油田化學(xué)-第三章-化學(xué)驅(qū)油

油田化學(xué)

OilChemistry主講：文守成石油工程學(xué)院6/19/20241課程學(xué)習(xí)內(nèi)容緒論第一章表面活性劑第二章油田用高分子第三章化學(xué)驅(qū)油技術(shù)第四章酸化、壓裂及添加劑第五章化學(xué)清蠟與防蠟第六章油田化學(xué)堵水第七章化學(xué)防砂第八章油田水處理技術(shù)第九章鉆井液、完井液及添加劑第十章固井水泥漿及添加劑6/19/20242采收率低地層非均質(zhì)性波及系數(shù)洗油效率油層化學(xué)改造采油中存在的問題前言6/19/20243波及系數(shù)：是指驅(qū)油劑波及到的油層容積與整個(gè)含油容積的比值。原油采收率（ER）=采出儲(chǔ)量（NR）/地質(zhì)儲(chǔ)量（N

）×100％水驅(qū)采收率（ER）=波及系數(shù)（EV）X洗油效率（ED）×100％Vsw－驅(qū)油介質(zhì)驅(qū)替到的容積；V－油藏總?cè)莘e；前言二、原油采收率VVEswV=6/19/20244洗油效率：是指驅(qū)油劑波及到的油層所采出的油量與這部分油層儲(chǔ)量的比值。油層改造有兩個(gè)途徑：提高波及系數(shù)提高洗油效率So－原始含油飽和度；Sor－殘余油飽和度；前言二、原油采收率6/19/20245提高波及系數(shù)影響因素：不均質(zhì)性、水油流度比提高波及系數(shù)的主要方法：改變驅(qū)油劑、油的流度。流度是流體通過孔隙介質(zhì)能力的一種量度前言m=lk6/19/20246提高洗油效率改變巖石表面的潤(rùn)濕性減小毛細(xì)管阻力效應(yīng)的不利影響前言提高洗油效率的主要方法6/19/20247驅(qū)油劑的流度遠(yuǎn)大于油的流度，驅(qū)油時(shí)，驅(qū)油劑沿高滲透層突入油井，為提高驅(qū)油劑的波及系數(shù)，必須減小驅(qū)油劑的流度和（或）增加油的流度。提高洗油效率:主要方法是改變巖石表面的潤(rùn)濕性和減小毛細(xì)管阻力。6/19/20248化學(xué)驅(qū)油法（化學(xué)驅(qū)）聚合物驅(qū)油法（聚合物驅(qū)）表面活性劑驅(qū)油法（表面活性劑驅(qū)）堿驅(qū)油法（堿驅(qū)）混相驅(qū)油法（混相驅(qū)）烴類混相驅(qū)油法（烴類混相驅(qū)）非烴類混相驅(qū)油法（非烴類相驅(qū)）

熱力采油法（熱采）蒸汽驅(qū)油法（蒸汽驅(qū)）油層就地燃燒法（火燒油層）

前言三、改造油層的方法6/19/20249本章主要內(nèi)容1聚合物驅(qū)2表面活性劑驅(qū)3堿驅(qū)4復(fù)合驅(qū)6/19/202410聚合物驅(qū)是指以聚合物做驅(qū)油劑提高原油采收率的方法。以水溶性聚合物增加水相粘度、改善流度比、穩(wěn)定驅(qū)替前沿的方法，也稱為：聚合物溶液驅(qū)聚合物強(qiáng)化水驅(qū)稠化水驅(qū)和增粘水驅(qū)注聚第一節(jié)聚合物驅(qū)一、概念主要是提高波及系數(shù)，適用于非均質(zhì)的重質(zhì)或較重質(zhì)的油藏。滲透率越高，相對(duì)分子質(zhì)量大的聚合物不堵塞地層。當(dāng)滲透率低于20mD，使用低相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物。6/19/202411二、聚合物驅(qū)最常用的聚合物

用于油層的聚合物有特定的要求：有好的增粘性能、熱穩(wěn)定性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐剪切、在油層吸附量不大。聚合物主鏈應(yīng)為碳鏈(熱穩(wěn)定性好)，有一定量的負(fù)離子基團(tuán)(增粘效果好)和一定量的非離子親水集團(tuán)(化學(xué)穩(wěn)定性好)。6/19/202412部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）油田主要用HPAM熱穩(wěn)定性好；剪切穩(wěn)定性較差；化學(xué)穩(wěn)定性較差；生物穩(wěn)定性好第一節(jié)聚合物驅(qū)二、聚合物驅(qū)用聚合物6/19/202413驅(qū)油用HPAM具有以下基本特征：（1）高分子量：一般驅(qū)油用HPAM的分子量為1千萬(wàn)到幾千萬(wàn)；（2）多分散性：HPAM的分子量具有不均一性，是分子量不等的同系聚合物的混合物；（3）幾何結(jié)構(gòu)多樣化：聚合物的幾何結(jié)構(gòu)有線型、支型和體型三種形態(tài)；（4）物化性能穩(wěn)定：HPAM具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和特殊的物理性能，以滿足驅(qū)油的要求。第一節(jié)聚合物驅(qū)6/19/2024142黃胞膠（XC）（生物聚合物）熱穩(wěn)定性差（71℃）；生物穩(wěn)定性差（24小時(shí)，需加醛類殺菌劑）；剪切穩(wěn)定性好（支鏈）。第一節(jié)聚合物驅(qū)6/19/202415聚合物對(duì)水的稠化能力

