EOR第六章 堿 驅(qū)

1、Concept of alkaline flooding:Alkaline flooding is a displacement method using alkali as its displacing agent.堿驅(qū)是指以堿溶液作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法。堿驅(qū)是指以堿溶液作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法。Position of alkaline flooding in chemical flooding:vFirst proposed（1917）vFirst tested（1930）vThe cheapest chemical agentvEasiest to operatevThe most complic

2、ated mechanismvthe most restrictive堿驅(qū)最好用在二次采油的早期階段，因?yàn)檫@時含油飽和度高，油堿驅(qū)最好用在二次采油的早期階段，因?yàn)檫@時含油飽和度高，油多，多，油中的酸與堿反應(yīng)生成的表面活性物質(zhì)也高油中的酸與堿反應(yīng)生成的表面活性物質(zhì)也高, ,洗油效率高，洗油效率高，采收率高。采收率高。早期階段早期階段 k krwrw低，低，w w低，低，M Mwowo低，低，波及系數(shù)高，采收率高。波及系數(shù)高，采收率高。w roorw owwokkM為什么堿溶液能做驅(qū)油劑？為什么堿溶液能做驅(qū)油劑？由于地層中的鈣鎂離子可與堿反應(yīng)而消耗堿，因此在由于地層中的鈣鎂離子可與堿反應(yīng)而消耗堿，

3、因此在注堿溶液前需注入一段塞的淡水；之后再注入聚合物注堿溶液前需注入一段塞的淡水；之后再注入聚合物段塞以控制流度。段塞以控制流度。部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺: :partially hydrolyzed polyacrylamidepartially hydrolyzed polyacrylamide堿驅(qū)與水驅(qū)的驅(qū)油效果對比堿驅(qū)與水驅(qū)的驅(qū)油效果對比Mechanism of alkaline floodingMechanism of alkaline flooding:nLow IFT mechanismnEmulsificationentrainment mechanismnEmul

4、sificationentrapment mechanismnWetting conversion from oil-wet to water-wetnWetting conversion from water-wet to oil-wetnSpontaneous emulsification(自發(fā)乳化自發(fā)乳化) and coalescence(聚并聚并)nSolubilization of rigid film(剛性膜剛性膜)2.12.1）（油水粘附cos1wLow IFT mechanism原油中含有脂肪酸、環(huán)烷酸原油中含有脂肪酸、環(huán)烷酸和芳香酸等各類羧酸。和芳香酸等各類羧酸。脂肪酸主要是

5、正構(gòu)的，現(xiàn)已脂肪酸主要是正構(gòu)的，現(xiàn)已鑒定出碳數(shù)到鑒定出碳數(shù)到3434的全部正構(gòu)的全部正構(gòu)脂肪酸，但也存在少量輕度脂肪酸，但也存在少量輕度異構(gòu)的脂肪酸。異構(gòu)的脂肪酸。 石油酸石油酸 petroleum acid petroleum acid原油中的石油酸原油中的石油酸 原油中的部分酸性物質(zhì)可以和堿反應(yīng)，生成具有原油中的部分酸性物質(zhì)可以和堿反應(yīng)，生成具有一定親水親油平衡能力的表面活性劑。一定親水親油平衡能力的表面活性劑。 0204060801001E-30.010.11IFT/(mN/m)t/min 1% Na2CO3 0.8% Na2CO30.6% Na2CO3不同濃度碳酸鈉與陳莊原油的動態(tài)界面

6、張力不同濃度碳酸鈉與陳莊原油的動態(tài)界面張力Factors influence the IFT原油中的酸性物質(zhì)原油中的酸性物質(zhì)酸性物質(zhì)親油基較小酸性物質(zhì)親油基較小酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)速度較快速度較快酸性物質(zhì)親油基較大酸性物質(zhì)親油基較大酸性物質(zhì)親油基適中酸性物質(zhì)親油基適中酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)速度較慢速度較慢酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)速度適中速度適中生成物親水能力較強(qiáng)生成物親水能力較強(qiáng)降低界面張力能力差降低界面張力能力差生成物親水親油能力生成物親水親油能力平衡平衡生成物親油能力較強(qiáng)生成物親油能力較強(qiáng)降低界面張力能力差降低界面張力能力差降低界面張力能力最好降低界面張力能力

