国内渤海油田储层岩石具有胶结强度低、渗透率高、非均质性严重以及原油表观黏度高、单井注采强度大和井距大等特点,水驱或化学驱开发极易引起岩石结构破坏,进而形成大孔道或高渗透条带,造成注入驱油剂窜流,波及效果变差。LD10-1油田于2005年投入注水开发,2006年开始在A23井实施Cr3+聚合物凝胶调驱,之后注入井数量逐渐扩大到8口。截止到2017年,LD10-1油田已经进入注聚开发中后期,综合含水接近80%,开发效果逐年变差,亟待采取综合调整技术措施。矿场测试资料表明,目前注入井吸液剖面返转程度十分严重,中低渗透层吸液能力极差。此外,由于海上平台空间狭小,限制了熟化罐数量和单罐体积,聚合物干粉熟化时间严重不足,加之溶剂水矿化度较高,大量未经完全熟化聚合物胶粒直接注入井筒,又因筛管完井方式致使聚合物胶粒滞留井筒,造成堵塞和注入压力虚高,最终影响注聚开发效果。针对LD10-1油田开发过程中存在问题,本文以油藏工程、物理化学和高分子材料学等为理论指导,以化学分析、仪器分析、物理模拟和数值模拟等为技术手段,以LD10-1油藏地质和流体为研究对象,开展了聚合物干粉快速熟化方法、大孔道或高渗透条带封堵剂和疏水缔合聚合物微球调驱剂的研制以及注入工艺参数优化等方面研究,取得了以下几方面研究成果和创新性认识:1.海上平台聚合物干粉加速熟化技术研究。海上油田的单井注聚量大、平台空间条件和承重能力有限加之溶剂水矿化度高(钙镁离子浓度高达1000mg·L-1左右)增加了聚合物干粉溶胀和溶解难度,延长了熟化时间。因此,聚合物干粉熟化问题一直是困扰海上油田扩大聚驱的应用规模和开发效果的难题之一。针对矿场实际需求,本文提出了添加助溶剂来提高聚合物干粉溶解速度的技术思路。利用助溶剂小分子与聚合物大分子链氢键作用,降低聚合物玻璃化转变温度,络合溶剂水中钙镁离子,从而促进聚合物大分子链伸展和增加聚合物分子线团尺寸,最终达到加速聚合物干粉溶解和提高聚合物溶液黏弹性目的。实验表明,当助溶剂“助溶剂Ⅰ”和“助溶剂Ⅱ”添加浓度达到544mg/L和2459mg/L时,聚合物干粉熟化时间可以缩短至40min,聚合物溶液增黏率5%。2.渤海油藏大孔道封堵剂半互穿网络凝胶的研制及性能研究。海上油田储层岩石胶结强度低,加之单井注采强度大,长期注水或注聚造成岩石结构破坏,形成大孔道或高渗透条带,这加剧了储层非均质性,减小了水或聚合物溶液波及体积,最终影响水驱或聚驱开发效果。针对矿场实际需求,本文研制了一种CPP强凝胶,它具有初始表观黏度低、成胶强度高和稳定性好等特点。强凝胶CPP采用柔性和刚性大分子改性聚丙烯酰胺,形成半互穿网络结构,不仅增大了三维网络结构均一性和缩小了网孔尺寸,而且通过提高分子链间氢键作用较大程度地增强了凝胶力学性能,从而提高了凝胶在岩心孔隙中成胶强度。实验表明,采用优化配方配制CPP强凝胶的增黏性、黏弹性和封堵性能都有了明显提高。随溶剂水矿化度升高,凝胶表观黏度、屈服应力和残余阻力系数增加。随温度升高,表观黏度、屈服应力和残余阻力系数呈现“先增大后减小”变化趋势。在此基础上,探索了 CPP强凝胶在岩心孔隙内成胶机理。结果表明,在烧杯或磨口瓶内,CPP强凝胶反应初期主要形成“梳型”结构大分子。随反应时间延长,大分子侧链间发生交联,形成半互穿网络结构。此外,反应温度升高和溶剂水矿化度增大会促进交联反应程度增强。在低渗透岩心孔隙内,交联反应主要发生同一“梳型”大分子不同侧链间即“分子内”交联。在较高渗透岩心内,交联反应逐渐由“分子内”交联为主转变为“分子间”交联为主,导致CPP强凝胶渗流阻力增加。3.渤海油藏调驱剂疏水缔合聚合物微球的研制及性能研究。LD10-1油田经历多年的注聚开发,储层吸液剖面处出现不同程度返转现象,严重影响了聚驱的采收率(仅为28%左右),亟待采取进一步提高采收率措施。聚合物微球是一种良好的选择性堵剂,具有粒径分布窄、堵大不堵小和配注工艺简单等特点,可延缓吸液剖面返转现象,其研究和应用受到石油科技工作者高度重视,它在海上油田调驱试验中取得良好增油降水效果。针对LD10-1油田后续开发技术需求,本文采用反相乳液聚合方法制备了一种疏水单体ALE改性聚丙烯酰胺微球,它具有膨胀速度缓慢和粘弹性好等特点。在此基础上,以膨胀速率、粘弹性和渗流特性等为评价指标,利用宏观和微观表征方法,优化了微球配方组成和合成工艺,研究了聚合物微球缓慢膨胀性和粘弹性的影响因素和作用原理,探索了提高微球封堵性能技术途径。结果表明,聚合物微球大分子链中疏水缔合和氢键作用能够降低网孔尺寸,提高交联密度,控制溶胀速率、膨胀倍数,增大粘弹性,从而改善了聚合物微球在岩心孔隙中深部运移和封堵性能。当ALE用量由0%增加至0.22%,微球溶胀速率和溶胀倍数逐渐减小,屈服应力和蠕变柔量逐渐增大,残余阻力系数逐渐升高。4.综合调整工艺参数优化物理模拟和数值模拟研究。LD10-1油田经历十多年注聚开发,目前亟待解决的主要问题包括:一是聚合物干粉难以熟化和注入压力虚高问题;二是吸液剖面调整问题(大孔道封堵剂的研制和油藏适应性评价);三是吸液剖面返转调整问题(新型驱油剂的研制和油藏适应性评价);四是封堵剂和驱油剂注入工艺参数优化问题。本文利用物理模拟和数值模拟方法,开展了聚驱后进一步提高采收率措施效果及其注入参数优化研究。结果表明,采取油水井大孔道封堵、中低渗透层解堵和弱凝胶或微球与水交替注入等措施后可以取得较好技术经济效果,采收率增幅超过5%。