表面活性剂驱油机理
提高原油采收率原理EOR第六章表面活性剂驱
微乳的类型: 微乳类型：水外相微乳、油外相微乳、中相微乳（过渡态）
图6－1 微乳类型的转换
微乳类型决定于：活性剂的类型、使用温度、油的性质 （如烃的碳数）、水中的电解质（种类和浓度）、体系 中的助表面活性剂（种类和浓度）
微乳的准（pseudo）三组分相图
（a）水溶性表面活性剂 （b）油溶性表面活性剂 图6－2 微乳的准三组分相图
四、泡沫驱
泡沫配制 水：淡水，也可用盐水 气：氮气、二氧化碳气、天然气、炼厂气或烟道气 起泡剂：主要是阴离子型表面活性剂或非离子型表面活
性剂 在起泡剂中还可加入适量的聚合物（提高水的粘度，从 而提高泡沫的稳定性）和盐（调整表面活性剂的亲水亲 油平衡）。
四、泡沫驱
对起泡剂的亲水基而言，在亲油基选定后，亲水基的亲水性强一些 为好，这主要是亲水基的亲水性越强，形成气泡膜的排液速度越小， 泡沫越稳定；亲水基的亲水强弱参考如下顺序：
图6－3 图6－2中A、B两点的相态
O——
W
一活 组性 分剂
和 ；助 油活 为性 一剂 组为 分一
组 分 准； 三水 组和 分盐 为 另
S
油水比1：1
活性剂浓度不变
盐 可 以 调 整 值
HLB
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）。
图 4-5 30℃不同含盐量时相体积的变化（1）5g/LNaCl，形成水外相微乳；（2）15g/LNaCl，中相微乳； （3）25g/LNaCl，形成油外相微乳；（4）100g/LNaCl
地面发泡：将气体通过浸在起泡剂溶液中的发泡器进行发泡，然 后将泡沫注入地层中。 地下发泡：将水、气和起泡剂注入地下，利用孔隙的分散和机械 作用，在油藏中生成泡沫。
表面活性剂驱油机理
1. 表面活性剂驱油机理在驱替方程中如何表征在注入水中添加表面活性物质可改善常规注水的采收率，其主要机理如下：（1）向水中加入表面活性剂可以明显地降低油水接触面上的表面张力，油滴更容易变形，结果降低了将其排出孔隙喉道必需的功，同时也增加了原油在地层中的流速。
（2）使选择性润湿接触角变小，使岩石颗粒表面水润湿性加强，即使岩石更加亲水。
（3）表面活性剂水溶液能够清洗掉以薄膜形式覆盖在岩石表面的原油，使得这些油膜破裂并被冲洗出来。
表面活性剂可以吸附在油水界面上，取代原油在岩石上形成牢固吸附层的那部分活性原油组份，使原油不易束缚在岩石上。
（4）表面活性剂使地层孔隙毛管中的弯液面发生变形，加强毛管力作用，增强了水利用毛管渗吸进入饱和有原油的孔隙介质的深度以及渗吸的速度。
（5）在表面活性剂作用下原油在水中弥散作用加强，不但使油滴逐渐变小，而且增强了这种原油分散体的稳定性，从而使油滴重新合并以及在岩石表面上粘附机率大大减少，导致相渗曲线右移现象，即向水润湿方面移动，表明残余油饱和度下降。
（6）表面活性剂能吸附到结构性原油的某些组份上，并减弱它们之间相互作用，使原油粘度下降。
综上所述，表面活性剂主要作用在油水界面处及岩石表面处，即在油水界面处降低界面张力，改变岩石表面的润湿性。
二者的共同作用提高采收率。
以一单元体表征表面活性剂水溶液的流动过程。
考虑一单元体，如图所示，宽为b ，高为H ，表面活性剂水溶液流速为v w ，含水饱和度为S w ，表面活性剂浓度为C 。
则d td t d t d t 其中，A 为单元体中表面活性剂量。
根据物质平衡条件：流入量−流出量=水中表面活性剂增量+吸附量。
其中，水中表面活性剂增量为单元体中水中的表面活性剂的量，作用在油水界面处；吸附量为吸附在岩石表面及结构性原d w v bHC td x t油的某些组分上。
二者共同构成了表面活性剂在单元体中的滞留量。