HPAM與XC對(duì)水有優(yōu)異的稠化能力。6/19/202416

（1）超過一定濃度，聚合物分子互相糾纏形成結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)粘度。

（2）聚合物鏈中的親水基團(tuán)在水中溶劑化（水化）。

（3）離子型聚合物，在水中解離，形成擴(kuò)散雙電層，產(chǎn)生許多帶電符號(hào)相同的鏈段，聚合物分子在水中形成松散的無(wú)規(guī)線團(tuán)，有好的增粘能力。聚合物對(duì)水的稠化是由下列原因產(chǎn)生的：6/19/202417

1、定義：鹽對(duì)聚合物溶液粘度產(chǎn)生特殊影響（粘度降低）的效應(yīng)。

2、原因：鹽加入后，羧基與鈉離子形成的擴(kuò)散雙電層受到鹽的壓縮作用，使鏈段的負(fù)電性減小，HPAM分子形成緊密的無(wú)規(guī)線團(tuán)，因而對(duì)水的稠化能力大大減小。最好用清水配注聚合物，且前后注淡水段塞。鹽敏效應(yīng)6/19/202418聚合物驅(qū)是通過減小水油流度比，提高原油采收率。根據(jù)流體流度的概念，水油流度比的定義式：

三、聚合物驅(qū)提高原油采收率機(jī)理6/19/202419減小水油流度比，有4種途徑：聚合物通過增加水的粘度和在孔隙介質(zhì)中的滯留，減小孔隙介質(zhì)對(duì)水的滲透率，減小水油流度比，增加波及系數(shù)，提高原油采收率。6/19/202420隨著MWO的減小，波及系數(shù)增大，采收率提高6/19/202421提高了平面的波及系數(shù)聚合物驅(qū)與水驅(qū)的對(duì)比提高了縱向的波及系數(shù)6/19/202422四、聚合物在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)特性

聚合物溶液流過多孔介質(zhì)滲透率降低，用殘余阻力系數(shù)表示。

聚合物溶液流過多孔介質(zhì)流動(dòng)度降低，滲透率降低，形成殘余阻力的原因是聚合物在孔隙介質(zhì)中的滯留，滯留在多孔介質(zhì)中有三種方式：吸附、機(jī)械捕集和物理堵塞。6/19/2024231、吸附

聚合物吸附是指聚合物通過色散力、氫鍵、靜電作用聚集在巖石孔隙結(jié)構(gòu)表面的現(xiàn)象。NaCl濃度增加，吸附量增加;分子量增加，吸附量增加;溫度升高，吸附量減小。見表3-16/19/202424影響吸附量的因素為：

(1)巖石的成分和結(jié)構(gòu)。粘土礦物>碳酸巖>砂巖，

蒙脫石>伊利石>高嶺石；(2)高分子的類型、分子量及濃度。酰胺基的同一高分子，M大，吸附量大；(3)水中含鹽量、PH的影響。巖性相同，高分子相同，含鹽量越高，吸附量越大，PH值越大吸附量越??；(4)溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，吸附量減小；(5)動(dòng)態(tài)吸附小于靜態(tài)吸附（存在高速流動(dòng)脫附）。6/19/2024252、機(jī)械捕集

聚合物捕集是指直徑小于孔喉直徑的聚合物分子的無(wú)規(guī)線團(tuán)通過“架橋”留在孔喉外的現(xiàn)象（圖4-2）。6/19/202426主要是高分子的結(jié)構(gòu)，柔性高分子線團(tuán)大，捕集作用大；孔隙小易捕集。對(duì)低滲透層捕集是滯留(滲透率降低)的主要機(jī)理，對(duì)中等滲透層吸附是滯留(滲透率降低)的主要機(jī)理。高分子結(jié)構(gòu)柔軟，在高速流動(dòng)時(shí)變長(zhǎng)與流動(dòng)線保持一致，容易進(jìn)入比高分子直徑小的孔隙，流速降低后應(yīng)力松弛高分子恢復(fù)原狀被捕集在孔隙中。主要機(jī)理:影響捕集的因素：6/19/2024273、物理堵塞

物理堵塞是指高分子溶液中的各種水不溶物或高分子溶液與地層或地層中的流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物引起的堵塞，物理堵塞滯留是不可逆的。三種滯留住往同時(shí)發(fā)生，特別是吸附和機(jī)械捕集。滯留量適當(dāng)，有利于化學(xué)驅(qū)油，滯留量太大聚合物不能流動(dòng)到預(yù)期的位置，影響波及系數(shù)，對(duì)化學(xué)驅(qū)油不利；滯留量太大造成地層損害。6/19/2024284、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流變性在注入井附近高剪切速率下表現(xiàn)出脹流性，剪切速率增大粘度增大。6/19/202429五、選擇驅(qū)油用聚合物的要求基本原則:(1)增粘性好。少量加入能增加溶液的粘度;(2)熱穩(wěn)定性好。在地層溫度下粘度不會(huì)大幅度下降;(3)化學(xué)穩(wěn)定性好。與地層水和注入水不起化學(xué)反應(yīng)；配伍性好，不與地層Ca2＋、Mg2+等離子產(chǎn)生沉淀;(4)滯留量少。在地層中吸附量少；(5)抗剪切能力強(qiáng)。經(jīng)泵和井眼時(shí)機(jī)械降解少;(6)來源廣，價(jià)格低。6/19/202430目前常用的聚合物有三類：

1、合成聚合物。如聚丙烯酰胺PAM、部分水解聚丙烯酰胺HPAM、聚乙烯醇等；2、天然聚合物。天然植物膠及其衍生物：羥基化瓜膠、改性海藻膠和纖維素衍生物，如羧甲基纖維素CMC及羥乙基纖維素HEC等；3、生物聚合物。生物聚多糖類高分子化合物XC。

6/19/202431目前國(guó)內(nèi)外用得最多的是部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合物XC，兩種聚合物性能見表3-4。6/19/202432

