交联聚合物微球的变形特性与深部调驱机制研究

The crosslinked polymer microsphere is one of the pre-crosslinking swell polymer microsphere which is obtained from industrialized production. The crosslinked polymer microspheres can be used for enhancing oil recovery. The disadvantage of crosslinked system formed by partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) solution with low concentration and crosslinking agent (including colloidal dispersion gel, weak gel and crosslinked polymer solution) under poor reservoir conditions can be improved by crosslinked polymer microsphere. However, this kind of microsphere is not studied distinctly, the cognition on the macroscopical/microcosmic physicochemical property of microsphere and on the mechanisms of deep profile control are required to be solved immediately. To explore the deep profile control mechanisms of crosslinked polymer microsphere,the microcosmic structure of crosslinked polymer microsphere, shape, size, deformability, seepage characteristics and the sealing properties on porous media will be studied in this project. The relation between the microsphere structure and deformability and deep profile control property will be determined, which will provide the guidance for controllable preparation and field practice. Meanwhile, our work will establish theory base for industrial applications, consequently promotes the basic research of utilization of new macromolecule material on the process of EOR.

交联聚合物微球是一类利用工业化生产制备的水溶胀预交联高分子微球，可以用于油田强化采油提高采收率。该微球有望克服低浓度部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）与交联剂反应所形成的交联体系（包括胶态分散凝胶、弱凝胶、交联聚合物溶液）在苛刻油藏条件下应用中的不足。但目前对这类高分子微球的认识还不完全清楚，对微球本身的宏观及微观的物理化学性质的认识，尤其是对其特殊的变形特性与深部调驱机理之间关系的认识都是亟待解决的问题。本项目的目的就是通过对交联聚合物微球的微结构、变形性、渗流特性以及对多孔介质的封堵特性研究，以探索交联聚合物微球的深部调驱机理，确定微球的结构与变形特性、调驱性能间的关系，为交联聚合物微球的可控制备及现场应用提供指导。为微球的工业化应用奠定理论基础，从而促进高分子新材料在强化采油中的应用基础研究。

交联聚合物微球是一类水溶胀预交联的高分子微球，可以用于油田强化采油提高采收率。目前对这类高分子微球的认识还不完全清楚，对微球本身的宏观及微观的物理化学性质的认识，尤其是对其特殊的变形特性与深部调驱机理之间关系的认识都是亟待解决的问题。本项目研究了不同微结构的交联聚合物微球的可控制备，利用可视光学显微镜、扫描电镜、透射电镜研究了交联聚合物微球的微结构及在水中的溶胀特性，研究了聚合物微球的变形特性及渗流特性，利用微毛细管流动实验及宏观非均质模型研究了交联聚合物微球的运移规律及深部调驱机理。. 建立了利用不同大小的微反应器制备不同微结构、不同尺寸的聚合物微球的方法。所制备的聚合物微球在水中具有优良的溶胀特性，溶胀后的聚合物微球的尺寸可增加5-10倍，且交联聚合物微球是一种“软粒子”，本身具有很好的弹性与变形特性，同时建立了评价交联聚合物微球变形特性的方法。分析确定了微球的交联度与合成微球的粒径、溶胀性能及耐温性能的关系，交联度越大，合成的微球粒径越小，溶胀性能也越差。交联聚合物微球在多孔介质中的运移特性与其微结构有关，交联聚合物微球的微交联网络密度越大，其变形性越好，微球在孔隙中的深入性能也越好。确定了交联聚合物微球的粒径大小与孔喉尺寸的匹配关系。纳米尺度及微尺度的聚合物微球适合低渗透油藏的调驱，而大尺度的聚合物微球适合较高渗透率及裂缝性油藏的深部调驱。. 交联聚合物微球在非均质油藏及裂缝性油藏中具有较好液流改向能力，在封堵高渗透层及裂缝的基础上，后续驱替液转向含油的低渗透层及基质油藏，从而可以较大幅度提高采收率。. 交联聚合物微球溶胀后具有可变形、可压缩的特性，不同于一般的HPAM分子线团，由于聚合物微球中存在交联点，使得其不易因剪切而发生很大的变形，具有很好的封堵、变形、深入、再封堵、再变形、再深入的特性，即“注得进、站得住、能前进”的特点，这是交联聚合物微球的深部调驱提高采收率的关键机制所在。