根据此物质平衡条件，可得方程：化简得：方程左边为表面活性剂在单元体中的滞留，包括油水界面和岩石表面。
三次采油用高分子表面活性剂
1.1 三次采油概述在原油开采过程中，初次采油一般依靠地底压力让原油自喷而出；此后由于地下压力减小，不得不往地下注水将油驱出，称为二次采油。
当前，我国多数油田处于二次采油的晚期，每百吨采出液体中，含水量达95吨。
而且，经过上述两次采油，我国综合原油采收率只有30%多一些；也就是说，有60%多的石油仍然留在地下无法采出。
因此，进行三次采油、提高原油采收率，是减缓我国多数油田衰老速度、维持我国原油稳产、减少我国对国外原油依赖程度的战略要求。
三次采油技术中，以化学驱油技术最为实用、具有十分美好的发展前景。
1.2 化学驱油技术1.2.1 采油原理采油中过程中，会用到各种用剂，如驱油剂、水井调剖剂、油井堵水剂、防砂用剂、防蜡剂与清蜡剂、防垢剂与除垢剂、稠油开采用剂、粘土稳定剂、金属缓蚀剂、水处理剂、示踪剂、酸化用剂与压裂用剂等。
For personal use only in study and research; not for commercial use在各种采油用剂中，可分主剂和添加剂(助剂)。
主剂决定着采油用剂的主要性能，而添加剂是为了完善、提高主剂的性能或减少主剂对油水井和地层伤害而加入其中的物质，如驱油剂中加入牺牲剂，防砂胶结剂中加入稀释剂、增韧剂和偶合剂，在酸液中加入缓速剂、缓蚀剂、润湿剂、互溶剂、防乳化剂、助排剂、铁稳定剂、粘土稳定剂，防淤渣剂、转向剂等[1]。
1.2.2 化学驱油机理(1) 聚合物驱油聚合物驱油技术以提高注入驱替相粘度、改善油藏流体中油水流动的流度比为手段，从而达到扩大波及程度、提高油藏采收率的目的。
对于非均质油藏而言，它是油田开发后期提高采收率的主要技术手段[2-3]。
(2) 表面活性剂驱油在驱油化学用剂中，常使用复合驱，其中表面活性剂有其不可忽视的特定作用。
加入的表面活性剂将吸附在油水界面和岩石表面上，从而改变油水界面张力和岩石的润湿性，由此而产生的各种作用都对原油的采收率有影响。
聚合物、表面活性剂与二元驱特点与机理
聚合物、表面活性剂及二元复合驱一、聚合物、表面活性剂及二元复合驱特点分析1、聚／表二元复合驱特点◆优点(1)属于无碱体系，可以减少多价金属离子沉淀、岩石矿物溶蚀、井筒结垢、采出原油破乳困难等现象。
(2)其粘度和弹性比三元体系高很多，因此其驱油效率和波及体积有可能更大，采收率更高。
(3)可使用低分子量的聚合物，不需要加碱，减少了碱溶解岩石中的粘土而产生的地层伤害问题，具有更宽的油藏适用范围。
(4)现场配置设备和工艺比三元体系简单，更适合海上油田应用。
(5)化学药剂成本比三元体系低，相应的投资成本降低。
(6)相同条件下，聚／表二元复合体系注入压力比聚合物驱低，有利于矿场实施。
◆缺点(1)对表面活性剂的要求严格，必须在无碱无盐的条件下使体系达到低(超低)界面张力，以增加体系的洗油效率，因而能够促进一系列新的、效果更好的驱油用表面活性剂的研制、开发和生产。
(2)认为油水平衡界面张力只有达到10-3 mN／m数量级的超低值，才能大幅度地提高采收率，这就大大缩小了选择表面活性剂的范围。
在此基础上，还要考虑表面活性剂在高矿化度的地层水中具有理想的溶解性。
(3)由于温度和盐度使得聚合物分子在地层水中的构相呈收缩和卷曲状态，使得复合体系的表观粘度较低。
为了能使油层的波及效率达到理想的效果，不得不大幅度地提高聚合物的用量，最终导致聚合物的用量成倍增加，从而大幅度降低了复合驱的经济效果。
理论上讲，由于聚合物的加入，聚/表二元复合驱能够较好的控制流度，而表面活性剂的低界面张力性质，能够促使残余油的启动，因此能够既扩大波及体积又能提高微观驱油效率。
