提高原油采收率原理(EOR)第六章-B表面活性劑驅(qū)

第六章表面活性劑驅(qū)SurfactantFlooding第一節(jié)什么叫表面活性劑驅(qū)用表面活性劑體系作驅(qū)油劑的驅(qū)油法叫表面活性劑驅(qū)。表面活性劑體系稀表面活性劑體系(如活性水、膠束溶液)濃表面活性劑體系(如上相微乳、中相微乳和下相微乳)

泡沫、乳狀液也包括在表面活性劑體系之中一、活性水驅(qū)（活性劑的濃度小于CMC）二、膠束溶液驅(qū)（活性劑的濃度大于CMC，但其質(zhì)量分數(shù)不超過0.02）表面活性劑驅(qū)包括下列的驅(qū)油法：以活性水作驅(qū)油劑的驅(qū)油法叫活性水驅(qū)。活性水屬稀表面活性劑體系，其中的表面活性劑濃度小于臨界膠束濃度。以膠束溶液作驅(qū)油劑的驅(qū)油法叫膠束溶液驅(qū)。膠束溶液也屬稀表面活性劑體系，其中表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度，但其質(zhì)量分數(shù)不超過2×10－2。在膠束溶液中，除了表面活性劑外，還需加入醇和鹽。表面活性劑濃度10倍于臨界膠束濃度或更大的濃度時，膠束一般是非球形的。(棒狀、棒狀膠束六角、層狀膠束等）微乳的組成和類型:微乳組成：微乳屬濃表面活性劑體系，由水、油、活性劑、助活性劑、鹽組成。微乳類型：水外相微乳、油外相微乳、中相微乳（過渡態(tài)）圖6－1微乳類型的轉(zhuǎn)換三、微乳驅(qū)（表面活性劑的質(zhì)量分數(shù)超過0.02)活性劑和助活性劑為一組分S；水和鹽為另一組分W；油為一組分O——準(zhǔn)三組分微乳的準(zhǔn)（pseudo）三組分相圖（a）水溶液表面活性劑（b）油溶性表面活性劑圖6－2微乳的準(zhǔn)三組分相圖S－表面活性劑與助表面活性劑；W－鹽水；O－油圖6－3圖6－2中A、B兩點的相態(tài)油水比1：1活性劑濃度不變隨著鹽含量的增加，表面活性劑由親水性變至親油性，微乳體系的類型由水外相微乳（L）變成油外相微乳（U）。鹽可以調(diào)整HLB值圖6－4微乳隨鹽含量增加的相態(tài)變化圖6－5微乳驅(qū)段塞圖1－剩余油；2－預(yù)沖洗液；3－微乳；4－聚合物溶液；5－水預(yù)沖段塞可以是鹽水段塞或犧牲劑段塞以微乳作驅(qū)油劑的驅(qū)油法叫微乳驅(qū)。W為控制流度的的聚合物溶液，X為驅(qū)油的水外相微乳組成，B為剩余油或水中的飽和度。聚合物溶液驅(qū)動水外相微乳的組成沿WX變化，水外相驅(qū)動剩余油的組成沿XB變化。L的組成變化先沿XM變化，后沿MW帽形的邊沿線變化。XM一段為混相的水外相微乳驅(qū)，MB一段為非混相的水外相微乳驅(qū)。圖6－6水外相微乳驅(qū)的相圖描述圖6－7相體積分數(shù)、界面張力、采收率、磺酸鹽滯留量與鹽含量的關(guān)系微乳性質(zhì)與含鹽量的關(guān)系圖6－8界面張力、表面活性劑增溶參數(shù)與鹽含量關(guān)系處于最佳鹽含量下的中相微乳有以下特點（圖6－7、圖6－8）：（毛管阻力小-取決于最大一個界面張力。）（σ越低，界面層堆積越緊密，電荷密度越大，靜電斥力越大，滯留量越小。）(1)中相微乳與油的界面張力（σMO）和中相微乳與水的界面張力（σMW）處在相等的最低值。（2）表面活性劑的滯留量最小。（對水和油有最適宜的平衡關(guān)系）中相微乳M驅(qū)比油外相微乳驅(qū)U、水外相微乳L驅(qū)的驅(qū)油效果好。（3）增溶參數(shù)VO/VS（單位體積表面活性劑增溶油的體積）與Vw/VS（單位體積表面活性劑增溶水的體積）達到相等的最大值。（4）采收率最高由于中相微乳在最佳鹽含量下有許多特點、優(yōu)點，所以中相微乳驅(qū)得到比油外相微乳驅(qū)或水外相微乳驅(qū)好的驅(qū)油效果。四、泡沫驅(qū)氣泡分散在液體中,以氣體為分散相,液體為連續(xù)相的分散體系