水解度DH%最好為5%～30%。DH%太大，分子中-COOH多，帶負(fù)電的基團(tuán)多，在帶負(fù)電的巖石上吸附量少，粘度高，化學(xué)穩(wěn)定性差，遇Ca2+、Mg2+離子易產(chǎn)生沉淀。DH%小，酰胺基(-CONH2)多，對(duì)Ca2+、Mg2+穩(wěn)定性好，吸附量大，不利于增粘，在近井地帶吸附，提高注入壓力。為了解決吸附問題，先用低分子量HPAM作前置液(犧牲劑)先吸附在地層表面，然后再注入高分子量HPAM，對(duì)增粘效果影響減少。

HPAM6/19/202433地層水的礦化度影響增粘效果。礦化度高，Na+抑制離解，減少HPAM鏈節(jié)間的靜電斥力，增加高分子卷曲程度，粘度下降；

Ca2+、Mg2+

離子多，HPAM產(chǎn)生沉淀，失去增粘能力;PH值低，抑制-COOH離解，減少鏈節(jié)間的靜電斥力，粘度下降。

6/19/202434

一般條件能滿足，主要是抗細(xì)菌降解性能差，可加入殺菌劑甲醛25～100mg/L。經(jīng)過注聚合物驅(qū)油實(shí)踐，美國(guó)提出注聚合物溶液的篩選標(biāo)準(zhǔn)見表3-5。認(rèn)為聚合物驅(qū)最有效是用于中等非均質(zhì)稠油油藏，避免在具有強(qiáng)烈天然水驅(qū)、大氣頂、大孔道或大的天然裂縫的油藏中注聚合物。

生物聚合物XC6/19/202435六、聚合物驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)適合聚合物驅(qū)油田的篩選標(biāo)準(zhǔn)見表9—2：6/19/202436前后的段塞主要是防止聚合物的鹽敏效應(yīng)第一節(jié)聚合物驅(qū)聚合物驅(qū)段塞圖6/19/202437（1）原油：稀油，密度＜0.966,粘度＜150mPa.s;（2）水質(zhì):

礦化度＜40000mg/L，鈣鎂離子含量＜500mg/L；最好不含三價(jià)的金屬離子(最好為清水)；（3）油藏：溫度＜93℃（最好＜70℃），深度＜2740m，油田整裝，油層較厚，油水井對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，尚有增產(chǎn)潛力的油藏。聚合物驅(qū)適用條件6/19/202438八、聚合物驅(qū)現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向

(1)、研究新型聚合物驅(qū)，提高聚丙烯酰胺的質(zhì)量，干粉速溶化，增加抗剪切力，研制生產(chǎn)黃原膠，提高黃原膠耐溫、抗細(xì)菌、抗剪切的性能；(2)、研究各種因素對(duì)聚合物驅(qū)效果的影響，如吸附、捕集、地層水中Ca2+、Mg2+

、溫度、PH值的影響；(3)、研究聚合物在多孔介質(zhì)中的流變性、滯留機(jī)理；(4)、建立統(tǒng)一規(guī)范的聚合物性能評(píng)定方法及聚合物驅(qū)礦場(chǎng)效果評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法。

6/19/202439聚合物驅(qū)小結(jié)一、基本概念：聚合物驅(qū)；采收率；波及系數(shù)；洗油效率；流度；流度比；聚合物的鹽敏效應(yīng)。二、基本原理：①聚合物驅(qū)提高采收率的基本原理。②驅(qū)油用聚合物及其重要性質(zhì)與要求。③聚合物驅(qū)的適應(yīng)范圍與條件。④聚合物驅(qū)的基本段塞。6/19/2024401.定義

以表面活性劑體系作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法2.表面活性劑體系稀表面活性劑體系（c<2%）活性水膠束溶液濃表面活性劑體系(c>2%)水外相微乳油外相微乳中相微乳第三節(jié)表面活性劑驅(qū)一、概念與分類活性劑驅(qū)是將表面活性劑溶液注入油層，降低油水、油巖界面張力，改變巖石潤(rùn)濕性提高采收率的方法。6/19/202441第三節(jié)表面活性劑驅(qū)二、表面活性劑驅(qū)用的表面活性劑

表面活性劑驅(qū)主要用下列四類表面活性劑：（1）磺酸鹽型表面活性劑，如6/19/202442（2）羧酸鹽型表面活性劑，如

R—COOM

RAr—COOM

（脂肪酸鹽） （石油羧酸鹽）（3）聚醚型表面活性劑，如6/19/202443（4）非離子-陰離子型兩性表面活性劑，如分子式中，R為烷基；Ar為芳香基；M為Na、Ｋ、等。6/19/202444

表面活性劑濃度＜cmc的水溶液稱活性水，活性水屬稀表面活性劑體系?；钚运?qū)中常用的活性劑為非離子表面活性劑或耐鹽性較好的磺酸鹽型和硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑以活性水作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法叫活性水驅(qū)。是最簡(jiǎn)單的表面活性劑驅(qū)。1、活性水驅(qū)(來源于洗滌劑的思想)稀表面活性劑體系6/19/202445活性水驅(qū)是通過下列機(jī)理提高原油的采收率：（1）低界面張力機(jī)理(張力降低,潤(rùn)濕角增大)

式中，

Ｗ——粘附功；

——油水界面張力；

θ——油對(duì)地層表面的潤(rùn)濕角。稀表面活性劑體系6/19/202446（2）潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)機(jī)理活性劑降低油水界面張力，改變潤(rùn)濕性使接觸角變大，粘附功（是指接觸面為1cm2的液滴從固體表面拉開所作的功）降低，油易從巖石上被拉開，提高采收率。稀表面活性劑體系6/19/202447（3）降低親油油層的毛管阻力