如果驱油体系选择适当，能够比聚合物多采出由于界面张力降低而采出的油，其驱油效果不小于三元复合驱，同时还能够减少乳化对产能和乳化液处理带来的负面影响，消除了三元复合驱中含碱带来的结垢等一系列问题。
2、聚合物驱的特点◆优点聚合物驱的优点为既能提高驱油效率，又能提高波及体积，并能较大幅度地降低表面活性剂的用量，从而使其具有技术经济可行性。
表面活性剂驱油
实验结果与分析
驱油效率
通过对比不同表面活性剂的驱油效率，分析 表面活性剂性能的优劣。
采收率
评估表面活性剂对提高采收率的作用，分析 其对油藏的增采潜力。
影响因素
分析实验过程中温度、压力、注入速度等参 数对驱油效果的影响。
适用性
评估不同类型表面活性剂在不同油藏条件下 的适用性。
案例分析
案例选择
选择具有代表性的实际油田作为案例研究对象。
非离子型表面活性剂
总结词
非离子型表面活性剂是一种温和型表面活性剂，具有低毒、 低刺激性和良好的生物降解性。
详细描述
非离子型表面活性剂在水溶液中不发生电离，其分子结构中 含有的亲水基团和疏水基团平衡作用使其具有降低表面张力 和油水界面的能力。非离子型表面活性剂具有较好的耐硬水 性能和抗盐性，适用于多种水质条件。
环保领域
1 2
废水处理
表面活性剂能够降低油水界面张力，促进油滴的 分离和沉降，用于废水中的油类物质的去除。
土壤修复
对于土壤中的油类污染，表面活性剂可以用于增 强油滴的分离和回收，实现土壤修复。
3
溢油处理
在海上或陆地发生的油类泄漏事故中，表面活性 剂可用于降低油膜的厚度和粘性，加速油滴的沉 降和回收。
原理
表面活性剂能够吸附在油水界面上，降低油水界面张力，使残余油易于被采出。 同时，表面活性剂能够改变岩石表面的润湿性，使亲油岩石变为亲水岩石，提 高洗油效率。
表面活性剂驱油的重要性
01
提高采收率
通过降低油水界面张力，表面活 性剂驱油能够将残余油从岩石表 面释放出来，从而提高采收率。
节约资源
02
03
其他领域
01
02
聚表二元复合驱
4
聚-表二元驱数学模型
2、边界条件 边界条件可分为外边界条件和内边界条件。 曲外边界条件（外边界定流量）：
曲内边界条件（定产液量）：
4
聚-表二元驱数学模型
聚表二元驱主要是通过改变流体的粘度、油水的界面 张力、从而提高采收率，降低残余油饱和度Sor.
4
聚-表二元驱数学模型
聚合物溶液粘度
1
表面活性剂驱油机理
2
聚合物驱油机理
3
表面活性剂-聚合物协同驱油机理
4
聚-表二元驱数学模型
1
表面活性剂驱油机理
表面活性剂驱：指以表面活性剂体系作为 驱油剂的驱油法。
1
表面活性剂驱油机理
1.降低界面张力：
表面活性剂的加入能较大幅度地降低油水界面张力, 减小残余油饱和度,一个好的体系可以使界面张力由通常 的10^-1mN/m降至10^-3mN/m以下,从而使毛管 数达到10^-2,残余油可基本驱出
表面活性剂-聚合物驱替图：
3
表面活性剂-聚合物协同驱油机理
聚表二元驱中，表活剂主要降低油水 界面张力，减小残余油饱和度，聚合物驱 油提高采收率主要是通过扩大波及系数来 实现，同时聚合物驱也可以通过粘弹性提 高驱油效率。二者通过协同作用，共同提 高采收率。
4
聚-表二元驱数学模型
定解条件
1、初始条件：初始条件就是给定某一选定的初始时(t=0) ，油藏的压力分布、饱和度分布、各组分浓度分布。
1
表面活性剂驱油机理
毛管数与残余油关系图：
1
表面活性剂驱油机理
2.润湿反转机理
低盐浓度下,驱油活性剂的亲水性大于亲油性,通过吸 附,可使地层表面由亲油反转为亲水,在水湿毛管力为动力, 提高了驱油介质的洗油效率.
