提高原油采收率原理(EOR)第六章-B

一、活性水驱（活性剂的浓度小于CMC）
以活性水作驱油剂的驱油法叫活性水驱。 活性水属稀表面活性剂体系，其中的表面活 性剂浓度小于临界胶束浓度。
二、胶束溶液驱（活性剂的浓度大于CMC，但 其质量分数不超过0.02）
以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱。 胶束溶液也属稀表面活性剂体系，其中表面活 性剂浓度大于临界胶束浓度，但其质量分数不 超过2×10－2。
油水比1：1
活性剂浓度不变
盐 可 以 调 整 值
HLB
图6－4 微乳随盐含量增加的相态变化
随着盐含量的增加，表面活性剂由亲水性变至亲油性，微 乳体系的类型由水外相微乳（L）变成油外相微乳（U）。
以微乳作驱油剂的驱油法叫微乳驱。
预冲段塞可以是盐水段塞或牺牲剂段塞
图6－5
微乳驱段塞图
1－剩余油；2－预冲洗液；3－微乳；4－聚合物溶液；5－水
单泡法—测定泡沫的寿命（起泡升至液面到破裂所需时间）。
搅拌法—由泡沫随时间的变化求出Lf=∫Vdt/VO).
可交替向地层注气泡剂溶液和气体，也可同时分别 从油套管注入地层。
图6－11 泡沫驱油效果 泡沫特征值：1－0.00(水驱)；2－0.72；3－0.85；4－0.91
乳状液驱是以乳状液作为驱油剂的驱油法。地面配好 后注入地层。酸性原油与碱水乳化后效果较好。
图6－7 相体积分数、界面张 力、采收率、磺酸盐滞留量 与盐含量的关系
图6－8 界面张力、表面活性剂增溶参数与盐含量关系
处于最佳盐含量下的中相微乳有以下特点 （图6－7、图6－8）：
(1)中相微乳与油的界面张力（σMO）和中相微乳与 水的界面张力（ σMW）处在相等的最低值。 （毛管阻力小-取决于最大一个界面张力。） （2）表面活性剂的滞留量最小。 （σ越低，界面层堆积越紧密，电荷密度越大， 静电斥力越大，滞留量越小。）
第六章 表面活性剂驱
Surfactant Flooding
第一节 什么叫表面活性剂驱
用表面活性剂体系作驱油剂的驱油法叫 表面活性剂驱。 表面活性剂体系 稀表面活性剂体系(如活性水、胶束溶液) 浓表面活性剂体系(如上相微乳、中相微 乳和下相微乳) 泡沫、乳状液也包括在表面活性剂体系 之中
表面活性剂驱包括下列的驱油法：
第三节
表面活性剂驱用的活性剂
一、磺酸盐型表面活性剂
石油磺酸盐是一类重要的磺酸盐型表面活性剂，它可 用磺化剂（如三氧化硫）将芳香烃含量高的石油或石油 馏分磺化再用碱中和制成： RArH＋SO3－RArSO3H RArSO3H＋NaOH－RArSO3Na+H2O
表6－1 石油磺酸盐的规格
成分 活性物 矿物油 水 硫酸钠
第六节 表面活性剂驱的进展
1、抗温抗盐表面活性剂的研制开发 2、泡沫驱油技术的完善与应用 3、超低界面张力的研究 4、表面粘弹性研究 5、聚合物改性（引入表面活性基团）
本章小结
上相微乳、下相微乳、泡沫驱、泡沫特征值等
• 一、基本概念：活性水驱、胶束溶液驱、微乳驱、 • 二、基本原理：微乳驱的准三组分相图分析；水
图6－1
微乳类型的转换
微乳的准（pseudo）三组分相图
另活 一性 组剂 分和 助 ；活 油性 为剂 一为 组一 分组 分 ； 准水 三和 组盐 分为
W
（a）水溶液表面活性剂 （b）油溶性表面活性剂 图6－2 微乳的准三组分相图 S－表面活性剂与助表面活性剂；W－盐水；O－油
S O——
图6－3 图6－2中A、B两点的相态
外相微乳驱的相图描述；微乳驱的段塞。
• 三、思考题：表面活性剂驱（四种方法）提高采
收率的机理分析；举例说明表面活性剂驱主要的活 性剂类型；适合表面活性剂驱油田的筛选标准是什
么；举例说明表面活性剂驱存在的问题及其进展。
W为控制流度的的聚合物溶液， X为驱油的水外相微乳组成， B为剩余油或水中的饱和度。
微乳性质与含盐量的关系
图6－6 水外相微乳驱的相图描述 聚合物溶液驱动水外相微乳的组成沿WX变化， 水外相驱动剩余油的组成沿XB变化。L的组 成变化先沿XM变化，后沿MW帽形的边沿线变 化。XM一段为混相的水外相微乳驱，MB一段 为非混相的水外相微乳驱。
二、乳化
用改性木质素磺酸盐作牺牲剂；用羟基铝（锆）预处 理地层，选用耐盐活性剂等。
类似碱驱，乳化机理也是表面活性剂驱的重要机理。表面 活性剂驱的产出液为原油与水的乳状液。
三、流度控制
可用聚合物溶液或泡沫控制流度。
由于表面活性剂体系流度大于油的流度，所以表面活性剂体 系也易沿高渗透层指进入油井而不起驱油作用。
>0.35 不限 >10 <2740 <93 砂岩
地层温度必须低于表面活性剂的浊点，界面张 力最好达到10-3mN/m。
第五节 表面活性剂驱存在的问题
一、滞留
表面活性剂在地层中有四种滞留形式，即吸附（主要吸附在蒙 脱石界面上）、溶解（在三次剩余油和水中溶解）、沉淀（由阴离 子型表面活性剂与多价金属反应生成）和与聚合物不配伍，由此产 生絮凝、分层。
