运移-封堵-弹性形变-再运 的初始粒径和溶胀倍率，这一研究结论可为后续研
移-弹性恢复-再封堵”这一深部调驱过程。近年来 究人员合成性能优异的聚合微球作参考。根据得出
被用作调驱剂的聚合微球结构主要可以分为以下 4 的影响规律，通过提高 AM 单体质量分数至 50%，
种类型。 以 MBA 为交联剂，在 1000 r/min 的搅拌速度下利用
1.1 单交联聚合微球 反相微乳液聚合法制备出一种乳液固含量高、具备
单交联聚合微球是指单一交联剂和丙烯酰胺类 超吸水溶胀性的微球。其初始粒径为 150~200 nm，
单体在引发剂作用下经过交联聚合反应制备得到的 分散性较好，水化溶胀 72 h 后粒径中值溶胀倍率为
一种丙烯酰胺聚合凝胶微球。根据聚合次数的不同， 9.7，溶胀倍率较高。封堵实验表明，其可通过发生
单交联聚合微球的结构通常分为两种。一种是通过 弹性形变，实现逐级深部调堵。但是此调驱剂的合
一次乳液聚合法得到的表面光滑、圆整性好的普通 成单体用量过大，大幅增加了生产成本。
单交联结构；另一种是以聚丙烯酰胺微球为内核， 虽然实验室合成的聚合微球性能较好，然而目前
通过二次乳液聚合法包埋聚丙稀酰胺交联外壳的核 多数工业品聚合微球的储能模量 G'过高（>100 Pa），