表面活性剂在三次驱油中的应用PPT课件
油酸钠等
18
三.三次采油用表面活性剂的研究趋向
1表面活性剂的复配
1.1 适合弱碱和无碱表面活性剂复配体系的研发 目前三次采油中用量最大的两类表面活性剂——石油磺酸盐和烷基苯磺酸
盐，均需要加入碱甚至强碱(NaOH)才能与原油形成10-3mN/m 数量级的超低 界面张力。然而，碱的使用会导致地层伤害、设备腐蚀、采出液处理困难以 及聚合物用量大等问题。
5
3.润湿反转
通过改变岩石的润湿性，使油水的相对渗 透率向有利于油流动的方向改变。
6
4.乳化
驱油用的表面活性剂的 HLB 值一般在7-18， 它在油水界面上的吸附可稳定水包油乳状 液。乳化的油在向前移动中不易重新粘湿 润湿性地层表面，提高了洗油效率。
7
6.聚并形成油带
若从地层表面洗下的油越来越多，则它们在向前移动时， 可发生相互碰撞。当碰撞的能量能克服它们之间的静电斥 力产生的相斥的能量时，就可聚并。油的聚并可形成油带， 油带在向前移动时又不断将遇到的分散的油聚并进来，使 油带不断扩大，最后从油井采出。
20
3 三元复合驱油体系的研究动态
对三元复合驱油体系，机理研究表明：表面活性 剂、碱和聚合物联合驱替效果最佳；碱与聚合物 可改善表面活性剂的界面张力，而表面活性剂和 碱的存在又可增强聚合物的黏度。三种成分在低 浓度下大都相互匹配，可同时增强整体效果。
21
专业：纺织化学与染整工程
主讲人-刘锴 组员-陈若阳 夏先广 刘林云
9
双子表面活性剂
低临界胶束浓度 高表面活性 强增粘性 高水溶性
10
磺酸盐双子表面活性剂Fra bibliotekA memorable trip
11
羧酸盐双子表面活性剂
驱油用表面活性剂的发展
驱油用表面活性剂的发展一、概述随着石油资源的日益枯竭和开采难度的不断增大，提高原油采收率成为石油工业面临的重要挑战。
在这一背景下，驱油用表面活性剂的研究与应用逐渐受到广泛关注。
表面活性剂作为一种具有特殊分子结构的化学物质，能够在油水界面形成稳定的乳状液，从而改善原油的流动性，提高采收率。
驱油用表面活性剂的发展历程可追溯到20世纪初期，随着科学技术的不断进步，其种类和应用范围也在不断扩大。
驱油用表面活性剂已经形成了包括磺酸盐类、羧酸盐类、非离子型等多种类型在内的完整体系。
这些表面活性剂在油田开采中发挥着越来越重要的作用，不仅提高了原油采收率，还降低了开采成本，为石油工业的可持续发展提供了有力支持。
驱油用表面活性剂的研究与应用仍面临诸多挑战。
高温高盐油藏、稠油油藏、低渗透油藏等特殊油藏的开采条件对表面活性剂的性能提出了更高要求；另一方面，环保法规的日益严格也要求表面活性剂在生产和使用过程中必须满足环保要求。
未来驱油用表面活性剂的研究将更加注重高性能、环保型产品的研发与应用，以满足石油工业对高效、环保开采技术的迫切需求。
驱油用表面活性剂作为提高原油采收率的重要手段之一，在石油工业中发挥着不可替代的作用。
随着科学技术的不断进步和环保要求的日益严格，驱油用表面活性剂的研究与应用将迎来更加广阔的发展前景。
1. 驱油用表面活性剂在石油开采中的重要作用在石油开采领域，驱油用表面活性剂发挥着举足轻重的作用。
表面活性剂作为一种特殊的化学剂，其分子结构既包含亲水基团又包含疏水基团，这一特性使得它能够在油水界面产生显著降低表面张力的效果。
通过注入表面活性剂，油层中的原油与水的界面张力被大幅度降低，从而增强了原油的流动性，使原本难以流动的石油变得易于开采。
表面活性剂还能够提升地层内部的润滑性，减少石油在流动过程中因摩擦力而滞留在孔洞中的现象。
这种润滑性的提升不仅有助于石油的顺畅流动，还能够减少开采过程中的机械阻力，提高开采效率。
表面活性剂剥离岩石表面原油的微观作用机理
表面活性剂剥离岩石表面原油的微观作用机理
表面活性剂是一种在水和油之间起到介质作用的物质，它能够
降低油的表面张力，并将其分散在水中形成乳状液体。
在岩石表面
原油的微观作用机理方面，表面活性剂通过以下机制起作用：
