ASP復(fù)合驅(qū)油技術(shù)及相關(guān)理論

ASP復(fù)合驅(qū)油技術(shù)及相關(guān)理論石油是21世紀(jì)工業(yè)國(guó)家發(fā)展的主要能源，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)中起著舉足輕重的作用。

在世界范圍內(nèi)，通過一次采油和二次采油，目前的石油采收率平均在30%～60%之間，還有大部分原油留在地下，采出這部分原油必須探索新的方法，即提高采收率技術(shù)（亦稱三次采油技術(shù)）。目前比較成型的提高采收率技術(shù)可劃分為四類：①熱力驅(qū)（蒸氣驅(qū)和火燒油層）；②氣驅(qū)（二氧化碳驅(qū)、輕烴驅(qū)以及氮?dú)饣驘煹罋怛?qū)）；③化學(xué)驅(qū)（堿驅(qū)、聚合物驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、復(fù)合驅(qū)及泡沫驅(qū)）。④微生物驅(qū)。1979年，原石油工業(yè)部將提高采收率技術(shù)列為我國(guó)油田開發(fā)十大科學(xué)技術(shù)之一；

1982年組織專家，綜合分析了國(guó)外五個(gè)主要石油生產(chǎn)國(guó)的十余種提高采收率技術(shù)的篩選標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)我國(guó)23個(gè)主力油田進(jìn)行提高采收率技術(shù)粗篩選，經(jīng)廣泛調(diào)研，最終確定化學(xué)驅(qū)作為我國(guó)提高采收率的主攻技術(shù)。主要內(nèi)容：1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選3.ASP三元復(fù)合驅(qū)相關(guān)理論探討1917年，美國(guó)F.Squire，向注入水中加入廉價(jià)的堿劑；1925年，勃來德福油田，Na2CO3水溶液驅(qū)，結(jié)果令人失望。美國(guó)，60個(gè)堿驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，未達(dá)到商業(yè)化規(guī)模；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：采收率增幅有限，一般在2％左右（OOIP），最高不會(huì)超過6％～8％（OOIP）。原因：大量的堿耗、不適宜的流度比，最終造成很低的波及效率和驅(qū)油效率。60年代初：為提高波及系數(shù)，在堿水中加入聚合物——聚合物強(qiáng)化堿驅(qū)或堿強(qiáng)化聚合物驅(qū)。Tiorco公司最先進(jìn)行先導(dǎo)試驗(yàn)，原油采收率增值達(dá)到26.4％（OOIP）。聚合物：降低驅(qū)油劑體系的流度，擴(kuò)大波及效率；堿劑：

①同原油中的酸性有機(jī)物作用而生成活性物，降低油/水界面張力；②顯著地降低聚合物在驅(qū)替過程中的損失。1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.1

發(fā)展歷程驅(qū)替過程中：需始終保持“最佳含鹽度”和“最佳堿度”，則須在注入時(shí)調(diào)節(jié)含鹽量和堿量，但注入過程中的調(diào)節(jié)幾乎不可能的。1956年，R.C.Nelson和Doscher等人提出：在堿水中加入合成的表面活性劑，以補(bǔ)償在驅(qū)油過程中由于“最佳含鹽度”和“最佳堿度”破壞而造成的界面張力升高的問題。本世紀(jì)20年代，M.De

Groot申請(qǐng)活性劑采油的專利，所使用的活性劑為混合物

；研究發(fā)現(xiàn)：各種不同的鹽類同活性劑聯(lián)合使用可以使油/水界面張力降到最低值；同時(shí)，溶液中加入各種添加劑可減少化學(xué)劑的吸附損失。不同組分試劑的混合使用，推動(dòng)了低油/水界面張力活性劑驅(qū)油技術(shù)的產(chǎn)生。1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.1

發(fā)展歷程活性劑驅(qū)油技術(shù)發(fā)展過程中曾出現(xiàn)了兩種觀點(diǎn)：（1）高濃度（＞5％wt）小段塞（約3％～20％PV）；（2）低濃度（＜1％wt）大段塞（15％～60％或更大PV）。每種體系構(gòu)成：活性劑、助活性劑（低碳醇等），電解質(zhì)等多種組分。技術(shù)——成功；經(jīng)濟(jì)——存在問題。

早期：

以膠束/聚合物驅(qū)為主段塞，為減少化學(xué)劑在驅(qū)替過程中的損失，在注主驅(qū)段塞前注一個(gè)堿水預(yù)沖洗段塞；為了防止后續(xù)注入水對(duì)主驅(qū)油段塞的沖稀，在主段塞之后注入一個(gè)聚合物溶液保護(hù)段塞。1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.1

發(fā)展歷程

最早由Dome等幾個(gè)石油公司開發(fā)的低活性劑濃度的ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)，一出現(xiàn)就受到了普遍的重視：在濃度低于0.5％wt的活性劑溶液中，加入適當(dāng)?shù)膲A劑，配以適當(dāng)?shù)木酆衔镆员３煮w系足夠的粘度，該體系幾乎能得到與MP驅(qū)相同的采收率增幅，而化學(xué)劑的用量卻降低至原來的十分之一甚至幾十分之一。在20世紀(jì)80年代初，ASP三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)發(fā)展迅速。國(guó)外進(jìn)行的礦場(chǎng)試驗(yàn)較少，美國(guó)懷俄明州的Kiehl油田進(jìn)行2個(gè)ASP驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，采收率提高15％（OOIP）以上；

20世紀(jì)80年代后期：中國(guó)在前期研究的基礎(chǔ)上明確提出了ASP三元復(fù)合驅(qū)的概念（建立了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），進(jìn)行了大量、全面的研究，開發(fā)出針對(duì)高酸值原油和酸值極低的石蠟基原油的復(fù)合驅(qū)技術(shù)，在勝利、克拉瑪依、大慶油田等進(jìn)行了先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得了比水驅(qū)提高采收率20％（OOIP）以上的好效果。1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.1

發(fā)展歷程活性劑對(duì)油水界面粘度的影響。近10年1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀

?復(fù)合體系界面特性的研究

達(dá)到超低界面張力體系配方研究（主要是磺酸鹽類）；

界面張力的影響因素及變化規(guī)律；

動(dòng)態(tài)界面張力現(xiàn)象。

?復(fù)合體系粘彈性的研究

復(fù)合體系的流度與驅(qū)油效率的關(guān)系；1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀經(jīng)“八五”以來連續(xù)攻關(guān)，大慶已開展7個(gè)礦場(chǎng)試驗(yàn)，理論上的發(fā)展：（1）ASP復(fù)合驅(qū)適應(yīng)高酸值原油，同時(shí)也適應(yīng)低酸值原油（酸值小于0.1mgKOH/g原油），但不否認(rèn)高酸值原油更易形成超低σ；（2）選擇合適的破乳劑，在大慶油藏條件下，采出液破乳并不困難；（3）復(fù)合體系中的強(qiáng)堿會(huì)傷害油層并結(jié)垢，但同時(shí)可與地下原油形成