活性劑能降低親油油層的毛管阻力。對(duì)親油油層，毛管力為水驅(qū)油的阻力。

Pc=

式中Pc——毛管力；

σ——油、水界面張力；

r——毛管半徑；

θ——油對(duì)巖石表面潤(rùn)濕角潤(rùn)濕角增大,毛管力阻力降低，活性水進(jìn)入更小半徑、原先進(jìn)不去的毛細(xì)管，提高波及系數(shù)，提高采收率。稀表面活性劑體系6/19/202448

（4）乳化機(jī)理巖石上被洗下來的油滴，活性劑乳化成O/W型的乳狀液，乳狀液通過毛細(xì)管產(chǎn)生疊加的液阻效應(yīng)，增加高滲透層段的阻力，注入水進(jìn)到低滲透層段，提高波及系數(shù)。稀表面活性劑體系6/19/202449（5）聚并形成油帶機(jī)理稀表面活性劑體系6/19/202450（6）提高表面電荷密度機(jī)理

陰離子活性劑的吸附提高了表面的電荷密度,增加了油珠與巖石表面的靜電斥力,油珠易被帶走,提高了洗油效率稀表面活性劑體系6/19/202451表面活性劑選擇條件:(1)降低油、水界面張力的能力強(qiáng)；(2)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力強(qiáng)；(3)乳化能力較好；(4)受地層離子影響小，抗鹽性，不與地層Ca2+、Mg2+發(fā)生沉淀。(5)吸附性差。優(yōu)缺點(diǎn):源于洗滌劑,工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜不能改變流度,容易吸附稀表面活性劑體系6/19/202452

活性水中的表面活性劑濃度較低，加上在地層表面的吸附會(huì)引起損耗，所以，要使活性水驅(qū)要取得良好的效果，就必須使用大段塞大劑量。

可用犧牲劑減少表面活性劑的吸附。

犧牲劑是指以自己的損耗減少其他藥劑損耗的廉價(jià)化學(xué)劑。

可用的犧牲劑有：

1)堿性物質(zhì)；

2)多元羧酸及其鹽；

3)低聚物與高聚物；

4)木質(zhì)素磺酸鹽。稀表面活性劑體系6/19/202453

膠束溶液屬稀表面活性劑體系，表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度。以膠束溶液作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法叫膠束溶液驅(qū)。與活性水相比，膠束溶液有兩個(gè)特點(diǎn)：（１）表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度，溶液中有膠束存在；（２）膠束溶液中除表面活性劑外，還有醇和（或）鹽等助劑的加入。2、膠束溶液驅(qū)稀表面活性劑體系6/19/202454膠束溶液的配制表面活性劑加入醇（如異丙醇、正丁醇）或鹽（如氯化鈉）醇和鹽等助劑的加入是為了調(diào)整油相和水相的極性，使表面活性劑的親油性和親水性得到充分平衡，從而最大限度地吸附在水油界面上，產(chǎn)生超低界面張力（小于10-2mN·m-1的界面張力），強(qiáng)化了膠束溶液驅(qū)油的低界面張力機(jī)理。稀表面活性劑體系6/19/202455膠束溶液驅(qū)的EOR機(jī)理具備活性水驅(qū)的全部機(jī)理膠束存在→增溶機(jī)理由于活性劑的濃度較高，而且醇和鹽的存在，界面張力可以降到超低，強(qiáng)化了低界面張力機(jī)理。稀表面活性劑體系6/19/2024561、微乳液驅(qū)微乳液是一種新型的液-液分散體系，微乳液和油之間界面張力低，在一定程度上可以和油、水混溶，提高驅(qū)油效率。1)、膠束溶液、微乳液、乳狀液的區(qū)別膠束——表面活性劑分子在溶液中形成的聚集體。膠束溶液——濃度大于臨界膠束濃度的活性劑溶液。微乳液——是油、水、活性劑、助活性劑在適當(dāng)比例下自發(fā)形成的透明或半透明的穩(wěn)定體系。微乳液的本質(zhì)是膠束溶液，是增溶了油(或水)的膠束溶液。濃表面活性劑體系6/19/202457

乳狀液是互不相溶的兩種液體所形成的分散體系，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。

膠束溶液、微乳液、乳狀液性質(zhì)比較見表3-6。膠束溶液、微乳液、乳狀液間的關(guān)系：

膠束溶液增加活性劑濃度(＞2％)，加入適當(dāng)?shù)闹钚詣┖碗娊赓|(zhì)變成微乳液。乳狀液和微乳液間可以互相轉(zhuǎn)換，見圖3-1。濃表面活性劑體系6/19/2024582)、微乳液的類型微乳液存在三種類型：

水外相微乳液——下相微乳液。是過剩的油和水外相微乳液平衡的分散體系?；钚詣┑姆峙湎禂?shù)P=Co/Cw<1。油外相微乳液——上相微乳液。是過剩的水和油外相微乳液平衡的分散體系，P=Co/Cw>1。中間狀態(tài)微乳液—中相微乳液。是油水達(dá)到平衡時(shí)的分散體系，P=Co/Cw=1。