1. 渗透作用：表面活性剂通过渗透作用进入岩石孔隙中，将原
油从岩石孔隙中分离出来。
2. 亲油性作用：表面活性剂拥有亲油性，可以与原油中的烃类
相互作用，并形成亲油性复合物。
这些复合物可以使原油分散在水中，便于分离和处理。
3. 电化学作用：表面活性剂也可以通过电化学作用与岩石表面
发生相互作用，并改变岩石表面的电性质。
这种改变将导致岩石表
面产生电双层，使原油从岩石表面脱离。
总之，表面活性剂通过渗透、亲油性和电化学作用等多种机制，可以有效地剥离岩石表面的原油。
表面活性剂驱油技术
表面活性剂驱油技术在三次采油中，二元复合驱是有效利用聚合物的粘度和活性剂的活性的驱油技术。
与单一注聚相比，能更加有效地获得降水增油效果，更大幅度地提高采收率。
目前胜利油田复合驱项目规模逐年扩大，驱油效果逐渐显现，其中：在孤东油田、孤岛油田见到明显的效果。
在复合驱中活性剂作为其中的一种重要组分起着增加洗油效率的重要作用，由于不同区块的油藏地质条件差别较大，我公司成立专门的研究小组研究适用于不同区块复合驱的活性剂。
即HX系列新型非离子-阴离子型表面活性剂体系。
HX驱油用表面活性剂是一种适合在高温、高矿化度条件下使用的新型非离子-阴离子两性表面活性剂。
该表面活性剂既保持了非离子、阴离子表面活性剂的优点,又克服了各自的缺点,是一类性能优良的驱油用表面活性剂。
HX驱油用表面活性剂是由多种活性成份组成，兼具非离子、阴离子活性剂的优点，但比阴离子活性剂耐盐能力更强，又比非离子活性剂更耐高温，并且与聚合物有良好的兼容性。
该剂地层条件下稳定，不分解，可在高达270℃的条件下使用。
其主要特点：能显著降低油水之间的界面张力，0.5%的活性剂即可将油水界面张力降至1×10-3 mN.m-1；具有良好的热稳定性和水解稳定性；具有良好的耐盐性；具有极强的增溶性能和突出的分散性能；与其他表面活性剂具有优异的配伍性。
可广泛应用于油田二元、三元复合驱油用表面活性剂体系，或直接做驱油剂使用。
1、HX驱油用表面活性剂技术指标2、HX驱油用表面活性剂结构特点根据胜利油田的实际情况，我们对研发的表面活性剂有以下要求：◆表面活性剂体系性能稳定，在油砂上吸附量小，并能够显著降低界面张力；◆以胜利石油磺酸盐为主剂，所研制的产品与之配伍性好；◆与石油磺酸盐的复合体系与聚合物配伍性好；◆经济可行。
研究思路：以常用的适应性较强的聚醚类活性剂为主，经过适当的改性合成阴离子非离子两性活性剂根据以上思路，合成了如下结构式的活性剂：R1—C--O R2R3M其中：R1为聚醚碳链；R2为烷基或环烷基碳链（根据区块的油品性选用不同的基团）；R3为阴离子基团，可为羧酸盐也可为硫酸基或磺酸基团，本研究中采用磺酸基；M为金属离子。
课件3-第三章 表面活性剂驱 (提高采收率)
十六烷基酸钠
符号表示
亲油基
亲水基
亲油基一般是碳氢链，而亲水基一般是－COOM(羧酸基）、一SO3M(磺酸基)、－OSO3M(硫酸基)
等，M表示的是金属原子。
提高采收率原理
3.1 表面活性剂
2、类型 阴离子型活性剂:
第三章 表面活性剂溶液驱油
3.1 表面活性剂 3.2 活性剂水溶液性质 3.3 驱油机理
提高采收率原理
3.1 表面活性剂 3.2 活性剂水溶液体系 3.3 驱油机理
第三章 表面活性剂溶液驱油
提高采收率原理
3.1 表面活性剂
第三章 表面活性剂溶液驱油
3.1 表面活性剂 3.2 活性剂水溶液体系 3.3 驱油机理
表面活性剂是指能够在溶液中自发地吸附于两相界面上，并能显著 地降低该界面自由表面能(表面张力)的物质。 两相界面层的自由表面能：
被驱替原油之间的界面，达到混相驱油的效果。 聚并形成油带机理
提高采收率原理
3.3 驱油机理
3、微乳液驱
第三章 表面活性剂溶液驱油
3.1 表面活性剂 3.2 活性剂水溶液体系 3.3 驱油机理
利用胶束、微乳液的正异常液特性，缓解剖面、平面、结构上的非均质
对波及系数的影响，提高采收率。