高粘乳狀液，有利于降低流度比和提高波及體積，因此，可能部

分降低P用量；（4）選擇合適的活性劑和合理的配方，可在較大的范圍內(nèi)與油藏流體和地層匹配。1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀大慶油田：2001年初總結(jié)復(fù)合驅(qū)經(jīng)驗(yàn)，考慮到活性劑及破乳劑使用濃度低，而采收率提高幅度大，因此，從經(jīng)濟(jì)上看，復(fù)合驅(qū)在大慶油田可行。（360元/t油）到2001年底，暴露出嚴(yán)重問題：（1）堿垢導(dǎo)致嚴(yán)重的油層傷害，產(chǎn)液量下降、檢泵周期急劇縮短，且已成為復(fù)合驅(qū)的普遍問題。（2）高堿造成了深度乳化，破乳極為困難。（3）與聚合物驅(qū)相比，幾個(gè)擴(kuò)大復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)效果差。1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.2

技術(shù)現(xiàn)狀C/C0PVPA

S

1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題

1.3

存在的問題①?gòu)?fù)合驅(qū)只適于低濃度體系，若濃度高，成分間配伍問題則更突出；②界面張力達(dá)到超低作為配方篩選的必要條件，為此，在陰離子活性

劑體系中必須加入大量的堿，地層傷害嚴(yán)重，體系粘度損失大；③體系成分多，地層的色譜分離作用嚴(yán)重，協(xié)同效應(yīng)損失（圖例）。無法回答的問題：①“超低界面張力的重要性”是以均質(zhì)物理模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)得出的，而我國(guó)陸相生油的特點(diǎn)是地層的非均質(zhì)性比較嚴(yán)重，界面張力是否仍起關(guān)鍵的作用？②在地面上經(jīng)過優(yōu)選、復(fù)配得到的超低界面張力驅(qū)油體系，在地下經(jīng)過稀釋、吸附、滯留、沉淀、油水相分配、色譜分離等一系列變化后，究竟能否繼續(xù)保持超低界面張力狀態(tài)，或者以超低界面張力狀態(tài)運(yùn)移（發(fā)揮作用）的距離究竟有多遠(yuǎn)？1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.3

存在的問題主要內(nèi)容：1.ASP復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選3.ASP三元復(fù)合驅(qū)相關(guān)理論探討2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.2

堿的篩選2.3

聚合物的篩選2.4

配方體系的確定2.5

犧牲劑的選擇2.6

結(jié)論與認(rèn)識(shí)可實(shí)際應(yīng)用于復(fù)合驅(qū)的活性劑主要有以下8種：石油磺酸鹽；（已用于礦場(chǎng)）烷基苯磺酸鹽；（已用于礦場(chǎng)）石油羧酸鹽及植物羧酸鹽；（已用于礦場(chǎng)試驗(yàn)）木質(zhì)素磺酸鹽；（復(fù)配劑用于礦場(chǎng)）芳基烷基磺酸鹽；（試驗(yàn)階段）α-烯烴磺酸鹽；（泡沫驅(qū)用于礦場(chǎng)）非離子表面活性劑；（復(fù)配劑用于礦場(chǎng)）生物表面活性劑；（已用于礦場(chǎng)）2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.1.1

基本要求活性劑基本作用：降低σ油/水，啟動(dòng)巖石孔隙中的殘余油。適合復(fù)合驅(qū)活性劑必須滿足的基本要求：（1）瞬時(shí)與平衡界面張力（穩(wěn)定2h）達(dá)到超低；（σ油/水≤10-3mN／m數(shù)量級(jí)）；（2）濃度<0.6％（商品濃度），抗稀釋性好，低濃度仍有良好界面活性；（3）類型盡可能單一，保證整個(gè)驅(qū)替過程中不發(fā)生嚴(yán)重的色譜分離現(xiàn)象；（4）與堿、聚合物有良好的配伍性，避免出現(xiàn)相分離、沉淀等現(xiàn)象；（5）在巖石上的最大靜吸附損失量應(yīng)小于1mg/g油砂；（6）具有一定的抗鹽性和抗高價(jià)離子的能力，不易出現(xiàn)沉淀；（7）生物降解性好，無污染，常溫下溶解性好，稀釋配制方便；（8）生產(chǎn)工藝可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，價(jià)格低廉，來源充足。CNPC:主表面活性劑油水界面張力達(dá)到超低；三元體系界面張力的穩(wěn)定時(shí)間為3個(gè)月以上；三元體系巖心驅(qū)油效率比水驅(qū)提高20%；主表面活性劑成本低，售價(jià)10000元/噸左右；主表面活性劑原料來源廣，可工業(yè)化生產(chǎn)；主表面活性劑組成要求盡量簡(jiǎn)單。2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選復(fù)合驅(qū)對(duì)活性劑的要求，依據(jù)油藏性質(zhì)不同也有所差異：油藏滲透率高，油/水界面張力可以適當(dāng)高一點(diǎn)；油藏滲透率低，油/水界面張力應(yīng)盡可能低，以啟動(dòng)微小孔隙喉道中的殘余油；油藏礦化度高，活性劑的抗鹽性和抗二價(jià)離子的能力要強(qiáng)；高溫油藏，活性劑要具有抗高溫性能。活性劑還需具有高效、廉價(jià)、無污染的特點(diǎn)。2.1

表面活性劑的篩選2.1.1

基本要求對(duì)于二類油藏2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.1.1

基本要求吸附量（mg/g）2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.1.2

抗吸附性能(靜態(tài)吸附)C/C00.40.30.20.1

0012345558md150md注入量=2PV三廠污水配制

注入體積活性劑在不同滲透率天然巖心上的動(dòng)滯留動(dòng)滯留量

低滲透比高滲透巖心增加20%以上2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.1.2

抗吸附性能(動(dòng)態(tài)滯留)

0.5

活性劑=0.3wt%2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.1.2

抗吸附性能

界面張力檢測(cè)測(cè)量體系

油

砂達(dá)不到10-3mN/m結(jié)束實(shí)

驗(yàn)，比較抗吸附次數(shù)

N

次

上層清

夜新油砂多次吸附實(shí)驗(yàn)流程圖百

分

比

,%界面張力(mN/m)0.00010.0010.010.1050100150時(shí)間(分)0123450.5624.73525.3890.2874.1949.05810.889.9974.9362.1074.012.242.8980515102520232

246

260

274

288

302

316

330

344

358

372

386

400

414分子量

平均分子量＝31118.712杏二中活性劑多次吸附后界面張力變化

2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.1

表面活性劑的篩選

2.1.2

抗吸附性能30

1百分比，

%界面張力(mN/m)

0.1

0.01

0.0010.00011050100150時(shí)間（分）012345604020

080302318330分子量小井距活性劑多次吸附后界面張力變化2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.1.2

抗吸附性能2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.2

堿的篩選2.3

聚合物的篩選2.4

配方體系的確定2.5

犧牲劑的選擇2.6

結(jié)論與認(rèn)識(shí)1.2wt%NaOH浸泡90天1.2wt%Na2CO3浸泡90天硅離子濃度，mg/L2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.2