－固體泡沫和液體泡沫泡沫驅(qū)是一種用泡沫作驅(qū)油劑的驅(qū)油法。泡沫由水、氣、起泡劑組成，起泡劑中除表面活性劑外還有聚合物(增加體相粘度)和鹽(調(diào)整表面活性劑的親水親油平衡)。泡沫屬Bingham塑性流體。泡沫特征值＜0.52——氣體乳狀液；泡沫特征值＞0.99——(反相變成)霧;泡沫特征值＞0.74——氣泡形成為多面體.

泡沫特征值是描寫泡沫性質(zhì)的一個重要數(shù)值。泡沫特征值是指泡沫中氣體體積對泡沫總體積的比值。通常泡沫特征值是在0.52～0.99之間。泡沫的穩(wěn)定因素：較低的界面張力；有一定彈性的膜；適當(dāng)?shù)谋砻嬲扯?；表面電荷的作用。圖6－9泡沫粘度與泡沫特征值的關(guān)系泡沫的穩(wěn)定性及其測量：起泡的能力和泡沫的穩(wěn)定性。氣流法—氣流法測定泡沫性能（平衡時的泡沫高度h）。單泡法—測定泡沫的壽命（起泡升至液面到破裂所需時間）。攪拌法—由泡沫隨時間的變化求出Lf=∫Vdt/VO).圖6－10泡沫的屈服值與泡沫特征值的關(guān)系可交替向地層注氣泡劑溶液和氣體，也可同時分別從油套管注入地層。乳狀液驅(qū)是以乳狀液作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法。地面配好后注入地層。酸性原油與堿水乳化后效果較好。圖6－11泡沫驅(qū)油效果泡沫特征值：1－0.00(水驅(qū))；2－0.72；3－0.85；4－0.91第二節(jié)表面活性劑提高采收率的機理一、活性水驅(qū)機理1、低界面張力原理活性劑吸附—降低界面張力—粘附功減小—洗油效率提高表面活性劑驅(qū)提高采收率的原因與堿驅(qū)大體相同式中，w粘附－粘附功；

σ油水－油水界面張力；

θ－油對巖石表面的潤濕角。2、潤濕反轉(zhuǎn)機理圖6－12表面活性劑使地層表面潤濕反轉(zhuǎn)3、乳化機理驅(qū)油用的表面活性劑可穩(wěn)定水包油乳狀液。

乳化的油不易重新粘濕潤濕回地層表面，提高了洗油效率。乳化的油在高滲透層產(chǎn)生疊加的Jamin效應(yīng)，可使水較均勻地在地層推進，提高了波及系數(shù)。4、提高表面電荷密度原理圖6－13驅(qū)油過程中提高表面電荷密度的作用陰離子活性劑的吸附，提高了電荷密度，增加了地層與油珠的靜電斥力，易被帶走，提高了洗油效率。5、聚并形成油帶機理若從地層表面洗下來的油越來越多，則它們在向前移動時可發(fā)生相互碰撞，產(chǎn)生聚并，形成油帶。圖6－14被驅(qū)替的油聚并為油帶圖6－15油帶在向前移動中不斷擴大二、膠束溶液驅(qū)機理醇和鹽調(diào)整和平衡極性，增大吸附，降低界面張力（0.1X10-2)。膠束可增溶油，提高了洗油效率。膠束溶液驅(qū)有活性水驅(qū)的全部機理。醇和鹽等助劑的加入，強化了膠束溶液驅(qū)油的低界面張力機理。圖6－17一個典型的油水界面張力與表面活性劑質(zhì)量分數(shù)關(guān)系圖條件：表面活性劑：TRS10－410（一種石油磺酸鹽）醇：IBA（異丁醇）油相：十二烷水相：TRS10－410＋IBA＋NaClW(NaCl)=0.015M(TRS10-410)/m(IBA=5/3)三采剩余油與二采剩余油之比（水驅(qū)10－6）圖6－16Sorc/Soc與Nc的關(guān)系（數(shù)據(jù)點由不同條件得出）界面張力降低→毛管阻力降低→剩余油飽和度和束縛水飽和度降低→采收率提高圖6－18相對滲透率曲線隨油水界面張力的變化油水界面張力1－大于10mN·m-1；2－接近0.5mN·m-1；3－接近0mN·m-1三、微乳驅(qū)機理微乳驅(qū)有膠束溶液驅(qū)的全部機理，即