7、最好堿堿 量量堿量低堿量低先和酸性較強(qiáng)的先和酸性較強(qiáng)的石油酸反應(yīng)石油酸反應(yīng)形成親水能力較強(qiáng)的形成親水能力較強(qiáng)的表面活性劑表面活性劑堿量較高堿量較高相繼和酸性較弱的相繼和酸性較弱的石油酸反應(yīng)石油酸反應(yīng)相繼形成親油能力相繼形成親油能力較強(qiáng)的表面活性劑較強(qiáng)的表面活性劑堿量高堿量高增加水相極性增加水相極性增加界面張力增加界面張力最佳堿量最佳堿量界面張力超低界面張力超低堿量堿量? ?堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10.1, , 一般要求低于一般要求低于1 1。超低需加鹽超低需加鹽, ,含量含量 ? ?隨著鹽含量升高，低界面張隨著鹽含量升高，低界面張力區(qū)增大，繼續(xù)升高，低界力區(qū)增大，繼續(xù)升高，低界面張力區(qū)變

8、窄。面張力區(qū)變窄。最佳鹽含量在最佳鹽含量在以下以下2.4 2.4 由油濕反轉(zhuǎn)為水濕（由油濕反轉(zhuǎn)為水濕（OW WWOW WW機(jī)理機(jī)理) ) 2.5 2.5 由水濕反轉(zhuǎn)為油濕（由水濕反轉(zhuǎn)為油濕（WW WW OWOW）機(jī)理）機(jī)理（1 1）在高的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和高的鹽含量下）在高的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和高的鹽含量下堿與石油酸堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑主要分配到油相并吸附到巖石反應(yīng)生成的表面活性劑主要分配到油相并吸附到巖石表面上來，使巖石表面從水濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐?。這樣，非表面上來，使巖石表面從水濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐?。這樣，非連續(xù)的剩余油可在其上形成連續(xù)的油相，為原油流動連續(xù)的剩余油可在其上形成連續(xù)的油相，為原油流動提供通道提

9、供通道（2 2）堿驅(qū)生成的表面活性劑的親油性和它產(chǎn)生的低界）堿驅(qū)生成的表面活性劑的親油性和它產(chǎn)生的低界面張力，導(dǎo)致油包水乳狀液的形成面張力，導(dǎo)致油包水乳狀液的形成（3 3）乳狀液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人壓力提）乳狀液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人壓力提高高的注入壓力迫使油從乳化水珠與巖石表面之間高高的注入壓力迫使油從乳化水珠與巖石表面之間的連續(xù)油相這條通道排泄出去，留下高含水率的乳狀的連續(xù)油相這條通道排泄出去，留下高含水率的乳狀液，達(dá)到提高原油采收率的目的。液，達(dá)到提高原油采收率的目的。2.6 2.6 自發(fā)乳化與聚并機(jī)理自發(fā)乳化與聚并機(jī)理Spontaneous emulsificatio

10、n and coalescence各種膠束都可增溶油各種膠束都可增溶油 (1)(1)石油酸與堿在油水界面上反應(yīng)生成羧酸鈉，并濃集石油酸與堿在油水界面上反應(yīng)生成羧酸鈉，并濃集在界面上。由于羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠大，它們在界面在界面上。由于羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠大，它們在界面附近形成附近形成層狀膠束層狀膠束并增溶了油。并增溶了油。（2 2）層狀膠束向堿水相擴(kuò)散的過程中，羧酸鈉的質(zhì)量）層狀膠束向堿水相擴(kuò)散的過程中，羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷降低。降低到一定程度，層狀膠束依次轉(zhuǎn)化為分?jǐn)?shù)不斷降低。降低到一定程度，層狀膠束依次轉(zhuǎn)化為棒狀膠束六角束和棒狀膠束棒狀膠束六角束和棒狀膠束，油仍增溶在這些膠束之中。，油仍增溶

11、在這些膠束之中。堿驅(qū)過程中的自發(fā)乳化與聚并堿驅(qū)過程中的自發(fā)乳化與聚并（3 3）棒狀膠束再向堿水相擴(kuò)散，羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步）棒狀膠束再向堿水相擴(kuò)散，羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步降低，降低到一定程度，棒狀膠束轉(zhuǎn)變?yōu)榻档?，降低到一定程度，棒狀膠束轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钅z束球狀膠束，油仍，油仍增溶在球形膠束之中。增溶在球形膠束之中。（4 4）球狀膠束繼續(xù)向堿水相擴(kuò)散，羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低）球狀膠束繼續(xù)向堿水相擴(kuò)散，羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到一定程度，使原來增溶的油超過膠束的增溶量，則出現(xiàn)到一定程度，使原來增溶的油超過膠束的增溶量，則出現(xiàn)界面，形成乳狀液。這就是自發(fā)產(chǎn)生的乳狀液。界面，形成乳狀液。這就是自發(fā)產(chǎn)生的乳狀液。