图1：被驱替的油聚并为油带
图2：油带在向前移动中不断扩大
提高采收率原理
3.3 驱油机理
2、胶束溶液驱 与活性水相比，胶束溶液有两个特点：
第三章 表面活性剂溶液驱油
3.1 表面活性剂 3.2 活性剂水溶液体系 3.3 驱油机理
表面活性剂浓度超过临界胶束浓度，因此溶液中有胶束存在。胶束可增 溶油，提高了胶束溶液的洗油效率 ； 是胶束溶液中除表面活性剂外，还有醇和盐等助剂的加入。醇和盐等助
驱油剂的工作原理
驱油剂的工作原理驱油剂是一种常用的化学剂，它的工作原理是通过一系列化学反应和物理作用来清除油污。
驱油剂主要由表面活性剂、溶剂和辅助成分组成。
下面我将详细介绍驱油剂的工作原理。
驱油剂中的表面活性剂起到了关键作用。
表面活性剂分为阳离子、阴离子、非离子和两性离子等多种类型。
它们能够降低液体表面的张力，使油污和水能够更好地混合在一起。
当驱油剂喷洒到油污表面时，表面活性剂会迅速扩散并吸附在油污颗粒的表面上，形成一层薄膜。
这层薄膜能够使油污颗粒与水分子更好地结合，从而使油污变得更易于清除。
驱油剂中的溶剂也起到了重要作用。
溶剂可以与油污发生化学反应，使其分解或溶解。
常见的溶剂有石油醚、醇类、酮类等。
当驱油剂中的溶剂与油污接触时，它们会迅速渗入到油污内部，与其中的化学物质发生反应。
这些反应可以将复杂的油污分子分解成较简单的物质，使其变得更易于处理和清除。
驱油剂中的辅助成分也起到了一定的辅助作用。
辅助成分可以提高驱油剂的性能和效果。
例如，一些驱油剂中添加了乳化剂，可以使油污与水形成乳状液体，更便于清洗。
还有一些驱油剂中添加了抗氧化剂，可以减少油污在空气中氧化的速度，延长驱油剂的使用寿命。
驱油剂的工作原理是通过表面活性剂、溶剂和辅助成分的相互作用，来清除油污。
表面活性剂能够降低油污与水之间的界面张力，使其更易于混合和清除。
溶剂可以与油污发生化学反应，将其分解或溶解。
辅助成分则可以提高驱油剂的性能和效果。
通过这些作用的协同作用，驱油剂能够有效地清除各种类型的油污，保持环境的清洁和安全。
驱油剂在石油化工、环保等领域具有广泛的应用前景。
表面活性剂在三次驱油中的应用
碱可以与原油中的酸性物质反应，生成表面活性剂和聚合物可以增稠驱替液， 提高洗油效率。同时，聚合物还可以起到调剖作用，扩大波及范围。
低浓度表面活性剂驱油技术
总结词
该技术利用低浓度的表面活性剂实现三次驱油，具有成本低、环保性好的优点。
详细描述
低浓度表面活性剂可以在较低的浓度下发挥较好的驱油效果，同时减少了对环境 的污染。此外，低浓度表面活性剂还可以与其他化学剂复配使用，进一步降低成 本和提高采收率。
提高采收率。
在三次驱油过程中，表面活 性剂可以扩大波及体积，提 高驱替效率，从而提高采收
率。
表面活性剂的应用需要根据油 田的实际情况进行优化，包括 驱替前的预处理、驱替过程中
的配方优化等方面。
03
表面活性剂在三次驱油 中的实际应用
聚合物微球/表面活性剂复合驱油技术
总结词
该技术结合了聚合物微球和表面活性剂的优点，通过提高采收率、降低油水界面张力、改善流度比等手段，实现 三次驱油。
问题。
技术发展趋势与展望
1 2 3
新型表面活性剂的开发
针对现有表面活性剂的不足，开发出稳定性好、 降低界面张力能力强、吸附损失小的新型表面活 性剂是未来的研究重点。
纳米技术在地层中的运用
利用纳米材料如纳米颗粒、纳米膜等改善地层岩 石表面的润湿性，降低油水界面张力，提高原油 采收率。
智能调驱技术的研究
改变岩石润湿性
表面活性剂能够改变岩石的润 湿性，使岩石由亲油性变为亲 水性或由亲水性变为亲油性。
改变岩石润湿性有助于提高油 珠在岩石表面的粘附力或降低 油珠粘附力，使油珠更容易被 水相带走。
选择合适的表面活性剂种类和 浓度，可以实现对岩石润湿性 的有效调控。
表面活性剂驱油机理的研究
表面活性剂驱油机理的研究（1）表面活性剂的微观驱油机理 Stegemeier把表面活性剂提高采收率的机理分为两大类，一是改变粘滞力和毛细管力的比值，二是改变流体的相体积。
