提高原油采收率原理(EOR)第五章-B
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EOR原理
第五章 碱 驱
Alkaline Flooding
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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 ☆碱会与地层和地层流体作用 ☆碱驱存在的问题、改善方法
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第一节 碱驱概述
碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。
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）
碱与石油酸反应生成活性剂，降低界面张力，提 高洗油效率。
整理ppt
？？？
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
(II)
H2O≒H++OH- (III)
在上述物质中，只有A－能有效地降低油水界面张力。 HA、NaA均没有A－那种界面活性。
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当水中无碱时，A－来源于反应（Ⅰ）。由于HA 在水中解离度很小，所以A－含量很少，油水界面 张力高。
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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后续水驱的流度。
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第二节 碱驱提高采收率的作用机理
一、低界面张力（LIFT）原理
这机理认为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的表面活性剂，可使油水界
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三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
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。
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源自文库
三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
饱和度的目的。
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图5－5 通过WW OW机理提高采收率
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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。
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；
（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→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。
在高的碱质量分数和低的盐含量下
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可提高油湿 油层和高含 水油层的采 收率
图5－4 通过OW WW机理提高采收率
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五、由水湿反转为油湿（WW OW）机理
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
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第二节 碱驱提高采收率的作用机理
碱驱机理实现的条件
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第三节 界面张力与碱质量分数曲线 的解释与应用
界面张力与碱质量分数的关系是碱驱的基础。
设原油中的酸性成分为HA，它可在水中解离：
HA≒H++A- (I)
HA与NaOH反应生成的表面活性剂NaA，也可在水中解
离：
NaA≒Na++A-
●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。
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第一节 碱驱概述
碱驱是一种二次采油法，也是一种三次采油法。 ☆最好用在二次采油的早期阶段，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。 ☆碱驱常用聚合物控制流度。
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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。
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
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十二酸钠浓体系增加水 的质量分数时胶束所经 历的变化
图5－6 十二酸钠 －水体系相图
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层状胶束、棒状胶束六角束、棒状技术、 球形胶束都可以增溶油 最佳碱体系驱替时，体系经历自乳化至聚 并，因此可以采取水驱难以采出的油。
图5－8 水驱难以采出的油
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七、增溶刚性膜机理
在三次采油时，油处在分散状态，沥青 质可在油水界面上形成一层刚性膜。这种 膜的存在，使油珠通过孔喉结构时不易变 形通过，使水不能有效排驱剩余油。碱水 的注入，增加了沥青质的水溶性，使它刚 性减小，提高了剩余油的流度能力。
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二、乳化-携带（Emuls-Entrain)机理
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，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。
余油变成连续的油相，为原油流动提供通道。与此同时，
在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形
成，这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用，
并在有水珠堵塞的孔隙介质中产生高的压力梯度。这高
的压力梯度能克服被低界面张力所降低的毛管阻力。油
是从乳化水珠与砂粒之间的连续油相这条通道排泄出去，
而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地层剩余油
第五章 碱 驱
Alkaline Flooding
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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 ☆碱会与地层和地层流体作用 ☆碱驱存在的问题、改善方法
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第一节 碱驱概述
碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。
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）
碱与石油酸反应生成活性剂，降低界面张力，提 高洗油效率。
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？？？
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
(II)
H2O≒H++OH- (III)
在上述物质中，只有A－能有效地降低油水界面张力。 HA、NaA均没有A－那种界面活性。
整理ppt
当水中无碱时，A－来源于反应（Ⅰ）。由于HA 在水中解离度很小，所以A－含量很少，油水界面 张力高。
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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后续水驱的流度。
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第二节 碱驱提高采收率的作用机理
一、低界面张力（LIFT）原理
这机理认为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的表面活性剂，可使油水界
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三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
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。
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三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
饱和度的目的。
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图5－5 通过WW OW机理提高采收率
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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。
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；
（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。
整理ppt
四、由油湿反转为水湿（OW→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。
在高的碱质量分数和低的盐含量下
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可提高油湿 油层和高含 水油层的采 收率
图5－4 通过OW WW机理提高采收率
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五、由水湿反转为油湿（WW OW）机理
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
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第二节 碱驱提高采收率的作用机理
碱驱机理实现的条件
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第三节 界面张力与碱质量分数曲线 的解释与应用
界面张力与碱质量分数的关系是碱驱的基础。
设原油中的酸性成分为HA，它可在水中解离：
HA≒H++A- (I)
HA与NaOH反应生成的表面活性剂NaA，也可在水中解
离：
NaA≒Na++A-
●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。
整理ppt
第一节 碱驱概述
碱驱是一种二次采油法，也是一种三次采油法。 ☆最好用在二次采油的早期阶段，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。 ☆碱驱常用聚合物控制流度。
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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。
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
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十二酸钠浓体系增加水 的质量分数时胶束所经 历的变化
图5－6 十二酸钠 －水体系相图
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层状胶束、棒状胶束六角束、棒状技术、 球形胶束都可以增溶油 最佳碱体系驱替时，体系经历自乳化至聚 并，因此可以采取水驱难以采出的油。
图5－8 水驱难以采出的油
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七、增溶刚性膜机理
在三次采油时，油处在分散状态，沥青 质可在油水界面上形成一层刚性膜。这种 膜的存在，使油珠通过孔喉结构时不易变 形通过，使水不能有效排驱剩余油。碱水 的注入，增加了沥青质的水溶性，使它刚 性减小，提高了剩余油的流度能力。
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二、乳化-携带（Emuls-Entrain)机理
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，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。
余油变成连续的油相，为原油流动提供通道。与此同时，
在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形
成，这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用，
并在有水珠堵塞的孔隙介质中产生高的压力梯度。这高
的压力梯度能克服被低界面张力所降低的毛管阻力。油
是从乳化水珠与砂粒之间的连续油相这条通道排泄出去，
而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地层剩余油