Page 69 - 《精细化工》2021年第7期

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 ·1351·

触的机会微不足道，其调驱作用主要体现在对优势 形成封堵后，在压力作用下产生形变而进一步运移；
通道的封堵以及对流体的转向。 当 0.21<α<0.36、0.59<β<1.02、2.07<γ<3.59 时，为
HUA 等 [45] 通过核孔滤膜实验研究了不同粒径 低效封堵，其压降值较小，说明水依然可以优先通
的纳米微球对核孔的封堵效果。结果显示：当 d m >d p 过孔喉，封堵率在 20%~80.9%；当 α<0.21、β<0.59、
（d m 为微球直径，d p 为核孔直径）时，微球停留在 γ<2.07 时，微球运移模式为平滑通过，封堵率小于
入口端无法进入核孔；当 d m ≈d p 时，微球在压力作 20%。可以看出，微球粒径与孔喉之间存在一定的
用下可发生弹性形变而进入核孔，吸附于核孔内部， 匹配关系，并且完全封堵和高效封堵适用于需要近
当驱替压力较大时，单微球可发生弹性形变通过核 井调剖的高度非均质油藏，微球可快速封堵高渗
孔；当 d m =(1/3~1/2)d p 时，微球以架桥方式封堵核孔， 层通道，而低效封堵和平滑通过适用于远井深部
当压力过大时，桥接结构坍塌，微球通过核孔；当 调驱。
d m <<d p 时，微球可顺利通过核孔。 CHEN 等 [48] 根据天然岩心的孔喉分布图像制备
然而，微球水化溶胀后，往往会发生颗粒间分 微观模型，以高倍显微镜直观观察到微球在地层孔
子链的相互缠绕，使微球团聚为大粒径微球，并且 喉中的封堵模式，并评估了粒径对封堵模式的影响。
缠绕形成的网络结构会进一步吸水溶胀，因此微球 结果表明：小粒径微球主要通过“嵌入堆叠”和“异
粒径分级明显，表现出不同的运移封堵模式 [46] 。针 构架桥”的方式对孔喉进行封堵，而大粒径微球主
对微球粒径的分级现象，ZHAO 等 [47] 将匹配因子定 要通过“吸附捕集”对孔喉进行封堵。其中，“异构
义为：α=d 10 /d，β=d 50 /d，γ=d 90 /d（d 10 、d 50 、d 90 分别 架桥”发生在粒径不均匀的颗粒之间，是指粒径略
为粒径分布曲线粒度累积值为 10%、50%、90%所 大于孔喉尺寸的微球在通道入口处吸附于岩石壁
对应的粒径，d 为孔喉直径），并通过岩心驱替实验， 面，后续颗粒相互碰撞吸附形成桥接结构，最终有
根据压降曲线和封堵率，定量评估了匹配因子与孔 效封堵孔喉入口，如图 5a 所示；“嵌入堆叠”发生
喉封堵效果间的关系。当 α>0.71、β>1.99、γ>7.04 于粒径相对均匀的颗粒之间，是指粒径小于孔喉尺
时，为完全封堵，随着微球的注入，压降显著增加， 寸的微球进入通道后，吸附于岩石壁面，阻碍后续
几乎不产水；当 0.36<α<0.71、1.02<β<1.99、3.59<γ< 流入颗粒的流动，颗粒堆积封堵孔喉通道，如图 5b
7.04 时，为高效封堵，封堵率高于 80.9%，压降随 所示；“吸附捕集”是指粒径明显大于孔喉尺寸的单
微球的注入先增加后趋于波动，表明微球在孔喉处 一颗粒在孔喉入口处直接封堵，如图 5c 所示。

a—异构架桥；b—嵌入堆叠；c—吸附捕集
图 5 聚合微球的封堵模式 [48]
Fig. 5 Plugging mode of polymer microspheres [48]

CHEN 等通过观察还发现，相同孔喉处会依次 从而提高洗油效率。
出现“嵌入堆叠”、“异构架桥”、“吸附捕集”多种 因此，微球在进入地层后，水化溶胀形成不均
封堵模式（如图 6 所示），并且封堵强度为“吸附捕 匀的粒径分布，根据不同的孔喉匹配关系，以架桥、
集”>“异构架桥”>“嵌入堆叠”。这是由于微球具 堆叠、捕集的封堵模式，首先对优势通道进行封堵，
有一定弹性形变的能力，对于“吸附捕集”的微球 对后续流体转向，之后依靠弹性形变，微球可以通
可以在流体压差作用下运移通过尺寸为其粒径 1/3 过孔喉通道，向地层深部运移，并且在此过程中，
的孔喉，对于“异构架桥”和“嵌入堆积”的微球 不同粒径的微球会以不同的封堵模式对地层实现逐
可以发生结构的松散而通过孔喉。并且微球在通过 级封堵，使聚合微球在携带驱油提高洗油效率的同
孔喉时，会产生瞬时负压，使得随后的流体能够克 时，不断实现流体转向，扩大波及体积，从而高效
服小孔喉的流动阻力，流经孔喉并携带壁面原油， 提高采收率。