即在微观上启动原油，并在宏观上进行驱替。
在具体油藏条件下，可以用降低油水界面张力的方法使毛细管数增加3～4个数量级。
一般原油、水界面张力在20～30mN/m范围内，使用适当的表面活性剂体系，界面张力可以降到超低，从而达到驱油的要求。
可以看出，超低界面张力可以极大地提高毛细管数。
换句话说，如果油水界面上的界面张力是油珠通过沙粒间狭窄通道时阻止油珠变形的主要因素，那么降低界面张力就可减少变形的阻力，使原油可以在通常的注水压差下被驱出。
另外，界面张力的降低可使岩石由油湿变为水湿，减小岩石对原油的束缚力，使油滴更易启动，可见超低界面张力是表面活性剂的驱油机理之一。
（2）流体相体积的改变 改变流体的相体积包括各种乳化作用，这是一种宏观上的驱油机理，主要有乳化夹带、乳化聚并和乳化捕集等。
能与原油形成中相微乳液的体系是有利的，因为中相与油相和水相间的界面张力都极低，所以驱油效率很高。
因此，我们在评价一个表面活性剂驱油体系时，要考察它的相变化。
在国内，李干佐等人对这种相态研究较多，他们使用相态法进行了天然羧酸盐体系配方的筛选，同时研究了Tween80的相性质，得出的结论是中相体积随盐度增大而减小，随油水比增大而增大。
王宝瑜等人研究了采出液的相态变化，对表面活性剂驱油的后继处理工作有一定的积极意义。
（3）碱的作用 有时加入碱更有利于低的界面张力，原因是碱与石油中的酸性成分反应生成的活性组分可以与表面活性剂产生有利的协同效应。
几位研究者已经发现，原油中的沥青质和树脂可与碱作用生成活性物质。
尤其是在重油中这两种成分的含量特别高，所以重油适于用碱驱油。
Jenmings通过界面张力和比重间的关联，显示出原油越粘稠越易与碱反应。
有些油田的原油，例如大庆原油，在没有碱的情况下，不能与表面活性剂体系产生超低界面张力，可见这种石油酸皂的生成也是表面活性剂的驱油机理之一。
试析表面活性剂驱油技术
试析表面活性剂驱油技术一、表面活性剂的驱油机理通过考察表面活性剂分子在油水界面的作用特征、水驱后残余油的受力情况以及表面活性剂对残余油受力状况的影响，认为表面活性剂驱主要通过以下几种机理提高原油采收率。
1、降低油水界面张力机理在影响原油采收率的众多决定性因素中，驱油剂的波及效率和洗油效率是最重要的参数。
提高洗油效率一般通过增加毛细管准数实现，而降低油水界面张力则是增加毛细管准数的主要途径。
毛细管准数与界面张力的关系见下式：NC=νμW/σWO式中：NC——毛细管准数，无量纲；ν——驱替速度，m/s；μW——驱替液粘度，mPa·s；σWO——油和驱替液间的界面张力，MN/M。
NC越大，残余油饱和度越小，驱油效率越高。
增加μW和ν，降低σWO可提高NC。
其中降低界面张力σWO是表面活性剂驱的基本依据。
在注水开发后期，NC一般在10-6～10-7，NC增加将显著提高原油采收率，理想状态下，NC 增至10-2时，原油采收率可达100%。
通过降低油水界面张力，可使NC有2～3个数量级的变化。
油水界面张力通常为20～30mN/m，理想的表面活性剂可使界面张力降至（10-4～10-3）mN/m，從而大大降低或消除地层的毛细管作用，减少了剥离原油所需的粘附力，提高了洗油效率。
2、乳化机理油水系统中加入表面活性剂后，在一定条件下，可形成微乳液，从而降低或消除驱替流体与油之间的界面张力，使不流动的油能够流动，或将地层中分散的油聚集，形成一高含油饱和度带，将水驱残留下来的油驱替出来。
表面活性剂的注入类型见图（4-1），它包括：（a）表面活性剂注入体系（A），注入体系中只有表面活性剂和水，不含油；（b）常规的微乳液注入体系（M），注入体系的组成处于双结点曲线以上的单向区内；（c）非混相微乳液注入体系（I），它的体系组成位于双结点曲线以上或其临近的区域；（d）可溶性油注入体系（S），体系主要由无水的高浓度表面活性剂和可溶性油组成。
表面活性剂驱的驱油机理与应用
图!