Co-活性劑在油相中的濃度；Cw-活性劑在油相中的濃度濃表面活性劑體系6/19/202459微乳類型的相互轉(zhuǎn)化微乳類型決定于：活性劑的類型、使用溫度、油的性質(zhì)（如烴的碳數(shù)）、水中的電解質(zhì)（種類和濃度）、體系中的助表面活性劑（種類和濃度）濃表面活性劑體系6/19/202460(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。由于毛管阻力取決于最大一個(gè)界面張力，所以當(dāng)σMO=σMW且處于最低值時(shí)最好。(2)表面活性劑的滯留量最小。這是由于油水界面張力越低，表面活性劑在界面層堆積越緊密，因而電荷密度越大。由于靜電斥力，使表面活性劑在地層中的吸附量減少，在界面張力處于相等的最低值下，將對(duì)應(yīng)著表面活性劑在地層最小的吸附量(滯留量)。處于最佳鹽含量下的中相微乳特點(diǎn)：濃表面活性劑體系6/19/202461(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(dá)到相等的最大值，因這時(shí)表面活性劑對(duì)油和水有著最適宜的平衡關(guān)系。(4)采收率最高。處于最佳鹽含量下的中相微乳有許多特點(diǎn)：中相微乳M驅(qū)比油外相微乳驅(qū)U、水外相微乳L(zhǎng)驅(qū)的驅(qū)油效果好。濃表面活性劑體系6/19/202462(1)可得到超低界面張力；(2)活性劑在地層中滯留量最??；(3)在孔隙介質(zhì)中油珠聚并時(shí)間最短；(4)殘余油飽和度最低，驅(qū)油效率最高。中相微乳液驅(qū)油效果好的原因:濃表面活性劑體系6/19/2024633)、微乳的配制三個(gè)主要成分油：原油或它的餾分（如汽油、煤油、柴油）水：淡水或鹽水表面活性劑：陰離子型、非離子型和非離子－陰離子型表面活性劑，最好用石油磺酸鹽（鈉鹽或銨鹽）濃表面活性劑體系6/19/202464兩個(gè)輔助成分助表面活性劑：最好用醇，也可用酚調(diào)整水和油的極性,參與形成膠束,增加膠束增溶能力電解質(zhì)：無(wú)機(jī)的酸、堿、鹽，但最好用鹽減小表面活性劑和助表面活性劑極性部分的溶劑化程度，使膠束在更低的表面活性劑濃度下就可形成，可使微乳與油或水產(chǎn)生超低界面張力3)、微乳的配制濃表面活性劑體系6/19/2024654)、微乳驅(qū)EOR機(jī)理微乳驅(qū)有膠束溶液驅(qū)的全部機(jī)理，即

(1)低界面張力機(jī)理；

(2)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)機(jī)理；

(3)乳化機(jī)理；

(4)增溶機(jī)理；

(5)提高表面電荷密度機(jī)理；

(6)聚并形成油帶機(jī)理。由于微乳屬濃表面活性劑體系，所以微乳驅(qū)在增溶機(jī)理和提高表面電荷密度機(jī)理上比膠束溶液驅(qū)更突出。濃表面活性劑體系6/19/2024665、微乳驅(qū)EOR機(jī)理（水外相微乳為例）當(dāng)微乳與油層接觸時(shí)，由于它是水外相，可與水混溶（均相），而它的膠束可增溶油，所以也可與油混溶（均相），混相微乳驅(qū)當(dāng)微乳進(jìn)入油層并當(dāng)油在微乳的膠束中增溶達(dá)到飽和，微乳與被驅(qū)動(dòng)油之間產(chǎn)生界面。這時(shí)，混相微乳驅(qū)就轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔煜辔⑷轵?qū)當(dāng)微乳進(jìn)一步進(jìn)入油層，被驅(qū)動(dòng)油進(jìn)一步進(jìn)入膠束之中，原來的膠束轉(zhuǎn)化為油珠，水外相微乳轉(zhuǎn)化為水包油乳狀液。濃表面活性劑體系6/19/2024675、微乳驅(qū)EOR機(jī)理（水外相微乳為例）驅(qū)油機(jī)理復(fù)雜，主要是由于水和油進(jìn)入微乳中，使它產(chǎn)生相應(yīng)的相變化引起的。微乳與水和油沒有界面→無(wú)毛細(xì)管阻力，提高了波及系數(shù)；微乳與油完全互溶→提高了驅(qū)油效率。濃表面活性劑體系6/19/202468(1)、混相驅(qū)

微乳液可以增溶油和水，與油水混溶達(dá)到混相驅(qū)，與油無(wú)相界面，消除毛管力的影響，驅(qū)油效果最好，油外相微乳液可以與油混相，粘度比水高，吸附損失少，抗鹽性強(qiáng)，相應(yīng)效果比水外相好，經(jīng)濟(jì)性比水外相差。微乳液/聚合物驅(qū)油機(jī)理濃表面活性劑體系6/19/202469(2)超低界面張力非混相驅(qū)中相微乳液利用超低界面張力非混相驅(qū)提高毛管數(shù)Nc，毛管數(shù)是一個(gè)無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)，毛管數(shù)公式：驅(qū)油劑的視粘度*驅(qū)替速度/驅(qū)替相與被驅(qū)替相之間的界面張力；對(duì)具體油層，當(dāng)孔隙度一定時(shí)，毛管數(shù)增大，洗油效率提高，采收率增加，Nc達(dá)到10-2基本上可把殘余油驅(qū)凈。6/19/202470

(3)、增加驅(qū)替劑的粘度，提高掃油效率。

微乳液的粘度比水高，一般可達(dá)10～幾十mPa·s，可改善流度比，提高掃油效率。

6/19/2024716、微乳驅(qū)段塞圖預(yù)沖洗段塞：鹽水段塞（除去地層中Ca2+、Mg2+等可交換陽(yáng)離子），或是犧牲劑段塞減少表面活性劑在地層中的損耗）第二節(jié)表面活性劑驅(qū)6/19/2024724影響驅(qū)油效果的因素

(1)活性劑組成

目前國(guó)外多采用來源廣、價(jià)格便宜降低界面張力效果較好的石油磺酸鹽。(2)活性劑結(jié)構(gòu)

活性劑結(jié)構(gòu)研究證明：異構(gòu)的(帶支鏈的)烷基苯磺酸鈉鹽比相同分子量正構(gòu)的(直鏈)烷基苯磺酸鈉鹽產(chǎn)生的界面張力低得多。6/19/202473(3)活性劑濃度活性劑濃度增加，界面張力減小，達(dá)到CMC時(shí)，界面張力基本不變，為了增加微乳液的增溶性，活性劑濃度大于CMC。(4)鹽的影響