堿劑的篩選16001200

800

400

0高嶺土伊利石石英斜長(zhǎng)石

礦物名稱單礦物與堿作用后硅離子濃度變化靜態(tài)浸泡實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目氣測(cè)滲透率-32(10μm)水測(cè)滲透率-32(10μm)注堿后水測(cè)滲透-32率(10μm)堿敏指數(shù)堿液高滲透1340475.2396.00.171.2%NaOH1339470.9414.40.121.2%NaCO23低滲透28796.458.10.391.2%NaOH324142.490.50.361.2%NaOH297129.4110.00.151.2%NaCO232.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.2

堿劑的篩選

堿液巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)Ia=ko-ki

ko堿敏指數(shù)其中：

Ia—堿敏指數(shù)

ko—注堿之前的水測(cè)滲透率

ki—注堿之后的水測(cè)滲透率人造巖心堿溶液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果堿敏指數(shù)0.60.50.40.30.20.1

02.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.2

堿劑的篩選

0.8

0.70100200300400500NaOHNa2CO3

滲透率,md天然巖心堿溶液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)圖影響堿敏指數(shù)因素：滲透率、骨架及粘土礦物種類與含量、粒徑中值、孔隙度等。項(xiàng)目區(qū)塊目的層井距（m）有效滲透率-32(10μm)產(chǎn)液指數(shù)下降幅度，%堿型北一斷西葡Ⅰ1-425051285.3NaOH杏二西3葡Ⅰ320065881.0杏二中葡Ⅰ2-325040482.5北一斷東薩Ⅱ1-912567060.1南五區(qū)葡Ⅰ1-217550166.2中區(qū)西部薩Ⅱ1-310650958.8NaCO23北三西葡Ⅰ1-425065748.02.2

堿劑的篩選2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選三元試驗(yàn)區(qū)塊產(chǎn)液指數(shù)下降幅度對(duì)比表采液能力下降的主要原因：乳化、結(jié)垢嚴(yán)重。2.2

堿劑的篩選2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選復(fù)合驅(qū)體系配方中堿劑選取的建議：?盡量選用低堿/弱堿體系；?對(duì)于滲透率條件相對(duì)較好的油層，若無合適的活性劑，可以暫時(shí)選用強(qiáng)堿體系，但堿加量要盡量低，待條件成熟后再轉(zhuǎn)為弱堿體系；?采用強(qiáng)堿的油層試驗(yàn)區(qū)塊，建議使用防垢劑，以防止強(qiáng)堿對(duì)于地層傷害所帶來的地層堵塞；?加強(qiáng)復(fù)合體系弱堿化的攻關(guān)研究，以保證復(fù)合驅(qū)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.2

堿的篩選2.3

聚合物的篩選2.4

配方體系的確定2.5

犧牲劑的選擇2.6

結(jié)論與認(rèn)識(shí)滲透率，md350300250200150100

50

005001000150020002500聚合物分子量，4

堵塞

通過

中值

聚驅(qū)

線性

(中值)y

=

0.0736x2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.3

聚合物的篩選

用于驅(qū)油的聚合物主要是HPAM類。2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.3

聚合物的篩選

用于驅(qū)油的聚合物主要是HPAM類。

ASP三元復(fù)合驅(qū)體系中，

線性聚合物分子量與油層滲透率匹配關(guān)系：聚合物分子量

1000萬

1200萬

1600萬

2000萬可通過的滲透率下限

～50mD

～80mD

～120mD

～150mD500700900110013001500170019002100

2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.3

聚合物的篩選160

y

=

143.29Ln(x)-938.01140120100

80

60

40

20

0累計(jì)儲(chǔ)量,%儲(chǔ)量分布,%北二西三元試驗(yàn)區(qū)滲透率儲(chǔ)量分布統(tǒng)計(jì)040206080100<100200-300

400-500

600-700

800-900

1000-

1100

滲透率,md0102030儲(chǔ)量分布累計(jì)儲(chǔ)量聚合物選取的建議：?

礦場(chǎng)應(yīng)用要根據(jù)油層滲透率

分布情況，選擇合適的聚合物分子量，在保證注入能力的前提下，盡量選擇相對(duì)較高分子量的聚合物；?

聚合物的選擇，以滿足80%

以上儲(chǔ)量分布所對(duì)應(yīng)的聚合

物分子量為宜。

h2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.3

聚合物的篩選2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.2

堿的篩選2.3

聚合物的篩選2.4

配方體系的確定2.5

犧牲劑的選擇2.6

結(jié)論與認(rèn)識(shí)2.4

配方體系的確定2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選應(yīng)用于礦場(chǎng)的配方體系，要經(jīng)過多方面的考察。大慶某區(qū)塊的應(yīng)用實(shí)例：組分相對(duì)單一的烷基苯磺酸鹽弱堿

Na2CO3線性聚合物（分子量后期確定）-2--1-3--2-4--3活性劑濃度(wt%)0.811.21.41.6

0.0251.80.1

堿濃度(wt%)烷基苯磺酸鹽界面活性圖2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.4

配方體系的確定

0.3

0.2

超低界面張力范圍：Na2CO3：1.0～1.6wt%；

S：0.025-0.3wt%0.052.4

配方體系的確定2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

由于油層有效滲透率較低，為保證注入能力，三元體系粘度不應(yīng)高于30mPa.s，但太低又將影響復(fù)合驅(qū)效果，綜合考慮，確定三元復(fù)合驅(qū)體系粘度在30mPa.s左右較為合適。因此，不宜選擇超高分子量的聚合物，以保證低滲透油層的三元復(fù)合體系的注入能力。粘度(mPa.s)組分相Na

對(duì)

CO3=1.2%

=0.3%,

=0.3%

苯磺酸鹽

:0.3wt%弱堿活性劑烷基單一的CO

CO3=1.2%Na2Na十

3

2:1.2wt%01060504030202.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選

2.4

配方體系的確定

7005001000

150020002500聚合物濃度(mg/L)1600萬1900萬

弱堿活性劑

2

北

三聯(lián)污水北十三聯(lián)污水依據(jù)粘濃曲線可知：分子量1600萬的聚合物和1900萬的聚合物粘度相近，實(shí)際選擇了1700萬分子量的聚合物。2.4

配方體系的確定2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選根據(jù)以上研究確定：?三元復(fù)合體系的主、副段塞中，聚合物的濃度皆為2000mg/L(商品)；?聚合物前置段塞及后續(xù)保護(hù)段塞中由于無堿，所需聚合

物濃度可以相對(duì)低些。對(duì)于1700萬分子量聚合物，濃度

在1350

mg/L（商品）時(shí)，粘度就可達(dá)到30mPa.s。2.4

配方體系的確定2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選ASP三元配方體系的綜合考查：驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)；考察驅(qū)油效果（天然巖心）。選用配方:烷基苯磺酸鹽-0.3wt%;Na2CO3=1.4wt%;1700萬分子量線性聚合物-2000mg/L。序號(hào)模型編號(hào)氣測(cè)滲透率-3(×10μm)含油飽和度(%)水驅(qū)采收率(%)ASP驅(qū)采收率(%)ASP驅(qū)平均(%)總采收率(%)1t-04-10105669.246.417.917.964.32t-04-22105671.647.622.670.23t-04-28112371.644.919.063.94t-04-126127072.041.719.060.75t-04-105189275.548.417.065.46t-04-10-1163872.547.818.766.57t-04-109143578.046.617.564.18t-04-113119967.655.018.873.82.4

配方體系的確定2.

ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選的ASP復(fù)合體系，平均比水驅(qū)提高采收率18%（OOIP）。2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.1

表面活性劑的篩選2.2

堿的篩選2.3

聚合物的篩選2.4

配方體系的確定2.5

犧牲劑的選擇2.6

結(jié)論與認(rèn)識(shí)2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.5

犧牲劑的選擇

由于油層巖石表面存在很強(qiáng)的吸附性能,特別對(duì)于活性劑的吸附量更大，最終將導(dǎo)致三元復(fù)合驅(qū)的難以成功應(yīng)用。

可用作犧牲劑的成分很多,如無機(jī)的NaOH與堿性鹽(Na2CO3、Na3PO4、六偏磷酸鈉等)，有機(jī)的羧酸鹽、磺酸鹽、鼠李糖酯等。

這里主要介紹木質(zhì)素磺酸鈉作為犧牲劑，主表面活性劑選組分相對(duì)單一的烷基苯磺酸鹽表面活性劑，考察犧牲劑的作用。吸附量(mg/g砂)1.81.61.41.2

10.80.60.40.2

02.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.5

犧牲劑的選擇

200.050.10.150.20.250.3未加犧牲劑加0.2%犧牲劑

活性劑平衡濃度(wt%)

活性劑吸附等溫線可以看出，加入犧牲劑后，表活劑吸附量明顯降低C/C0151md注2PV0.3%

活性劑118md,

加1PV0.2%00.25

0.20.15

0.10.05012

345151×10-3μm2,注2PV0.3wt%主表面活性劑118×10-3μm2,注2PV0.3wt%主表面活性劑

加1PV0.wt%犧牲劑

犧牲劑2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.5

犧牲劑的選擇

注入體積

(PV)

主表面活性劑動(dòng)滯留曲線加入犧牲劑后，主表活劑動(dòng)吸附量減少界面張力(mN/m)2.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.5

犧牲劑的選擇100.050.1

0.150.20.25NaOH:1.2wt%NaOH:1.4wt%

NaOH:1.6wt%

0.1

0.01

0.0010.0001主表面活性劑:0.2wt%

木質(zhì)素磺酸鹽濃度(wt%)

犧牲劑對(duì)體系界面張力的影響加入犧牲劑后，體系界面張力沒有太大改變界面張力(mN/m)00.20.40.60.811.21.42.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.5

犧牲劑的選擇

1

主劑濃度0.2％，NaOH濃度0.8％

0.1

0.01

0.0010.0001度:0.2wt％:0.2wt

木質(zhì)素0.1

磺酸鹽

濃度0.8主劑濃度0.2％，

％，木質(zhì)素

％，NaOH

:0.1wt%

％

NaOH濃度(wt%)

犧牲劑加入前后界面張力的變化主表劑與犧牲劑的協(xié)同效應(yīng)對(duì)界面張力影響不大粘度(mPa·s)353025201510

5

02.ASP三元復(fù)合驅(qū)配方體系篩選2.5

犧牲劑的選擇

45

406008001000120014001600180020002200主劑濃度:0.2wt%主劑濃度:0.2wt%,犧牲劑濃度:0.1wt%線性聚合物:1600萬分子量NaOH:1.2wt%

聚合物濃度(mg/L)加入犧牲劑前后三元體系粘度變化

加入犧牲劑后對(duì)體系粘度沒有影響第三部分：ASP三元復(fù)合驅(qū)相關(guān)理論探討主要內(nèi)容：1.復(fù)合驅(qū)的基本原理2.堿劑在復(fù)合體系中的作用及相關(guān)機(jī)制3.復(fù)合體系的流變性研究4.復(fù)合驅(qū)油宏觀物理模擬實(shí)驗(yàn)5.微觀驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)研究6.驅(qū)替過程中吸附及色譜分離7.對(duì)有關(guān)復(fù)合驅(qū)理論的再認(rèn)識(shí)1.復(fù)合驅(qū)的基本原理1.1

基本概念1.2

理論依據(jù)1.3

效果比較1.4

協(xié)同效應(yīng)1.復(fù)合驅(qū)的基本原理復(fù)合驅(qū)：兩種或兩種以上化學(xué)驅(qū)主劑組合起來的驅(qū)替方式。復(fù)合驅(qū)有多種組合方式：AS、AP、SP、ASP又根據(jù)側(cè)重點(diǎn)不同，分出不同種類：1.1

基本概念N

C

μW

vWφσ

OW==粘滯力毛管力毛管準(zhǔn)數(shù)理

論：Foster

（1973年）：

Nc達(dá)到10-2時(shí)，殘余油飽和度接近零→σ必須降至0.001mN/m；W.H.Wade（1977年）：

σ降低三個(gè)數(shù)量級(jí)，可使殘余油減少一半；若降低四個(gè)數(shù)量級(jí)，可使理論的水驅(qū)效率達(dá)到100%；R.L.Reed等人（1977年）：活性劑水溶液和原油形成并保持超低界面張力的性能是決定驅(qū)油效率的關(guān)鍵因素。1.復(fù)合驅(qū)的基本原理

1.2

理論依據(jù)驅(qū)油效率

/剩余油飽和度

%ASP驅(qū)的研究焦點(diǎn)形成超低界面張力提高Nc的方法：增大驅(qū)替速度vw，2～3倍；μWvWφσ

OW=NC

=粘滯力毛管力驅(qū)油效率剩余油飽和度

提高驅(qū)替液粘度μW，10～50倍；

降低σO/W，可達(dá)3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。σ

O/W1.復(fù)合驅(qū)的基本原理

1.2

理論依據(jù)1.3

效果比較1.復(fù)合驅(qū)的基本原理ηA＋P復(fù)合

≈

5

η堿驅(qū)

≈

3

η聚驅(qū)復(fù)合驅(qū)通常比單一的驅(qū)替有更高的采收率。復(fù)合方式配方組成（%）水驅(qū)采收率（%）復(fù)合驅(qū)采收率（水驅(qū)剩余采收率）ASA：1.0S：0.138.222.5APA：1.0P：0.140.923.2ASPA：1.0S：0.1P：0.135.454.7ASP復(fù)合驅(qū)有更好的驅(qū)油效果。主要原因：體系中P、S和A有協(xié)同效應(yīng)。復(fù)合驅(qū)替方式比較（A-Na2CO3，S-R(CH2CH2O)3SO3Na，P-HPAM）1.3

效果比較1.復(fù)合驅(qū)的基本原理溶液W×100溶質(zhì)界面張力（mN/m）石油磺酸鹽0.15.5NaOH0.82.1石油磺酸鹽NaOH0.10.80.02活性劑與堿復(fù)配后，界面活性大大提高

。1.4

協(xié)同效應(yīng)1.復(fù)合驅(qū)的基本原理（1）聚合物對(duì)驅(qū)油介質(zhì)的稠化，可減少活性劑和堿的損耗；（2）堿可與Ca2+、Mg2+反應(yīng)或與粘土進(jìn)行離子交換，保護(hù)聚合物和活性劑（堿是良好的犧牲劑）；（3）堿增加巖石表面的負(fù)電性，減少聚合物和活性劑的吸附損失。1.5

