表面活性剂驱及复合驱PPT课件

波及区内的驱油效率低
波及区内微观上是并联毛细管模型，驱油速度不同，慢的留下残余油。
PA 水
水
r1 r2 油
油 PB
水
PA
PB
油
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残余油滴运动时存在动力滞后现象，产生附加毛管阻力
Pw1
Po
Pw2
前进角θ1
Ganglia
θ2后退角
附加毛管阻力：
Pw1 Pw2
(Pw1 Po ) (Po Pw2 )
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（3）增溶参数(Solubilization Parameters)
Vo/Vs
Vw/Vs
含盐量增加
含盐量增加,Vo/Vs增大，Vw/Vs降低。当S=S*时， Vo/Vs+Vw/Vs最大， S*——最佳增溶参数盐度。
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三.微乳液的相态特性(Phase Behavior)
O：油，
S：活性剂+助剂
W
O
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通过实验绘制微乳液拟三元相图
（1）取油：盐水=1：1，加入少量S，设生成下相 微乳液。
8ml
油
4ml
10ml 表活剂 8ml
油
4ml
10ml
7ml
油
搅拌
M1
水
加入2ml S 水
体系 总组成a1
1ml油被增溶
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体系总组成a1：
4ml W, 40%
1.三元相图的性质和规则 （1）性质
体系由A、B、C三种组分组成。 顶点组成是该组分含量100%（如A点含A 100%，不含B和C）。对边是该含量为0，对边 上的任一点由两组分组成（如BC边含A为0， 仅由B和C组成）。
A
C B
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相图内任一点P代表由A、B、C三种组分按一定比例组成的一个体系， 并且：含A40%，含B20%，含C40%，它们之和为100%。
启动条件：水驱油压力梯度>附加毛管阻力梯度
dp dpc 2 cos r
dx dx
dl
( dp dx
)max
2.8 10 4Βιβλιοθήκη MPa/cm
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令：毛管半径 r=10-4cm ，油滴长度 dl=10-2cm， 强亲水θ=0，得：
σ≤1.4×10-3mN/m σmax=1.4×10-3mN/m 当界面张力降低至10-3mn/m时， 达到超低界面 张力（Ultra low IFT) 数量级，油滴才能启动。
在平行于某一边的直线（A’B’）上，有一组体系，则它们含顶点物质 （C）的百分含量相同。
C
A’
B’
A
B
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(2)规则
a.直线规则(Line Rule)：如果有两个三组分体系Q和Y混合，生成的新体系 组成Z必然落在Q和Y的连线上。
C
Q.
.
Z
.
Y
A
B
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b.杠杆规则(Inverse-lever-arm Rule)： Q
剧烈搅拌
油+水→不互溶 ——→形成一定分散程度的油水体系
加入活性剂，搅拌 停止搅拌
———→ 分层 ———————→ 易形成稳定体系
加入不同种类数量的表活剂
—————————→
形成不同性质的溶液（不同 分散体系）
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一.乳状液、胶束溶液、微乳液
1.乳状液
油+水+少量表活剂—→ 乳状液。 特性：外观不透明，分散液滴的尺寸大 （1-10μm ），体系σ大，需要在强烈的搅 拌作用下才能生成，热力学不稳定体系。
EOR使用阴离子型(稳定性好、吸附量小、成 本低)和非离子型（耐高矿化度，活性稍差）。
一般不使用阳离子型（因为地层中吸附损失 大）。
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阴离子表活剂的分子结构
——石油磺酸盐（Petroleum Sulfonates)
极性端,non-polar portion （亲水）
head
非极性端,polar portion （亲油）
设表活剂完全溶在微乳液中， 根据杠杆规则，从图上量得a,b段长度，得到： a/a+b=6/23 过剩水量Vw=(6/23)×100=26ml
S
S
W 下相，Ⅱ（-）型
OW
O
上相，Ⅱ（+）型
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S
单相区
两相区 两相区
三相区
W
O
中相 ，Ⅲ型
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Note: (1) Ⅱ型相图中，体系总组成点落在两相区内 才是上、下相微乳液体系。 （2）Ⅲ型相图中，只有体系总组成点落在三 相区内才是中相微乳液体系。
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与Y混和得到新体系Z，则在Z体系中：
Q的含量
ZY
=
Y的含量
QZ
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c.重心规则
由D 、E、F混合形成一新体系H？ D与E生成G F与G生成H
H位于D、E、F三质量的重心。
A
C
D
.G H
F
E
B
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2.微乳液拟三元相图
三个拟组分(pseudocomponents)：
S
W：盐+水，
Mn（an）
M2
a2
M1
a1
W
O
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（3）改变油水比例，不断增加S含量，直至界 面消失，得到Mn1，Mn2，....