地層水中一般是NaCl、CaSO4、MgSO4等，在配制微乳液中，NaCl降低界面張力比其它鹽低，Ca2+、Mg2+

和石油磺酸鹽微乳液產(chǎn)生沉淀，相發(fā)生分離，達(dá)不到驅(qū)油效果。要求地層二價(jià)離子濃度小于50mg/L。增加鹽度，活性劑的水溶性變差，活性劑逐漸分配到油相，在達(dá)到最佳鹽度時(shí)，油和鹽水中的活性劑濃度相等，微乳液為中相。6/19/202474(5)醇的影響①影響增溶性醇量多，增溶性好，增溶性的大小用增溶參數(shù)表示,增溶參數(shù)是單位體積活性劑所增溶的油或水的體積,即：式中：Vo——增溶油的體積；Vw——增溶水的體積；

Vs——活性劑的體積。②影響微乳液類型一般，C2～C4醇形成水外相微乳液；C5～C8醇形成油外相微乳；C1、C9、C10醇不能形成微乳液。

③影響微乳液相態(tài)。

使微乳液由下相微乳液→中相微乳液→上相微乳液。最佳醇度是得到最低界面張力、最高增溶參數(shù)時(shí)的醇度。

6/19/202475(6)溫度的影響。當(dāng)含鹽量恒定時(shí)，溫度升高，相特性由上相微乳液→中相微乳液→下相微乳液(7)原油組成的影響。

原油組成的影響兩方面：一是配制微乳液所用的烴類，往往是石油餾分；二是油藏原油的組成。為避免微乳液進(jìn)入油層后組成變化太大，最好用所驅(qū)油藏的原油配制微乳液。6/19/202476(8)PH的影響。在低鹽度下，PH升高，體系由上相微乳液→中相微乳液→下相微乳液；在高鹽度下，取決于體系的組成，也可出現(xiàn)下相微乳液→中相微乳液→上相微乳液。6/19/202477(9)地層吸附的影響。

活性劑在地層會(huì)被吸附，粘土含量大的地層吸附量更大，活性劑濃度降低，微乳液驅(qū)失敗，地層水的pH值越小，吸附損失越大，粘土的吸附損失占總吸附損失的99%以上。地層中的二價(jià)陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+等與陰離子活性劑反應(yīng)生成沉淀活性劑損失并堵塞地層孔隙，石油磺酸鹽耐<500mg/L的二價(jià)陽(yáng)離子。

6/19/202478

減少吸附損失的方法：①采用pH＞10的水溶性正硅酸鈉鹽(Na2SiO4)或Na2CO3作預(yù)沖洗液；②加三聚磷酸鈉、羥基聚合鋁絮凝粘土，減少粘土的吸附量；③用螯合劑。如檸檬酸、三聚磷酸鈉、乙二胺四乙酸(EDTA)等把Ca2+、Mg2+螯合除去；④采用當(dāng)量分布寬的石油磺酸鹽，相對(duì)分子質(zhì)量大的部分作犧牲劑先吸附掉，保護(hù)中等當(dāng)量磺酸鹽起作用。

6/19/202479(1)一般微乳液的配方

5、微乳液配方及化學(xué)劑選擇6/19/202480活性劑的選擇原則是:

a能產(chǎn)生超低界面張力;b地層中吸附量低；c活性劑在油、水中的分配系數(shù)最好為l;d與地層流體相溶性好，能耐溫抗鹽；e與后沿聚合物很少相互作用；f貨源廣、價(jià)格低。6/19/202481(1)、活性劑用量大、成本高，新型廉價(jià)耐溫、抗鹽活性劑及合理配方是研究重點(diǎn)。

(2)、產(chǎn)生超低界面張力的機(jī)理不清，正在著力研究研究認(rèn)為決定超低界面張力的主要條件是：活性劑的界面濃度、界面電荷密度以及油和鹽水的相互增溶性。(3)、活性劑復(fù)配研究某些活性劑復(fù)配有協(xié)同效應(yīng)。6、微乳液/聚合物驅(qū)存在問題及研究動(dòng)向6/19/2024821.定義：泡沫驅(qū)是以泡沫做驅(qū)油劑的驅(qū)油法。2.泡沫配制：水：淡水，也可用鹽水氣：氮?dú)?、二氧化碳?xì)狻⑻烊粴?、煉廠氣或煙道氣

起泡劑：主要是表面活性劑如烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、聚氧乙烯烷基醇醚-15、聚氧乙烯烷基苯酚醚-10、聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯鹽、聚氧乙烯烷基醇醚羧酸鹽等。在起泡劑中還可加入適量的聚合物（如部分水解聚丙烯酰胺、鈉羧甲基纖維素等）提高水的粘度，從而提高泡沫的穩(wěn)定性。

泡沫驅(qū)6/19/202483（1）、賈敏效應(yīng)疊加機(jī)理提高波及系數(shù)泡沫是氣體分散在液相中的分散體系，泡沫通過毛管時(shí)變形對(duì)流體流動(dòng)產(chǎn)生的阻力叫氣阻效應(yīng)。泡沫進(jìn)入不均質(zhì)地層，優(yōu)先進(jìn)入大孔道—高滲透段，疊加的氣阻效應(yīng)提高流動(dòng)阻力，隨著注入壓力增高，泡沫依次進(jìn)入滲透性較小、流動(dòng)阻力較大的原來不能進(jìn)入的層段，泡沫比較均勻地沿不均質(zhì)地層向前推進(jìn)，提高波及系數(shù)。1、泡沫驅(qū)油的機(jī)理：6/19/202484（2）泡沫的粘度大于水，改善了流度比。泡沫的粘度大于水主要是水的粘度是來自液層相對(duì)移動(dòng)的內(nèi)摩擦，泡沫的粘度除來自分散介質(zhì)液層相對(duì)移動(dòng)的內(nèi)摩擦外，還存在分散相間的碰撞，在一定溫度下，泡沫的粘度主要取決于分散介質(zhì)的粘度和泡沫特性值——泡沫質(zhì)量。泡沫質(zhì)量是氣體體積與泡沫總體積的比值。泡沫質(zhì)量越高，泡沫粘度越大，當(dāng)泡沫質(zhì)量超過一定數(shù)值，泡沫粘度急劇增加。