協(xié)同效應(yīng)1.復(fù)合驅(qū)的基本原理2.堿劑在復(fù)合體系中的作用及相關(guān)機(jī)制2.1

堿對(duì)降低界面張力的作用2.2

堿垢的形成及原因2.3

堿對(duì)復(fù)合驅(qū)乳狀液的影響2.4

ASP復(fù)合驅(qū)中堿劑的采出2.5

堿劑對(duì)油滴卷離的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討IFT（mN/m）IFT(mN/m)0.000100.10.20.30.40.50.60.7活性劑SY

圖1

三種活性劑HY61、HY41、ORS41的穩(wěn)態(tài)IFT比較（S=0.3%，模擬注入水礦化度3800mg/L，鹽水為NaCl3500mg/L，45℃）0.0001

1

0.1

0.1

0.010.001

0.00100.10.20.30.40.50.60.7NaOH=1.0%0.8

0.91.11.21.3NaOH（%）HY61注入水HY41鹽水ORS41鹽水2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.1

堿對(duì)降低界面張力的作用HPAM（mg/L）CNaOH（%，wt）00.30.60.81.01.203.33-11.34×10-24.38×10-33.44×10-32.4×10-36.77×106002.58-11.21×10-24.07×10-33.19×10-34.3×10-35.02×108003.73-11.26×10-24.37×10-34.45×10-33.52×10-35.43×1010003.41-11.30×10-24.76×10-33.89×10-33.52×10-35.72×1012002.62-11.16×10-24.65×10-34.23×10-33.71×10-35.36×10注：ORS-41的有效濃度0.3%，礦化度3700mg/L的模擬注入水配樣，45℃下測(cè)120min。表2-1堿和聚合物對(duì)油/水界面張力的影響2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.1

堿對(duì)降低界面張力的作用IFT(mN/m)

10

1

0.1

0.010.00100.20.40.60.811.21.4HPAM(mg/L):

0

600

800

1000

1200

NaOH(%)

圖1.1

堿及聚合物對(duì)界面張力的影響

堿是影響界面張力的主要組分（S=0.05%~0.35%，P=0~1200mg/L

，A＞0.7%

）2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.1

堿對(duì)降低界面張力的作用2.堿在復(fù)合體系中的作用2.1

堿對(duì)降低界面張力的作用編號(hào)取樣時(shí)間垢樣外觀垢樣厚度mm無機(jī)垢組成與含量（%）有機(jī)垢%SiO2FeO23AlO23CaOBaOMgOBaSO*4B-198.08灰色片狀2~337.73.51.814.512.60.319.79.9B-299.06深褐色片狀1~244.31.80.926.24.10.4/22.3編號(hào)取樣時(shí)間垢樣外觀垢樣厚度mm無機(jī)垢組成與含量（%）有機(jī)垢%SiO2FeO23AlO23CaOX-198.08白色致密1~268.22.44.68.512.12.2堿垢的形成及原因

北1-6-P34井垢樣分析

杏2-2-試1井垢樣分析2.堿在復(fù)合體系中的作用分析：?1976年以前：礦場(chǎng)堿驅(qū)，堿用量0.0376～0.257kg/m3，在生產(chǎn)井流出物中幾乎檢測(cè)不到堿；?Orcutt油田：堿驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)，CA=

0.734kg/m3；很長(zhǎng)一段時(shí)間——近乎“違規(guī)”操作，鄰近井中可明顯檢測(cè)出堿。?大慶油田：ASP復(fù)合驅(qū)，

CA=

1.2%（wt，NaOH

）；相當(dāng)于12Kg/m3，出現(xiàn)堿垢等一系列問題應(yīng)屬必然。2.2堿垢的形成及原因2.堿在復(fù)合體系中的作用①油包水型（W/O）平均含水54.7%，采出液呈棕色，粘度在70~117mPa.s，乳狀液體積占采出液的20%~30%。②復(fù)合型（W/O和O/W共存）在含水繼續(xù)上升到70%左右時(shí)，采出液仍呈棕色，但粘度已下降至20mPa.s，乳狀液的體積不足20%，此時(shí)為W/O和O/W共存。2.3

堿對(duì)復(fù)合驅(qū)乳狀液的影響2.堿在復(fù)合體系中的作用乳狀液穩(wěn)定性主要決定于油/水界面膜。

原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟、石油酸皂及微量的粘土顆粒在這里起到了天然乳化劑的作用，吸附到油/水界面上，形成具有一定強(qiáng)度的粘彈性膜，使原油乳狀液穩(wěn)定。析水率（%）圖2.2

NaOH濃度對(duì)復(fù)合體系與原油乳狀液穩(wěn)定性的影響5040302010

060110100100010000時(shí)間（min）NaOH-0.3%NaOH-0.6%NaOH-1.0%NaOH-1.2%將原油與不同堿濃度的ASP復(fù)合體系混合，45℃下恒溫預(yù)熱30min，磁力高速攪拌5min，測(cè)不同時(shí)間的析水率。

2.堿在復(fù)合體系中的作用2.3

堿對(duì)復(fù)合驅(qū)乳狀液的影響

①堿濃度與原油乳狀液的穩(wěn)定性吸光度作參比，利用分光光度2.5

21.5

10.5

0101000

100

時(shí)間（min）圖2.3

NaOH對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響NaOH-0.3%

以同濃度的HPAM溶液NaOH-0.6%NaOH-1.0%NaOH-1.2%

計(jì)于室溫下測(cè)試以上各

樣品水相的吸光度。

深度乳化

2.堿在復(fù)合體系中的作用2.3

堿對(duì)復(fù)合驅(qū)乳狀液的影響

②水相在不同時(shí)間的吸光度NaOH相對(duì)濃度（C/C0）NaOH濃度(mg/L)00.30.20.100.511.52

累積注入量（PV）圖2.4

ASP驅(qū)產(chǎn)出NaOH濃度變化012001000

800

600

400

2000.4

140014

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

注入時(shí)間（月）圖2.5

大慶杏5-試3-2井NaOH采出濃度曲線2.4ASP復(fù)合驅(qū)中堿劑的采出2.堿在復(fù)合體系中的作用

注0.3PV復(fù)合體系，再后續(xù)水驅(qū)0.4PV，出口開始見NaOH，至累積后續(xù)水驅(qū)達(dá)0.7PV時(shí)（總累積注入量近1PV），NaOH產(chǎn)出濃度達(dá)最大（為原注入濃度的0.35倍）。

NaOH在巖心中的吸附量為總注入量的1/3，而其余的2/3隨驅(qū)替液而產(chǎn)出。

——考慮降低堿的用量。θ2.5堿劑對(duì)油滴卷離的作用2.堿在復(fù)合體系中的作用σSWσOW

W

SσSWW

S

O

W

SσSO-σSW≥σOWσOWθ

O

θ

σOWcosθ

σSO

OσOWcosθ

σSO

油滴的卷離與剩余功示意圖W.Kling和H.Lange（導(dǎo)出與油滴卷離相關(guān)的剩余功概念）：設(shè)