12、（5 5）乳狀液形成以后，羧酸鈉隨液珠繼續(xù)向堿水?dāng)U散而不）乳狀液形成以后，羧酸鈉隨液珠繼續(xù)向堿水?dāng)U散而不斷減少，直至其質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小到不足以起穩(wěn)定乳狀液的作斷減少，直至其質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小到不足以起穩(wěn)定乳狀液的作用，就出現(xiàn)乳狀液液珠的聚并。用，就出現(xiàn)乳狀液液珠的聚并。2.72.7 增溶剛性膜機(jī)理增溶剛性膜機(jī)理堿驅(qū)機(jī)理實(shí)現(xiàn)的條件堿驅(qū)機(jī)理實(shí)現(xiàn)的條件Solubilization of rigid film第三節(jié)第三節(jié) 界面張力與堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線的解釋與應(yīng)用界面張力與堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線的解釋與應(yīng)用JenningsJennings堿系數(shù)堿系數(shù)（caustic coefficient, cc）堿系數(shù)可用于評價油對堿驅(qū)的

13、適堿系數(shù)可用于評價油對堿驅(qū)的適應(yīng)性和選用堿驅(qū)用堿。應(yīng)性和選用堿驅(qū)用堿。堿系數(shù)堿系數(shù)雙對數(shù)坐標(biāo)內(nèi)油水界面張力與堿質(zhì)雙對數(shù)坐標(biāo)內(nèi)油水界面張力與堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線和量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線和0.01mNm0.01mNm-1-1 1.0mNm1.0mNm-1-1所包的面積與所包的面積與0.01mNm0.01mNm-1-1 1.0mNm1.0mNm-1-1與與0.001% 0.001% 1.0%1.0%堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)總面積堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)總面積之比乘之比乘6 6。堿系數(shù)越大的油，越適宜堿驅(qū)。堿系數(shù)越大的油，越適宜堿驅(qū)。氫氧化鈉與原油的酸性組分、水中二價陽離子、儲層巖氫氧化鈉與原油的酸性組分、水中二價陽離子、儲層巖石產(chǎn)生

14、強(qiáng)烈的相互作用，很少單獨(dú)使用。石產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，很少單獨(dú)使用。硅酸鹽及它與其他試劑的混合物在巖石上的吸附作用硅酸鹽及它與其他試劑的混合物在巖石上的吸附作用比較小。比較小。在采用帶有層內(nèi)沉淀的堿水驅(qū)時，硅酸鈉的在采用帶有層內(nèi)沉淀的堿水驅(qū)時，硅酸鈉的用途更加廣泛，用途更加廣泛，通過輪流注硅酸鈉和氯化鈣溶液的方通過輪流注硅酸鈉和氯化鈣溶液的方法來提高對產(chǎn)層的波及體積。法來提高對產(chǎn)層的波及體積。碳酸鈉是一種弱堿，因具有軟化地層水的作用，可碳酸鈉是一種弱堿，因具有軟化地層水的作用，可用作堿水驅(qū)，同時也可用作表面活性劑預(yù)沖洗液用作堿水驅(qū)，同時也可用作表面活性劑預(yù)沖洗液由于碳酸鈉與碳酸氫鈉可通過下面反應(yīng)

15、對體系的由于碳酸鈉與碳酸氫鈉可通過下面反應(yīng)對體系的PHPH值起值起緩沖作用：緩沖作用：3223HCOOHOHCO它們是一對緩沖物質(zhì)，因此可用碳酸鈉與碳酸氫鈉復(fù)配，它們是一對緩沖物質(zhì)，因此可用碳酸鈉與碳酸氫鈉復(fù)配，產(chǎn)生有緩沖作用的堿體系。同理，產(chǎn)生有緩沖作用的堿體系。同理，NaNa3 3POPO4 4與與NaNa2 2HPOHPO4 4也是一也是一對有緩沖作用的堿體系。對有緩沖作用的堿體系。堿驅(qū)用的堿，還堿驅(qū)用的堿，還可用有機(jī)堿，如：可用有機(jī)堿，如：Sodium carbonate 1000-1500Sodium carbonate 1000-1500元元/ /噸噸Sodium hydroxid