6/19/202485

泡沫特征值是描寫泡沫性質(zhì)的一個(gè)重要物理量。通常泡沫特征值是在0.52～0.99之間。泡沫特征值小于0.52時(shí)的泡沫叫氣體乳狀液。泡沫特征值大于0.99時(shí)的泡沫反相變?yōu)殪F。泡沫特征值超過0.74時(shí)，泡沫中的氣泡變成為多面體。泡沫特征值(泡沫質(zhì)量)6/19/202486泡沫粘度用下面的經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算(介質(zhì)的粘度和泡沫特征值)當(dāng)泡沫特征值小于0.74時(shí)

（4-4）

式中，——泡沫粘度；

——分散介質(zhì)粘度；

——泡沫特征值。

當(dāng)泡沫特征值大于0.74時(shí)

（4-5）

6/19/202487

泡沫粘度隨泡沫特征值的變化關(guān)系見圖4-17。（3）、稀表面活性劑體系驅(qū)油機(jī)理泡沫降低油水界面張力、乳化作用、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)作用，提高洗油效率。6/19/202488

2、泡沫穩(wěn)定機(jī)理

(1)活性劑親水極性端水化，水分子定向排列，泡間液膜內(nèi)的表觀粘度增大，泡沫穩(wěn)定性加強(qiáng)；(2)活性劑非極性端烴鏈分子間力橫向結(jié)合，液膜的強(qiáng)度增加，泡沫穩(wěn)定；6/19/202489

(3)泡沫有雙覆蓋層覆蓋，液相不易排出，當(dāng)泡沫特征值>0.74時(shí)，泡沫多，互相擠壓變形，變成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)是薄壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最大和最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，泡沫更穩(wěn)定；(4)離子型活性劑的極性端在水中電離，極性端之間同性電荷相斥，增加泡沫的穩(wěn)定性，非離子型活性劑不能電離沒有該穩(wěn)定機(jī)理。6/19/202490

3、影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素

液膜粘度大，有助于穩(wěn)泡，常在活性劑水溶液中添加高分子化合物，如CMC、HPAM，增加膜粘度，泡沫不易破裂。泡沫液膜的強(qiáng)度減弱或厚度不均，泡沫易破裂消泡。泡沫遇到地層油時(shí)易破裂。泡沫的穩(wěn)定性用泡沫壽命表示，泡沫壽命越長(zhǎng)越穩(wěn)定。6/19/202491

發(fā)泡量高、穩(wěn)泡性強(qiáng)（發(fā)泡劑最好沒分支,親水基在一端)、吸附量少、洗油能力強(qiáng)、能抗硬水，不產(chǎn)生沉淀堵塞地層、貨源廣、價(jià)格低廉。如：4、起泡劑的選擇6/19/202492配制泡沫的水最好用淡水，也可用鹽水。配制泡沫的氣體可用氮?dú)?、二氧化碳?xì)狻⑻烊粴?、煉廠氣或煙道氣。配制泡沫用起泡劑。配制泡沫6/19/2024935、泡沫注入方式(1)、層外發(fā)泡:在地面用泡沫發(fā)生器配好再注入地層。將氣體與起泡、穩(wěn)泡劑水溶液分別由油管和套管環(huán)形空間注入，在射孔眼混合成泡沫然后注入油層。層外發(fā)泡泡沫粘度大，摩阻大，泵壓大，動(dòng)力消耗大。(2)、層內(nèi)發(fā)泡:交替注氣和起泡劑，在地層內(nèi)形成泡沫。層內(nèi)發(fā)泡注入壓力低，現(xiàn)場(chǎng)施工方便。6/19/2024946、存在問題（１）氣液比表面大，須有較高濃度的起泡劑維持泡沫穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)性較??；（２）層內(nèi)起泡，不易保證充分起泡，起泡工藝?yán)щy需要高壓注氣設(shè)備；（３）泡沫在多孔介質(zhì)中的滲流機(jī)理不清楚；（４）活性劑吸附在粘土多的地層，泡沫消泡，大量氣泡注入地層可能引起重油乳化及地層出砂。

6/19/202495一定義以堿溶液作驅(qū)油劑的驅(qū)油法。又叫：堿溶液驅(qū)堿強(qiáng)化水驅(qū)堿驅(qū)用堿堿：NaOH、KOH、NH4OH

鹽（潛在堿）：Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4、Na3PO4

Na2CO3和NaHCO3復(fù)配

Na3PO4與Na2HPO4復(fù)配堿驅(qū)6/19/202496堿驅(qū)6/19/202497二、堿與石油酸的反應(yīng)原油中可與堿反應(yīng)的石油酸，生成相應(yīng)的石油酸鹽脂肪酸環(huán)烷酸膠質(zhì)酸和瀝青質(zhì)酸堿驅(qū)中還常加入鹽，調(diào)整親水親油平衡堿驅(qū)6/19/202498堿驅(qū)與水驅(qū)的對(duì)比1—0.0（水驅(qū)）；2—0.5×10-4；3—1.0×10-4；4—5.0×10-4