油滴脫離巖石表面所需的擠壓力為R，則：R

=

σso－σsw＋σow

cosθ若以σso－σ

≡

j表示系統(tǒng)內(nèi)的潤(rùn)濕性（sw

j命名為潤(rùn)濕張力），則：

R=j+σow

cosθ2.5堿劑對(duì)油滴卷離的作用2.堿在復(fù)合體系中的作用討論：①當(dāng)△j≥σow時(shí)：油滴自動(dòng)向上擠壓，直到形成球形（表面完全親水狀態(tài)），最終將離開巖石表面；②當(dāng)△j＜σow時(shí)：油滴同樣向上擠壓，但在R=0時(shí)停止，此時(shí)，需要外力作功才能使油滴脫離巖石表面。對(duì)于烷基苯磺酸鈉體系：若

CA＞0.1%，則

σow≤10-1mN/m，相應(yīng)的

△j=1～10mN/m，滿足△j≥σow，可使親油表面反轉(zhuǎn)為親水表面（有利于驅(qū)油）；此時(shí)，再通過增大體系粘度提高對(duì)油滴的剪切應(yīng)力，從兩個(gè)方面同時(shí)作用。

——降低堿用量。2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

堿對(duì)降低界面張力的作用

堿對(duì)油相的作用堿皂化石油酸，有

堿對(duì)活性劑的作用改變活性劑荷電性堿對(duì)水相的作用

堿影響水相氫鍵利于降低界面張力

活性劑疏水鏈與油相相似性

降低界面張力到超低

認(rèn)識(shí)堿的作用，探討無堿/弱堿體系驅(qū)油的理論依據(jù)CH3(CH2

)n

COOH+

NaOH=

CH3(CH2

)n

COONa+

H2O

2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討（1）堿與原油中酸性組分反應(yīng)生成新的活性劑（文獻(xiàn)）W.K.Seifert

,

T.F.Yen,

D.T.Wasan：界面上活性組分主要為分子量300~400的不同結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)鏈羧酸，飽和脂肪酸、取代的非飽和脂肪酸、芳香族酸、二元酸、含N、S原子的化合物等。例如：堿與環(huán)烷酸反應(yīng)堿水-油體系中最佳含鹽量的概念活性劑的界面吸附受離子強(qiáng)度影響大，不同長(zhǎng)度碳鏈的活性劑在油/水界面吸附時(shí)，存在一個(gè)降低界面張力的最佳鹽、堿度。2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討(2)調(diào)節(jié)體系離子強(qiáng)度（文獻(xiàn)）對(duì)于大慶低酸值原油而言，堿與石油酸反應(yīng)新生成活性劑有助于油/水界面張力的降低。三次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果：0.616mg/g原油2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討油滴，體積約2μL復(fù)合體系水溶液，體積約

0.2876mL異構(gòu)酸在整個(gè)復(fù)合體系中的總濃度為：

0.4mg/L初期在油滴表面吸附，動(dòng)態(tài)界面張力很低；后期擴(kuò)散進(jìn)入體相，將失去降低界面張力作用。2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討顯著影響界面張力的組分——異構(gòu)酸。但是，異構(gòu)酸在原油中的含量?jī)H僅0.006%。

測(cè)試界面張力：IFT(mN/m)10102030405060HABS0.3HABS0.4

HABS0.5

HABS0.6

0.10.01

T(min)直餾柴油與不同濃度SY水溶液（無堿）的界面張力（C15～C24）隨著SY濃度的提高，界面張力基本保持不變。SY-0.3SY-0.4SY-0.5SY-0.62.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

無酸油相界面張力的降低IFT(mN/m)0.0001010203040506070ABS0ABS0HSY-0.4

4HABS0.5SY-0.5

SY-0.60.00001

T(min)

直餾柴油與SY-NaOH(1%)水溶液的界面張力（C15～C24）

此外實(shí)驗(yàn)了直餾煤油、汽油，結(jié)果相似。

低酸值原油中的石油酸皂化，不是體系界面張力降至超低的決定因素。2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

0.1

0.01

0.001

HSY-0.3

3R—O—S—O—H

O《蘭氏化學(xué)手冊(cè)》《精細(xì)華工常用原材料手冊(cè)》

純烷基苯磺酸鹽水溶液：

pH=7.0

or

7.5

~

9.0

or

9.52.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討(RArSO3)2H－將進(jìn)一步誘導(dǎo)活性劑在很低的濃度下即開始形成穩(wěn)定的大膠束（H—膠束）：若體系中不加堿，則RArSO3H將占據(jù)平衡組分中一定的比例，且與RArSO3－形成離子—分子絡(luò)合物(Ionomolecular

Complex)

:2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討NaOHH-膠束

穩(wěn)定Na-膠束

不穩(wěn)定2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討大較穩(wěn)定不穩(wěn)定

單位體積內(nèi)活性單體數(shù)量增大膠束2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

靜

電

斥

力(1)

堿作用之一吸光值A(chǔ)僅存在于地

0.2

0.4

色不同堿濃度下的吸光值0

2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

NaOH破壞H-膠束的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:

①

紫外探針法

21.5

10.500.6NaOH（mol/L）S-0.3%S-0.4%

S-0.5%

S-0.6%

表的薁——湛藍(lán)對(duì)紫外光極為敏感，作為紫外探針圖1.34a

SY水溶液掃描電鏡圖粒度大，超量程。

大粒徑高度:300～400nm。（HABS-0.2%，無堿體系）NaOH破壞H-膠束的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:②

原子力顯微鏡2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討圖1.34b

加入NaOH（0.05%）時(shí)SY水溶液掃描電鏡圖（HABS-0.2%，

NaOH-0.05%

）高度差：30～70nmNaOH破壞H-膠束的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:②

原子力顯微鏡2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討（HABS-0.2%，

NaOH-0.2%

）高度差：30～160nm圖1.34c

加入NaOH（0.2%）時(shí)SY水溶液掃描電鏡圖NaOH破壞H-膠束的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:②

原子力顯微鏡2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討粒徑（nm）00.30.60.91.21.51.82.1

NaOH濃度(wt%)03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

十二烷基苯磺酸鈉

（0.3%）

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

003課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究NaOH0.0%NaOH0.6%NaOH0.3%NaOH1.2%

低堿條件下，堿破壞膠束，更多的活性劑自由單體遷移到油水界面上，

IFT隨堿濃度增加而降低，達(dá)到最低值；

堿濃度過高時(shí)，離子強(qiáng)度增大，壓縮雙電層，促進(jìn)形成大的Na+膠束，活性劑自由單體數(shù)量反而下降，遷移到界面上的活性劑自由單體數(shù)量減少，不利于降低界面張力。2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

十二烷基苯磺酸鈉

（0.3%）粒徑（nm）00.511.522.5

NaOH濃度（wt%）03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

甜菜堿型（0.3%）

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0NaOH甜菜堿00.06%NaOH

0.12%甜菜堿

0.06%稀釋后，堿的加入打破了原課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究粒明顯變小。03來的層狀膠束，使膠束顆2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

甜菜堿型（0.06%）HABS（%）W（A）/W（S）NaCl（%）Na2CO3（%）σ（mN/m）0.131.60-23.84×100.201.01.2-21.10×100.531.61.2-36.45×101.031.60-23.25×102.031.60-21.86×102.831.60-33.80×1003課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究無堿的高濃度體系：膠束溶液，界面張力亦可超低。2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討(2)