S
M2 M1 W
Mn（an）
. Mn1
a2
. Mn2
a1
O
（4）连接WM1M2 ...MnMn1Mn2...O，得到下相微
乳液相图。
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3.相图点、线、面的含义
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（2）降低界面张力的途径
水驱（ σ高）→活性水驱（加入少量 的表活剂）→胶束溶液驱（ Micellar，加入较 多表活剂，浓度高时将缔结为胶束）→微乳液 (Microemulsion)驱（多种组分共同作用，使σ 达到超低值）。
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§1 驱油用表面活性剂
阴离子型(Anionic) 阳离子型(Cationic) 非离子型(Nonionic) 两性离子型(Zwitterionic)
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提高水驱油采收率的主要途径
调剖堵水、聚合物驱、弱凝胶与CD胶调驱技术，主要启动低渗透层和改 善层内流度比，提高波及效率
气体混相驱是在一定条件下，实现注入气体与油的混相，消除驱油过程 中的界面张力，提高驱油效率。表面活性剂驱及复合驱，降低油水界面 张力，通过乳化实现有利的相态，提高波及区内的洗（驱）油效率
4.利用相图性质与规则确定平衡相的含量
S
例：（1）考虑100ml总组成在图
上A点表示的混合物。在体系达
到平衡时，平衡相的组成和量是
多少（组成用体积百分数表示）？
（2）当体系总组成在图上B点时， 平衡相的组成和量是多少？
a
b
M*
·A
·
·B
W
O
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解：（1）该微乳液是上相微乳液，水与微乳液平衡共存，由相图可知： A点体系总组成为：表活剂19%（19ml），油20%(20ml), 水61%（61ml），
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c.中相微乳液（有三种结构）
O
水包油
M
（O/W）
W
O
油包水
M
（W/O）
W
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水
O
M
油
W 水
层状结构，lamellar σo= σw
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5.醇对微乳液性质的影响
（1）加醇作用
a.稳定膜 b.提高增溶参数
单位体积活性剂增溶油或水的体积， Vo/Vs , Vw/Vs
S
4ml O ，40%
2ml S ， 20%
微乳液组成M1： 4ml W, 57.2% W 1ml O， 14.2% 2ml S， 28.6%
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M1.
.a1
O
M1与a1的连线过O点， 为什么？
(2)保持油水量不变，增加S用量，得到（a1，M1)， (a2，M2)， ........ ，(an，Mn)。当S增加到某值时， an与Mn重合（单相） S
C
.