16、e 2000-3000Sodium hydroxide 2000-3000元元/ /噸噸第六節(jié)第六節(jié) 堿與地層和流體的反應(yīng)堿與地層和流體的反應(yīng)6.1 6.1 堿與地層的反應(yīng)堿與地層的反應(yīng)（1 1）礦物轉(zhuǎn)換）礦物轉(zhuǎn)換（2 2）溶蝕作用）溶蝕作用（3 3）離子交換）離子交換堿溶液與儲層巖石之間最重要堿溶液與儲層巖石之間最重要的作用是粘土膨脹，它直接影的作用是粘土膨脹，它直接影響到儲層的滲透率、注水井的響到儲層的滲透率、注水井的吸水能力和油井的產(chǎn)能。離子吸水能力和油井的產(chǎn)能。離子交換作用后粘土膨脹交換作用后粘土膨脹1-31-3倍，倍，堿耗堿耗4-16mmol/100g4-16mmol/100g巖石，

17、使巖石，使發(fā)揮作用的堿溶液濃度降低。發(fā)揮作用的堿溶液濃度降低。溫度越高、溫度越高、pHpH值越大，硅酸值越大，硅酸鹽的溶解速度越快，其溶解鹽的溶解速度越快，其溶解將嚴(yán)重降低溶液中堿的濃度。將嚴(yán)重降低溶液中堿的濃度。6.2 6.2 堿與地層水的反應(yīng)堿與地層水的反應(yīng)主要是與二價金屬離子反應(yīng)主要是與二價金屬離子反應(yīng)注入的堿溶液能夠引起地層粘土分散和運(yùn)移，導(dǎo)致注入的堿溶液能夠引起地層粘土分散和運(yùn)移，導(dǎo)致地層滲透力下降，堿也與地層流體及巖石礦物反應(yīng)地層滲透力下降，堿也與地層流體及巖石礦物反應(yīng)形成堿垢，對地層造成傷害。形成堿垢，對地層造成傷害。6.3 6.3 堿與油中酸性物質(zhì)的反應(yīng)堿與油中酸性物質(zhì)的反應(yīng)（

18、1 1）與酚反應(yīng)）與酚反應(yīng)（2 2）與環(huán)烷酸反應(yīng)）與環(huán)烷酸反應(yīng)（3 3）與瀝青質(zhì)（酸）反應(yīng)）與瀝青質(zhì)（酸）反應(yīng)problems in alkaline flooding 配堿溶液用水中的配堿溶液用水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+，可引起注入系統(tǒng)和注入，可引起注入系統(tǒng)和注入井近井地帶結(jié)垢；堿與地層礦物反應(yīng)產(chǎn)生的可溶性硅酸井近井地帶結(jié)垢；堿與地層礦物反應(yīng)產(chǎn)生的可溶性硅酸鹽和鋁酸鹽，也可在油井產(chǎn)出時與其他方向來水中的鹽和鋁酸鹽，也可在油井產(chǎn)出時與其他方向來水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+反應(yīng)，引起油井近井地帶和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢反應(yīng)，引起油井近井地帶和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢l若堿驅(qū)產(chǎn)出液為油包水乳狀液，則可用油包水乳狀液若堿驅(qū)產(chǎn)出液為油包水乳狀液，則可用油包水乳狀液破乳劑和高壓交流電場或高壓直流電場破乳?？捎玫钠迫閯┖透邏航涣麟妶龌蚋邏褐绷麟妶銎迫??？捎玫钠迫閯┲饕獮楦叻肿有推迫閯?，如聚氧乙烯聚氧丙烯破乳劑主要為高分子型破乳劑，如聚氧乙烯聚氧丙烯二乙烯三胺、聚氧乙烯聚氧丙烯酚胺樹脂等。二乙烯三胺、聚氧乙烯聚氧丙烯酚胺樹脂等。堿驅(qū)產(chǎn)出液也可能是多重乳狀液。對多重乳狀液，可堿驅(qū)產(chǎn)出液也可能是多重乳狀液