堿作用之二強(qiáng)化水分子間氫鍵，改善水相環(huán)境，相當(dāng)于同時(shí)增強(qiáng)了活性劑的親水性能和疏水性能，從而提高活性劑的界面活性。幾種典型的堿、鹽對(duì)δ(H217O)的影響關(guān)系NaHCO3對(duì)水相氫鍵結(jié)構(gòu)沒有促進(jìn)作用；而NaCl、Na2CO3、NaOH三者對(duì)水相氫鍵結(jié)構(gòu)的促進(jìn)作用則依次增強(qiáng)。2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討2.堿在復(fù)合體系中的作用（3）活性劑自身結(jié)構(gòu)與油相相近對(duì)降低界面張力的影響

活性劑自身結(jié)構(gòu)與油相相近，有利于降低界面張力。2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討IFT(mN/m)10102030405060T(min)NaCl0.2%+NaOH0.6%

無堿無鹽

0.1

0.01

0.0010.0001

2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討（3）活性劑自身結(jié)構(gòu)與油相相近對(duì)降低界面張力的影響

活性劑自身結(jié)構(gòu)與油相相近，有利于降低界面張力，但是，沒有堿的作用仍然難以降至超低狀態(tài)。03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究研究證明：對(duì)應(yīng)油/水界面張力超低！HLB

≈

6～8？2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究HLB＞8HLB＜6HLB≈72.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究？O/WW/O2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究雙連續(xù)相2.堿在復(fù)合體系中的作用2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究親水基

2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討臨界堆積參數(shù)P

依據(jù)幾何學(xué)：若分子體積只有圓柱體的1/3，即為圓錐體。

許多圓錐體堆積為一個(gè)球形膠束。

疏水基

ao

Va

0l

c

l

c臨界堆積參數(shù)

P

=2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

a0

lcP≤1/3球形膠束1/3＜P＜1/2

圓柱形膠束1/2＜P＜1

泡囊，柔性雙層P~1

層狀P＞

03課題——新型驅(qū)

膠體系驅(qū)油機(jī)理研究1

反

油束

Va

0l

cP

=03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

P＜1增大活性劑親水基截面積和水溶性

P≈1親水性和親油性達(dá)到平衡P＞1增加活性劑的

疏水基鏈長(zhǎng)

（1）P＜1：O/W（2）P＞1：W/O油水界面上，活性劑單層吸附；（3）P≈1：雙連續(xù)相，油/水界面張力達(dá)到超低，

活性劑

非

單層

吸附，油/水界面是

微乳液層狀態(tài)。03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究復(fù)配體系：

陰離子與陽離子

陰離子與非離子復(fù)配

新型甜菜堿型

兩性離子活性劑陰-非兩性離子型

2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

HLB

=

7＋∑(親水基數(shù))

-∑(親油基數(shù))活性劑結(jié)構(gòu)：

小親水頭、大疏水鏈（雙尾、支鏈結(jié)構(gòu)）；

陰離子型（高鹽體系中）；IFT（mN/m）

0.01

0.0010.00010.101020304050

60708090100

時(shí)間（min）03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究二元

HY-2三元

HY-2三元：S-0.3%

+

P-0.1%

+

Na2CO3-1.0%；2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討

二元：S-0.3%

+

P-0.1%；IFT（

mN/m）03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究10

10

20

30

40

50

60

70時(shí)間（min）二元ORS-41+北12

二元ORS-41+IV下

三元ORS-41+北12

三元ORS-41+IV下

0.1

能否形成超低界面張力（HLB≈6～8），活性劑自身結(jié)構(gòu)只是

0.01因素之一，與外部環(huán)境如與油相的匹配關(guān)系不可忽視——等效碳原子數(shù)EACN（原油一般7～9）。此外，溫度、pH值、礦化度等都有不同的影響。2.堿在復(fù)合體系中的作用

2.6

堿降低界面張力的機(jī)理探討2.7階段認(rèn)識(shí)堿劑濃度直接與復(fù)合體系的界面張力對(duì)應(yīng)，加堿有利于降低界面張力，但也是礦場(chǎng)結(jié)垢及深度乳化的直接原因。注入油田的復(fù)合體系中的堿劑，有大約2/3被采出。從油滴的卷離與剩余功的角度看，堿的加入量不必過高，低堿高粘度的復(fù)合體系完全有能力將油滴剝離于巖石表面，堿劑加量應(yīng)綜合考慮多方因素。對(duì)于低酸值原油，酸性活性物質(zhì)與堿反應(yīng)生成自表活劑，通過吸附-擴(kuò)散影響動(dòng)態(tài)界面張力，但對(duì)平衡界面張力影響不大?；钚詣┮奂谟?水界面并形成雙連續(xù)相，才可降低界面張力到達(dá)超低狀態(tài)，此時(shí)HLB≈6～8，相應(yīng)的臨界堆積參數(shù)P≈1，活性劑在界面的吸附非單層，而是一個(gè)微乳液層；在簡(jiǎn)單的O/W或W/O乳化條件下（P≠1，

HLB

單層吸附。2.堿在復(fù)合體系中的作用2.7階段認(rèn)識(shí)除活性劑自身結(jié)構(gòu)，外部環(huán)境如活性劑烴鏈與原油的匹配關(guān)系不可忽視（

EACN）。一些特殊結(jié)構(gòu)的活性劑，如兩性的陰-陽型、陰-非型活性劑，都具備無堿形成超低界面張力的可能性。其親水基團(tuán)基本不受水相pH環(huán)境影響，若同時(shí)自身結(jié)構(gòu)合理，具有很強(qiáng)的親水和疏水性能，且當(dāng)疏水基團(tuán)結(jié)構(gòu)與目標(biāo)油相相似時(shí)，則這種活性劑在無堿條件下可實(shí)現(xiàn)超低界面張力。

03課題——新型驅(qū)油體系驅(qū)油機(jī)理研究2.堿在復(fù)合體系中的作用3.1

堿對(duì)三元復(fù)合體系流變性的影響3.復(fù)合體系的流變性及影響因素3.3

堿對(duì)HPAM分子聚集形態(tài)影響3.2

活性劑對(duì)復(fù)合體系彈性的影響3.4

三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流變性μp（mPa·s）μ

p

（

mPa·s）100

101

0.1

γ（1/s）圖3.2

不同堿含量聚合物溶液流變曲線

Fig.3.2

the

rheological

behavior

of

polymer

solutions

with

alkali

（1255，1000mg/L）0.1%NaOH1.0%NaOH0.3%NaOH1.5%NaOH0.5%NaOH2.0%NaOH2.5%NaOH

1擬和曲線

10擬和曲線

100

1000100

101

0.1

γ（1/s）圖3.3

不同堿含量聚合物溶液流變曲線

Fig.3.3

the

rheological

behavior

of

polymer

solutions

with

alkali

（1275，1000mg/L）0.1%NaOH1.0%NaOH0.3%NaOH1.5%NaOH0.5%NaOH2.0%NaOH2.5%NaOH

1擬和曲線

10

擬和曲線100

1000

3.復(fù)合體系的流變性及影響因素3.1

三元復(fù)合體系的流變性3.1.1

堿含量對(duì)復(fù)合體系粘彈性的影響（1）堿含量對(duì)三元復(fù)合體系表觀粘度的影響粘度（mPas)10000

1000

1000.1110100100010000

剪切速率（1/s）圖3.4

不同堿濃度下的剪切流變曲線NaOH:0NaOH:0.1%NaOH:0.3%NaOH:0.6%NaOH:0.9%NaOH:1.2%

NaOH:1.5%10

13.復(fù)合體系的流變性及影響因素

在ASP三元復(fù)合體系中，固定活性劑的濃度（0.3%wt）和聚合物1275A的濃

度（1200mg/L），隨堿濃度的增加，三元復(fù)合體系的剪切粘度下降（圖3.4）.儲(chǔ)存模量（Pa）損耗模量（Pa）圖3.7the

lose

module

vs.

