提高原油采收率原理 EOR第五章

1
1% Na CO
2
3
0.8% Na CO
2
3
0.6% Na CO
0.1
2
3
IFT/(mN/m)
0.01
1E-3 0
20
40
60
80
100
t/min
不同浓度碳酸钠与陈庄13-15的动态界面张力
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
影响碱水—原油界面张力的因素
原油中的酸性物质 碱 量 水中的含盐量
原油中的酸性物质
第一节 碱驱概述
☆最好用在三次采油的早期阶段，因为这时含油 饱和度高，油多，油中的酸与碱反应生成的表面活
性物质也高；而且此时的krw低，λw低，Mwo低，
波及系数高，采收率高。
图5－1 碱驱的段塞图 1－剩余油；2－淡水；3－碱溶液；4－聚合物溶液；5－水
由于地层中的钙镁离子可与碱反应而消耗碱， 因此在注碱溶液前需注入一段塞的淡水；之后再 注入聚合物段塞以控制流度。
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
w(NaOH ) :1 0(水驱）；2 0.005%; 3 0.01%;4 0.05%
碱驱与水驱的驱油效果对比
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
一、低界面张力（LIFT）原理
在低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下，碱与原油中酸性成分反应生
成表面活性剂，可使油水界面张力降至10－2mN·m-1以下。
从粘附功公式可以看到，油水界面张力低意味着粘附功小，即油易从岩 石表面洗下来，提高了洗油效率。
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。
碱与石油酸反应生成活性剂，降低了界面张力， 提高了洗油效率。
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
原油中的石油酸
（3）碱水突破前采油量可以增加；
（4）油珠的聚并性质对过程有有利的影响。
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四、由油湿反转为水湿（OW
（碱含量1%～5%,盐含量﹤5% ）
WW）机理
在高的碱质量分数和低的盐含量下，碱可通 过改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性剂在 水中的溶解度而解吸，恢复岩石表面原来的亲 水性，使岩石表面由油湿反转为水湿，提高洗 油效率，同时也可使油水相对渗透率发生变化， 形成有利的流度比，提高波及系数。
三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
（碱含量﹤1%,盐含量﹤0.5% ）
在低的碱质量分数和低的盐含量下，由于低界面张力使油乳化 在碱水相中，但油珠半径较大，因此当它向前移动时，就被捕集， 增加了水的流动阻力，即降低了水的流度，从而改善了流度比， 增加了波及系数，提高了采收率。
按此机理，碱驱应有如下特点： （1 ）油可在碱水相中形成乳状液； （2）分散的油珠会被捕集在较小孔道，改善了碱驱的波及系数；
EOR原理
第五章 碱 驱
Alkaline Flooding
第五章 碱 驱
本章主要内容 ☆碱驱提高采收率的基本机理 ☆界面张力与碱质量分数关系曲线及其应用 ☆什么原油适合于碱驱 ☆碱与地层和地层流体作用 ☆碱驱存在的问题、改善方法
第一节 碱驱概述
碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。
●碱驱是一种提出最早（1917年） ●1927年申请第一个专利 ●试验最早（1930年），化学剂最便宜，操作最简单 ●美国进行了50个碱驱矿场试验，都未获得工业成功。驱 油机理最复杂，限制也多，因此矿场试验的规模和范围远 小于聚合物驱的一种提高采收率方法。
图5－5 通过WW OW机理提高采收率
六、自发乳化与聚并机理
在最佳的碱质量分数下，原油可自发乳化到碱水之中。 这种自发乳化现象是由于油中的石油酸与碱水中的碱在 表面上反应产生表面活性剂，先是浓集在界面上，然后扩 散至碱水中引起的。 油中的石油酸主要为羧酸，它可与碱（氢氧化钠）反应 产生羧酸钠。羧酸钠在水中的聚集状况，决定于它的质量 分数。
碱量
碱量低
碱量较高
碱量高
先和酸性较强的 石油酸反应
最佳碱量
相继和酸性较弱的 石油酸反应
增加水相极性
形成亲水能力较强的 界面张力超低 表面活性剂
相继形成亲油能力 较强的表面活性剂
增加界面张力
低界 面张 力区
图5－2 一种原油的界面张力与氢氧化钠质量分数关系
碱的质量分数一般低于0.01
盐含量/(mg·L-1)： （1）－3.5×104；（2）－3.0×104 ； （3）－2.0×104 ；（4）－1.0×104 ； （5）－0.5×104 ；（6）－0.1×104 ； （7）－0。
五、由水湿反转为油湿（WW OW）机理
（碱含量1%～5%,盐含量5～15% ）
（1）在高的碱质量分数和高的盐含量下，碱与石油酸反应生成 的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上来，使岩石表 面从水湿转变为油湿。这样，非连续的剩余油可在其上形成连续 的油相，为原油流动提供通道． （2）碱驱生成的表面活性剂的亲油性和它产生的低界面张力， 导致油包水乳状液的形成 （3）乳状液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人压力提高．高的 注入压力迫使油从乳化水珠与岩石表面之间的连续油相这条通道 排泄出去，留下高含水率的乳状液，达到提高原油采收率的目的。
C17H35COOH
研究表明，原油中含 有脂肪酸、环烷酸和芳香 酸等各类羧酸。
脂肪酸主要是正构的，
现已鉴定出碳数到34的全
部正构脂肪酸，但也存在
少量轻度异构的脂肪酸。
R
*
COOH
COOH
CH2
COOH
n
原油中的石油酸
沥 青 质 模 型
原油中的部分酸性物质可以和碱反应，生成 具有一定亲水亲油平衡能力的表面活性剂。
随着盐含量升高，低界面张力区增大，继 续升高，低界面张力区变窄，所以要有一
个最佳盐含量。 最佳盐含量在10000mg/L以下
图5－3 不同盐含量下界面张力与氢氧化钠质量分数的关系
二、乳化-携带（Emuls-Entrain)机理(碱含量小于
1%,盐的含量0.5～1.5%）
在低的碱质量分数和低的盐含量下，由碱与石油 酸反应生成的表面活性剂可使地层中的剩余油乳化， 形成微分散状的O/W型乳状液，并被碱水携带着通 过地层。 按此机理，碱驱应用有如下特点： （1）可以形成油珠相当小的乳状液； （2）通过乳化提高碱驱的洗油效率； （3）碱水突破前采油量不可能增加； （4）油珠的聚并性质对过程有较大影响。
酸性物质亲油基较小
酸性物质亲油基适中 酸性物质亲油基较大
酸性物质与碱反应 速度较快
酸性物质与碱反应 速度适中
酸性物质与碱反应 速度较慢
生成物亲水能力较强
生成物亲水亲油能力 平衡
生成物亲油能力较强
降低界面张力能力差 降低界面张力能力最好 降低界面张力能力差
通常认为C数为12-18时，像带有COO-的表活剂的活性最好