锆冻胶分散体的制备、表征及其在多孔介质中运移规律研究

深部调驱是高含水老油田提高采收率的重要手段之一，深部调驱剂的研发是关键。本研究拟采用无毒的特制聚丙烯酰胺和锆交联剂为原料，减少前人研究常用AM单体或铬交联剂的毒性；通过建立管流剪切模型，优化剪切参数，改变圆桶剪切不能规模化生产方式，以制备粒径分布宽（nm-mm）、强度可调满足油田开发需要的系列无毒锆冻胶分散体。通过研究制备过程中体系粘弹性变化规律，揭示锆冻胶分散体的反应机理；通过冻胶分散体性能表征，确立锆冻胶分散体的粒径大小、颗粒强度、微观形貌、粘度性质和表面电性与管流剪切制备参数、外界因素的关系。采用CT成像、扫描电镜及可视化物理模拟从宏观和微观两方面研究究锆冻胶分散体在多孔介质中的传播性能、降低渗透率能力及存在状态，揭示锆冻胶分散体在多孔介质中的运移规律。为高含水老油田提高采收率研发环境友好型深部调驱剂及其提高采收率机理提供科学依据。

针对冻胶型堵剂存在地层适应性及环保型差等缺点，制备出了环境友好型的多尺度锆冻胶分散体堵剂。密切结合油田实际，利用地面低温快速交联本体冻胶体系经机械剪切设备，首次建立了一种多尺度锆冻胶分散体规模化制备工艺-胶体磨剪切法，该制备方法具备反应程度高（>90%），制备工艺简单、高效（1~6t/h）的特征。通过建立胶体磨剪切法制备多尺度锆冻胶分散体的数学模型，阐述了多尺度锆冻胶分散体的粒径与胶体磨的剪切时间、剪切间距、转速及本体冻胶性质的关系。研发了环境友好型低温快速交联锆本体冻胶体系，该本体冻胶体系20℃~30℃能够成冻，成冻时间在5~165min之间可调，强度在0.054~0.095MPa之间可控。揭示了多尺度锆冻胶分散体的制备机理，包括锆本体冻胶的形成和冻胶分散体的剪切成形两部分，锆本体冻胶的形成过程包括诱导期、快速交联期、稳定期三个阶段；锆冻胶分散体的剪切成形过程包括破碎磨圆区，颗粒进一步磨碎区，颗粒均一区三个阶段。制备出的纳米、微米级锆冻胶分散体为不规则形状的颗粒，毫米级锆冻胶分散体为近圆形、相对均一的颗粒体系；体系粘度主要受制备设备的剪切工艺参数（剪切时间、转速、间距）和本体冻胶强度的影响；粒径在100nm~4mm之间可调，其中剪切时间、转速是制备不同尺度锆冻胶分散体的主控因素；锆冻胶分散体表面带负电（-1mV~-24.5mV），颗粒粒径减小，浓度降低，高温老化，体系Zeta电位绝对值变大，趋于稳定，反之，稳定性变差；具备低粘度（<20mPa·s），高温老化聚集、耐高温（130℃）、耐盐（12×104mg/L）的特点。建立微观尺度模拟试验和物理模拟试验，探究了多尺度锆冻胶分散体深部调驱作用机理。锆冻胶分散体具有“突破-运移”能移动、“堵高不堵低”、“堵水不堵油”的特点；对岩心不同位置均具有较好的渗透率降低作用；主要以直接通过、变形通过的形式进入岩心深部调驱，通过单个颗粒直接封堵、多个颗粒架桥、吸附三种形式占据水流优势通道，实现深部液流转向，进一步提高采收率。利用制备装置，建立锆冻胶分散体粒径与制备装置工艺参数的关系，优化其规模化制备参数，并建立了不同尺度下的工艺参数模型，基于此模型，开发了多尺度锆冻胶分散体的规模化制备软件；并基于室内成熟的研究成果，结合现场施工特点，独立设计了多尺度锆冻胶分散体在线生产及注入一体化工艺方案，为其室内研究向现场生产施工转变奠定基础。