堿驅(qū)6/19/202499（l）低界面張力機(jī)理

在低的堿含量和最佳的鹽含量下，堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑，可使油水界面張力降至1×10-2mN·m-1。三、堿驅(qū)提高原油采收率機(jī)理堿驅(qū)6/19/2024100（2）乳化－攜帶機(jī)理在堿含量和鹽含量都低的情況下，由堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑可使地層中的剩余油乳化，并被堿水?dāng)y帶著通過地層。

此機(jī)理特點(diǎn)：可以形成油珠直徑相當(dāng)小的乳狀液；通過乳化提高堿驅(qū)的洗油效率；堿水在油井突破前采油量不可能增加；油珠的聚并性質(zhì)對(duì)過程有不利影響。堿驅(qū)6/19/2024101（3）乳化－捕集機(jī)理在堿含量和鹽含量都低的情況下，由于低界面張力使油乳化在堿水相，但油珠直徑較大，因此當(dāng)它向前移動(dòng)時(shí)，就被捕集，增加了水的流動(dòng)阻力，即降低了水的流度，從而改善了流度比，增加了波及系數(shù)，提高了原油采收率。

此機(jī)理特點(diǎn)：可以形成油珠直徑較大的乳狀液；分散的油珠會(huì)被捕集在較小孔道；堿水在油井突破前采油量可以增加；油珠的聚并性質(zhì)對(duì)過程有有利的影響。堿驅(qū)6/19/2024102（4）由油濕反轉(zhuǎn)為水濕機(jī)理在堿含量高和鹽含量低的情況下，堿可通過改變吸附在巖石表面的油溶性表面活性物質(zhì)在水中的溶解度而解吸，恢復(fù)巖石表面原來的親水性，使巖石表面從油濕反轉(zhuǎn)為水濕，提高了洗油效率，也即提高了原油采收率．堿驅(qū)6/19/2024103（5）由水濕反轉(zhuǎn)為油濕機(jī)理

在堿含量和鹽含量都高的情況下，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(dòng)提供通道。堿驅(qū)6/19/2024104三、影響堿性水驅(qū)油的因素1、高價(jià)金屬離子的影響.地層中的Ca2+濃度應(yīng)<1mg/L，否則生成的活性劑會(huì)和Ca2+反應(yīng)變成環(huán)烷酸鈣皂沉淀。

Ca2+超過標(biāo)準(zhǔn)，可加入Na2CO3生成碳酸鈣沉淀，或加螯合劑把Ca2+

螯合掉。

6/19/20241052、泥質(zhì)(粘土)含量的影響

泥質(zhì)含量高會(huì)消耗NaOH影響驅(qū)油效果。泥質(zhì)含量高的油層不適宜注堿性水。

6/19/2024106四、堿性水驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)堿性水驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)見表3-11：6/19/2024107堿驅(qū)進(jìn)行的條件是原油中有能夠產(chǎn)生表面活性劑的石油酸，因此要求堿驅(qū)油層的原油有足夠高的酸值（1克原油被中和到pH值產(chǎn)生突躍時(shí)所需氫氧化鉀的質(zhì)量，單位為mg·g-1

）。當(dāng)原油的酸值小于0.2mg·g-1時(shí)，油層就不適宜進(jìn)行堿驅(qū)。四、堿驅(qū)進(jìn)行的條件堿驅(qū)一定的酸值是進(jìn)行堿驅(qū)的必要條件，但不是充分條件。

充分條件是原油中的石油酸與堿的反應(yīng)產(chǎn)物為表面活性劑（如原油中的二甲酚屬石油酸，它與堿反應(yīng)產(chǎn)物為二甲酚鹽就不是表面活性劑）。6/19/2024108堿驅(qū)的段塞圖堿驅(qū)6/19/20241091、所驅(qū)油田原油酸值不能滿足>0.2mgKOH/g要求，可用堿與含酸值高的原油先混合再注入酸值低的油田驅(qū)油。2、分步法堿驅(qū)，原油中各種活性物質(zhì)對(duì)堿的反應(yīng)能力不同，可用分步法堿驅(qū)，先注稀堿液，然后逐漸分段增加堿液濃度。

五、改型堿驅(qū)6/19/20241103、流度控制堿驅(qū)(1)堿性水——聚合物驅(qū)，堿性水后注入聚合物段塞，改善驅(qū)油流度比，或堿與聚合物混合驅(qū)，比單獨(dú)堿驅(qū)或聚合物驅(qū)采收率高。聚合物易與堿、鹽發(fā)生作用，影響驅(qū)油效果；(2)雙液法，交替注Na2SiO3與CaCl2，中間用水隔開，注入流體先進(jìn)入高滲透層，反應(yīng)生成沉淀堵塞高滲透層，控制流度，提高堿驅(qū)效率。

6/19/20241114、堿性水-活性劑驅(qū)堿性水與活性劑結(jié)合使用，彌補(bǔ)原油中天然活性劑不足，提高驅(qū)油效果。5、堿性水-活性劑-聚合物復(fù)合驅(qū)復(fù)合驅(qū)可彌補(bǔ)單種驅(qū)油方法之不足，達(dá)到最高驅(qū)替效率和最佳經(jīng)濟(jì)效益。

6/19/2024112堿驅(qū)小結(jié)（1）堿驅(qū)提高采收率的基本機(jī)理；（2）堿驅(qū)的基本段塞；（3）堿驅(qū)常用的堿；（4）堿驅(qū)的適應(yīng)范圍與條件；（5）石油酸及其與堿的反應(yīng)。6/19/2024113第五節(jié)復(fù)合驅(qū)一、復(fù)合驅(qū)概念

復(fù)合驅(qū)是指兩種或兩種以上驅(qū)油成分組合起來的驅(qū)動(dòng)。驅(qū)油成分是指化學(xué)驅(qū)中的