气相氧化法和液相氧化法
三、非离子型表面活性剂
主要用有聚氧乙烯基的非离子表面活性剂。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。
平平加型表面活性剂，如：
OP型表面活性剂，如： Tween型表面活性剂，如：
四、非离子型-阴离子型表面活性剂
这是一类耐盐、耐高价金属离子的表面活 性剂，有下列几种：
（3）增溶参数VO/VS （单位体积表面活性剂增 溶油的体积）与Vw/VS （单位体积表面活性剂增 溶水的体积）达到相等的最大值。
（对水和油有最适宜的平衡关系） （4）采收率最高 由于中相微乳在最佳盐含量下有许多特点、优 点，所以中相微乳驱得到比油外相微乳驱或水 外相微乳驱好的驱油效果。
中相微乳M驱比油外相微乳驱U、水外 相散在液体中,以气体为分散相,液体为 连续相的分散体系 －固体泡沫和液体泡沫
泡沫驱是一种用泡沫作驱油剂的驱油法。
泡沫由水、气、起泡剂组成，起泡剂中除
表面活性剂外还有聚合物(增加体相粘度)和
盐(调整表面活性剂的亲水亲油平衡)。
泡沫属Bingham塑性流体。
泡沫特征值是描写泡沫性质的一个重要 数值。泡沫特征值是指泡沫中气体体积对 泡沫总体积的比值。 通常泡沫特征值是在0.52～0.99之间。
三采剩余 油与二采 剩余油之 比（水驱 10－6）
图6－16 Sorc/Soc与Nc的关系 （数据点由不同条件得出）
图6－18 相对渗透率曲线随油水界面张力的变化 油水界面张力 1－大于10mN· -1；2－接近0.5mN· -1；3－接近0mN· -1 m m m
界面张力降低→毛管阻力降低→剩余油 饱和度和束缚水饱和度降低→采收率提高
耐盐性能好，耐高价金属离子
第四节 表面活性剂驱油田的筛选标准
参数 密度 原油 粘度 成分 矿化度/（mg/l） 水 Ca2+、Mg2+含量/ （mg/l） 含油饱和度/Vp 厚度/m 油藏 渗透率×103/μm2 埋深/m 温度/℃ 岩性 要求 <0.934 <35 轻烃含量高 <4×104
<500
表面活性剂浓度10倍于临界胶束浓度或更大的 浓度时，胶束一般是非球形的。 (棒状、棒状胶 束六角、层状胶束等）
在胶束溶液中，除了表面活性剂外，还需加入 醇和盐。
三、微乳驱（表面活性剂的质量分数超过0.02) 微乳的组成和类型: 微乳组成：微乳属浓表面活性剂体系，由 水、油、活性剂、助活性剂、盐组成。 微乳类型：水外相微乳、油外相微乳、中 相微乳（过渡态）
3、乳化机理
驱油用的表面活性剂可稳定水包油乳状 液。 乳化的油不易重新粘湿润湿回地层表面， 提高了洗油效率。 乳化的油在高渗透层产生叠加的Jamin
效应，可使水较均匀地在地层推进，提高
了波及系数。
4、提高表面电荷密度原理
图6－13 驱油过程中提高表面电荷密度的作用
阴离子活性剂的吸附，提高了电荷密度， 增加了地层与油珠的静电斥力，易被带走， 提高了洗油效率。
w(成分)×102 50～80 5～30 2～20 1～6
合成磺酸盐是另一类重要的磺酸盐型表面活性剂。 可由相应的烃类（如烷烃、烷基苯、烷基甲苯、 烷基二甲苯）用相应的合成方法制得。烷基磺酸 盐、烷基芳基磺酸盐，α－烯烃磺酸盐等属这一类 磺酸盐。
二、羧酸盐型表面活性剂
石油羧酸盐是一类重要的羧酸盐型表面活性剂， 它由石油馏分通过气相氧化得石油羧酸，再用碱 皂化石油羧酸得石油羧酸盐。 但是羧酸盐型表面活性剂的耐盐、耐高价金属 离子的能力远不如磺酸型表面活性剂。
第二节 表面活性剂提高采收率的机理
表面活性剂驱提高采收率的原因与碱驱大体相同
一、活性水驱机理
1、低界面张力原理
w粘附＝ 油水 1＋ cos ） （
式中，w粘附－粘附功； σ油水－油水界面张力； θ－油对岩石表面的润湿角。
活性剂吸附—降低界面张力—粘附功减小— 洗油效率提高
2、润湿反转机理
图6－12 表面活性剂使地层表面润湿反转
三、微乳驱机理
微乳驱有胶束溶液驱的全部机理，即 1. 低界面张力机理； 2.润湿反转机理； 3.乳化机理； 4.增溶机理； 5.提高表面电荷密度机理； 6.聚并形成油带机理。 由于微乳属浓表面活性剂体系，所以微 乳驱在增溶机理和提高表面电荷密度机理 上比胶束溶液驱更突出。
四、泡沫驱机理
泡沫的分散介质为表面活性剂溶液，根据 表面活性剂在其中的的浓度，它应具有活性 水或胶束溶液的性质，因此具有与它们相同 的驱油机理。 泡沫驱还有两个提高采收率的机理。 1. 通过Jamin效应的叠加，提高驱动介质的 波及系数。 2. 驱油泡沫中的气泡，可依孔道的形状而变 形，能有效地将波及到孔隙中的油驱出，提 高洗油效率。
5、聚并形成油带机理 若从地层表面洗下来的油越来越多， 则它们在向前移动时可发生相互碰撞， 产生聚并，形成油带。