1.低界面張力機理；2.潤濕反轉(zhuǎn)機理；3.乳化機理；4.增溶機理；5.提高表面電荷密度機理；6.聚并形成油帶機理。由于微乳屬濃表面活性劑體系，所以微乳驅(qū)在增溶機理和提高表面電荷密度機理上比膠束溶液驅(qū)更突出。四、泡沫驅(qū)機理

泡沫的分散介質(zhì)為表面活性劑溶液，根據(jù)表面活性劑在其中的的濃度，它應(yīng)具有活性水或膠束溶液的性質(zhì)，因此具有與它們相同的驅(qū)油機理。泡沫驅(qū)還有兩個提高采收率的機理。1.通過Jamin效應(yīng)的疊加，提高驅(qū)動介質(zhì)的波及系數(shù)。2.驅(qū)油泡沫中的氣泡，可依孔道的形狀而變形，能有效地將波及到孔隙中的油驅(qū)出，提高洗油效率。第三節(jié)表面活性劑驅(qū)用的活性劑一、磺酸鹽型表面活性劑石油磺酸鹽是一類重要的磺酸鹽型表面活性劑，它可用磺化劑（如三氧化硫）將芳香烴含量高的石油或石油餾分磺化再用堿中和制成：RArH＋SO3－RArSO3HRArSO3H＋NaOH－RArSO3Na+H2O成分w(成分)×102活性物50～80礦物油5～30水2～20硫酸鈉1～6表6－1石油磺酸鹽的規(guī)格二、羧酸鹽型表面活性劑氣相氧化法和液相氧化法石油羧酸鹽是一類重要的羧酸鹽型表面活性劑，它由石油餾分通過氣相氧化得石油羧酸，再用堿皂化石油羧酸得石油羧酸鹽。但是羧酸鹽型表面活性劑的耐鹽、耐高價金屬離子的能力遠不如磺酸型表面活性劑。合成磺酸鹽是另一類重要的磺酸鹽型表面活性劑?？捎上鄳?yīng)的烴類（如烷烴、烷基苯、烷基甲苯、烷基二甲苯）用相應(yīng)的合成方法制得。烷基磺酸鹽、烷基芳基磺酸鹽，α－烯烴磺酸鹽等屬這一類磺酸鹽。三、非離子型表面活性劑平平加型表面活性劑，如：OP型表面活性劑，如：Tween型表面活性劑，如：主要用有聚氧乙烯基的非離子表面活性劑。它由烷基醇、烷基苯酚或山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧乙烯制得。這是一類耐鹽、耐高價金屬離子的表面活性劑，有下列幾種：耐鹽性能好，耐高價金屬離子四、非離子型-陰離子型表面活性劑

第四節(jié)表面活性劑驅(qū)油田的篩選標(biāo)準(zhǔn)地層溫度必須低于表面活性劑的濁點，界面張力最好達到10-3mN/m。參數(shù)要求原油密度<0.934粘度<35成分輕烴含量高水礦化度/（mg/l）<4×104Ca2+、Mg2+含量/（mg/l）<500油藏含油飽和度/Vp>0.35厚度/m不限滲透率×103/μm2>10埋深/m<2740溫度/℃<93巖性砂巖第五節(jié)表面活性劑驅(qū)存在的問題一、滯留二、乳化三、流度控制用改性木質(zhì)素磺酸鹽作犧牲劑；用羥基鋁（鋯）預(yù)處理地層，選用耐鹽活性劑等。可用聚合物溶液或泡沫控制流度。表面活性劑在地層中有四種滯留形式，即吸附（主要吸附在蒙脫石界面上）、溶解（在三次剩余油和水中溶解）、沉淀（由陰離子型表面活性劑與多價金屬反應(yīng)生成）和與聚合物不配伍，由此產(chǎn)生絮凝、分層。類似堿驅(qū)，乳化機理也是表面活性劑驅(qū)的重要機理。表面活性劑驅(qū)的產(chǎn)出液為原油與水的乳狀液。由于表面活性劑體系流度大于油的流度，所以表面活性劑體系也易沿高滲透層指進入油井而不起驅(qū)油作用。第六節(jié)表面活性劑驅(qū)的進展1、抗溫抗鹽表面活性劑的研制開發(fā)2、