angle

frequencies

0.01

0.0010.00010.1100.1110

100

角頻率（1/s）NaOH:0NaOH:0.1%NaOH:0.3%NaOH:0.6%NaOH:0.9%NaOH:1.2%NaOH:1.5%損耗模量的變化

0.010.0011

0.110.1110100角頻率（1/s）NaOH:0NaOH:0.1%NaOH:0.3%NaOH:0.6%NaOH:0.9%NaOH:1.2%NaOH:1.5%

圖3.6

儲(chǔ)存模量的變化Fig.3.6

the

storage

module

vs.

the

angle

frequenciesFig.3.73.復(fù)合體系的流變性及影響因素

（2）堿含量對(duì)復(fù)合體系粘彈性的影響松馳時(shí)間

（s）松弛時(shí)間（s）松弛時(shí)間（s）圖3.8

松馳時(shí)間-角頻率關(guān)系曲線0.010.110

10.1110

100角頻率（1/s）NaOH:0NaOH:0.1%NaOH:0.3%NaOH:0.6%NaOH:0.9%NaOH:1.2%NaOH:1.5%圖3.9

松弛時(shí)間-堿濃度關(guān)系曲線y

=

0.2111x-0.4828R2

=

0.98y

=

0.0914x-0.2695

R2

=

0.977100.20.40.80.600.51

1.5堿濃度（%）00.040.080.20.160.12w=1.351w=6.283乘冪

(w=1.351)乘冪

(w=6.283)3.復(fù)合體系的流變性及影響因素松弛時(shí)間

(t)（ω=1.35

s-1，

HPAM2000mg/L）200.20.40.60.8

1

活性劑ORS濃度（%）圖4.13

活性劑對(duì)松弛時(shí)間的影響1275

12551.5

10.5

0Fig.3.14

the

effect

of

surfactant

on

the

relaxation

time3.復(fù)合體系的流變性及影響因素

3.2.2

活性劑對(duì)復(fù)合體系彈性的影響acbd

3.復(fù)合體系的流變性及影響因素3.2.3

堿對(duì)HPAM分子聚集形態(tài)影響

a

c圖3.13

不同堿濃度下高分辨率掃描顯微照片(500

nm×500nm)Fig.3.13

Micrographs

of

HPAM

molecules

in

solutions

with

different

alkali

concentration

on

high

resolving

power

conditionC（NaOH）：a）0；b）0.3%；c）0.6%；d）1.2%b

d3.復(fù)合體系的流變性及影響因素The

molecule

chain

of

polymerζ00.31.2

0.6C(NaOH)/%圖3.15

不同堿濃度下聚合物分子形態(tài)示意圖Fig.3.15

Schematic

diagram

of

polymer

moleculeconfiguration

in

solutions

with

different

alkali

concentrationStretching

chainAggregation

ofmultimoleculesSmall

size“clew”Big

size“clew”

圖3.14

HPAM表面Stern雙電層示意圖Fig.3.14

Schematic

diagram

of

Stern

double

charge

layer

on

the

polymer

molecule

surface------------TheSternlayerThe

diffuse

layerζφ0+-

+

+

+

-

+

+

+

+

++

-+++++++3.復(fù)合體系的流變性及影響因素圖3.1

巖心滲流實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.3.1

the

schematic

diagram

of

percolation

experiments1-RUSKA泵

2-模擬鹽水容器

3-ASP復(fù)合體系

4-巖心夾持器（內(nèi)裝物理模型）5-環(huán)壓壓力表

6-六通閥

7-壓力傳感器

8-組分收集器

9-恒溫箱3.復(fù)合體系的流變性及影響因素3.3

三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流變性P=2000mg/L巖心兩端壓差（KPa）巖心兩端壓差（KPa）110000

1000

100

101101001000

注入量（ml/h）

圖3.16

不同聚合物濃度的ASP復(fù)合

體系在巖心中的滲流曲線Fig.3.16

the

performance

curve

of

ASP

solutionwith

different

polymer

concentration110000

1000

100

10110100

注入速度（ml/h）圖3.17

ASP體系在不同滲透率巖心中的滲流曲線

Fig.3.17

the

performance

curve

of

ASP

solution

on

cores

with

different

peamibilityKw=4591md

Kw=9541md1000

100003.復(fù)合體系的流變性及影響因素

3.3

三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流變性

3.3.1

影響復(fù)合體系在巖芯中滲流的因素實(shí)測(cè)壓降壓降（kPa）1101001000

剪切速率（1/s）圖3.18

ASP在多孔介質(zhì)中的滲流曲線Fig.3.18

the

performance

curve

of

ASP

solution3.復(fù)合體系的流變性及影響因素

10000

1000

100

10

13.4

小結(jié)（1）堿劑對(duì)復(fù)合體系粘彈性影響明顯：增大堿濃度，復(fù)合體系的剪切粘度下

降，松弛時(shí)間下降；且在相同的堿含量下，增加角頻率，松弛時(shí)間也下降。（2）活性劑對(duì)復(fù)合體系流變性的影響不大，增加活性劑濃度，復(fù)合體系的彈性略有下降。若活性劑濃度不太大時(shí)，對(duì)復(fù)合體系彈性影響可以忽略。（3）利用原子力顯微鏡，研究堿對(duì)聚合物分子形態(tài)的影響發(fā)現(xiàn)：在無堿條件

下，聚合物分子在液相充分舒展，而堿的加入造成聚合物分子蜷縮。在低濃

度堿溶液中（0.3%，wt），聚合物分子也不能完全舒展，而以多個(gè)分子側(cè)向

聚集狀態(tài)存在；當(dāng)NaOH濃度為0.6%或1.2%時(shí)，HPAM分子變?yōu)榫o湊的無規(guī)線

團(tuán)，此時(shí)溶液的表觀粘度和彈性粘度均明顯下降。3.復(fù)合體系的流變性及影響因素3.4

小結(jié)（4）聚合物濃度是影響ASP體系滲流特性的主要因素。由于滲流壓力促進(jìn)了聚合物分

子鏈段間的相互纏結(jié)而使之形成類似網(wǎng)狀的高次結(jié)構(gòu)，增大了溶液的表觀粘度。

與低濃度聚合物體系相比，高濃度體系的滲流壓降隨注入量增加幅度更大。（5）巖芯滲透率對(duì)復(fù)合體系滲流特性的影響明