P
A
B
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某体系组成从顶点C向对边移动时，表示该顶点物质浓度在不断减少。 但直线上所有各点组成中，含A与B的比例保持不变，即：
BN BH AM AD
C1体系：含A为BN段， 含B为AM段
C2体系：含A为BH段， 含B为AD段
C
C1 C2
A
B
M D C’ H N
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2.胶束溶液 油+水+较多表活剂——→ 胶束溶液
（1）水中加入活性剂 a.浓度很小时，活性剂浓集于水表面
水
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b.浓度增大，活性剂开始进入水中。
水
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c.浓度进一步增大到CMC(Critical micelle concentration)以上，活性剂非极性端缔结为 胶束（因极性端亲水）。
tail
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界面张力：使不互溶流体界面产生新界 面所需的单位长度的力。
油
界面膜
F
水
0
L1
L2
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表活剂降低界面张力： 油水（液液）界面吸附表活剂，因表活
剂的两亲性，改变界面性质，界面张力降低。
加入表活剂
油
油
水
水
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§2 微乳液特性（Behavior of Microemulsions)
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（2）再加入油 油会溶解到非极性的胶束核心中去（增溶作用）。
胶束溶液特性：外观透明，胶 束直径小（0.001-0.01μm)， 单相溶液，热力学稳定体系。
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3.微乳液
油+水+较多活性剂+其他成分。 特性：外观透明或半透明，胶束直径（0.010.1μm），体系界面张力低，甚至可达10-3 mN/m 以下，热力学稳定体系。
水：蒸馏水，10-95%。 活性剂：阴离子型，石油磺酸盐，<1-15%。 助剂：脂肪醇（改变体系性质），0-10%。 电解质：NaCl，<1-10%。
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2.微乳液的配制
a.配制一定浓度的盐水 b.试取油：盐水=1：1，混合 c.加入活性剂和醇 震荡，搅拌，静置十几分钟到数小时。 注：任何一种组份或含量改变，都会影响微乳 液的生成和性质。
（2）加醇原则
小分子醇有利于形成水包油型O/W。 大分子醇有利于形成油包水型W/O。
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6.盐度对微乳液性质的影响
配制微乳液时，保持其它成分比例不变， 仅改变含盐量。
（1）相态
下相
中相
上相
O
O
M
M
M
W
W
含盐量增加
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（2）界面张力
σmo
σmw
含盐量增加 含盐量增加,σmo降低，σmw增加。 当S=S*时， σmo=σmw，S*——最低界面张力含盐度。
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3.分类
a.下相微乳液
O
O 过剩油
M 微乳液 M
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b.上相微乳液
M
M 微乳液
W 过剩水 W
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c.中相微乳液
O M W
O
过剩油
M
微乳液
W
过剩水
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d.单相微乳液
M
M 微乳液
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4.微乳液的微观结构 a.下相微乳液
O
2 cos1 2 cos 2
r2
r2
2
r2
( co s2
cos1)
排驱残余油滴的条件：水驱油的压力>附加毛管阻力。
——表面活性剂驱降低界面张力σ，可启动残余油。如果实现有利的相态（混 相），就消除界面和界面张力，驱油效率将大幅度提高。表面活性剂驱通过乳 化实现有利的相态，而气体混相驱在一定条件下实现气体与油的混相。
——重点讲述表面活性剂驱及ASP复合驱提高驱油效率机理。
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油
界面与界面张力σ
水
水驱油后，油层中有油水两相，存在界面和界面张力，油水界面张力 一般10-30mN/m 。
加入表面活性剂后，由于表活剂具有两亲特性，有效地改变了界面性 质，降低了界面张力。
选择适当的表面活性剂，可以使界面张力降至10-3mN/m数量级。
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σ降低，毛管数 Nvc=μV/σ增大（提高速度 潜力很小，聚合物粘度也仅能增加几十倍）， Sor降低，驱油效率增高。
Sor
Nvc 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1
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那么，σ降低到什么程度油滴才能流动呢？
（1）油滴启动的最高极限界面张力
O σMO
M
水包油结构oil-in-water, ，水外相，含水相
油+膜σo，水 +膜σw，σo> σw， 按能量趋于最小的原则，胶束非极性端聚集。
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b.上相微乳液
M σMW
W W
油包水结构water-in-oil，油外相，含油相 油+膜σo，水 +膜σw，σo< σw， 胶束极性端聚集。
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二.微乳液组成及性质
1.组成
油(hydrocarbon)+水(water)+活性剂 (surfactant)+助剂(co-surfactant)+电解质 (electrolytes)，按一定比例组成的高度分散 的低张力体系。
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油：模拟地层油（因有些原油成分复杂， 给配制带来困难），0-80%（体积比）。
（1）ai点为体系的总组成点（包括微乳液和过剩油）， Mi点为微乳液组成 点。 （2） WM1M2 ...MnMn1Mn2...O曲线称为双结点曲线，OMi连线称为系线。 （3）双结点曲线将相图分为两个区：单相区(顶部）和两相区（底部）。
下相微乳液系线的斜率为负，称为Ⅱ（-）型相图。
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