表面活性剂在油水界面的 相互作用能示意图
/ . 柱状残余油
表面活性剂分子倾向于分配在水 " $ # 时， 相；" % # 时， 表面活性剂分子倾向于分配在油 相；" & # 时， 表面活性剂分子在油水两相的溶解 能力大致相当， 此时界面上富集的表面活性剂浓 度最大， 界面张力低。 界面张力降低是表面活性剂的两亲分子取代 界面溶剂分子的结果。界面上富集的两亲分子越 多， 两亲分子与油相分子和水相分子间的作用越 接近 相 等 且 绝 对 值 越 大， 则界面张力就可能越
为了提高原油采收率， 可采用聚合物驱、 碱水 驱、 表面活性剂驱以及复合驱 （二元复合、 三元复 合） 等化学驱方法
〔!〕
非极性部分， 造成表面活性剂分子在其水溶液中 很容易吸附于气 * 水 （或油 * 水） 界面上形成独特 的定向排列的单分子膜。正是由于表面活性剂在 溶液表面 （或油 * 水界面） 的定向吸附， 使表面活
#
在表面活性剂驱室内实验及先导试验中， 应 准确掌握表面活性剂降低油水界面张力的合理尺 度， 即表面活性剂用于驱油时， 特定条件下存在降 低油水界面张力的最佳数值范围， 其应满足以下 条件： （"） 表面活性剂作用于油藏地层中的油水 后， 其有效时间应稍大于油水乳状液运移至地面 的时间； （#） 采出液油水乳状液易于破乳， 不需作 特别处理， 不为原油脱水、 运输、 炼制增加任何特 殊负担。 "!! 乳化机理 表面活性剂体系对原油具有较强的乳化能 力， 在水油两相流动剪切的条件下， 能迅速将岩石 表面的原油分散、 剥离， 形成水包油 （9 ’ :） 型乳状 液， 从而改善油水两相的流度比， 提高波及系数。 同时， 由于表面活性剂在油滴表面吸附而使油滴 带有电荷， 油滴不易重新粘回到地层表面， 从而被 活性水夹带着流向采油井。 "!" 聚并形成油带机理 从地层表面洗下来的油滴越来越多， 它们在 向前移动时可相互碰撞， 使油珠聚并成油带， 油带 又和更多的油珠合并， 促使残余油向生产井进一 步驱替。注入表面活性剂期间油珠聚并形成油带 以及油带的运动情况见图 8 和图 %。
第三章表面活性剂驱油
1)石油磺酸盐
石油磺酸盐具有低界面张力、最佳相态、较 高的增溶能力，而且价格低，货源广。 人们在微乳液驱油配方的研究中发现，石油磺 酿盐平均当量增加时，其对油的增溶作用也随之 增加。反之，对水的增溶作用增强。
增溶参数： 单位体积活性别增溶的油体积或水体积
右图表明：石油磺酸盐的平均当 量为400—500时，有较高的增溶 参数。
第三章 表面活性剂溶液驱油
油田经注水驱油后，剩余油以不连续的油块 圈捕在储油岩石孔隙内，这时作用于油珠上的两 个主要力是粘滞力和毛细管力。若使油珠通过砂 粒间狭窄通道时，必须使其发生形变，影响其发 生形变的主要因素是毛细管力，即油水的界面张 力。如果减小了界面张力便减小了油珠形变的阻 力，即减小了残余油。通过实验研究表明，活性 剂的水溶液可降低界面张力，提高采收率。表面 活性剂驱被认为是一种驱油效果比较理想、有前 途的方法。
现场应用历史
油田经注水驱汕后的原汕采收宰只有30％一40％，个别汕 田虽然达到了50％，但还有大部分原汕滞留在地层中没有 被采出来。 早在本世纪20年代，人们就提出了用活性水驱油来提高原 汕采收率的设想。大约在40年代末，这项工作丰要在实验 室内进行。 进入50年代以来，美国和前苏联相继在矿场进行了试 验．尤其是70年代受石油危机等因素的影响，使得活性刑 驱油的研究达到了高峰。 进入90年代以来，受国际油价下跌的影响，使得活性别的 研究和矿场应用逐渐减少，但是人们一直认为它是一种非 常有前途的提高原油采收率的方法。
石油磺酸盐平均当量与增溶参数的关系
待解决的问题：
(1)抗盐能力差。 (2)当量分布宽，不同当量组分在砂岩上的吸附能力差别很大。 (3)产品的组成和性能不稳定； (4)与常用的聚丙烯酰胺型聚合物混合后，会产生絮凝或分层。 (5)石油磺酸盐中包含着油溶性强和水溶性强的各种组分，因 而分相流动现象较为突出，导致表向活性剂损失较大。 (6)地层温度较高时，热分解也是一个不可忽视的因素。
表面活性剂驱油机理
渗流物理大作业表面活性剂驱油机理研究专业班级：姓名：学号：年月日摘要本文简要介绍了表面活性剂驱的发展与应用状况；总结了表面活性剂驱的6种驱油机理；分析表面活性剂驱在亲水地层和亲油地层中的渗流机理，并进行了表面活性剂非活塞式和活塞式驱油的动态计算，计算了吸附前缘和水驱前缘的关系、水驱前缘和吸附前缘的位置、油带边缘位置等。
最后，简要介绍了表面活性剂的应用与展望。
关键词：表面活性剂驱；驱油机理；动态计算目录1前言 (1)2表面活性剂驱油机理 (1)2.1降低界面张力机理 (2)2.2改善岩石表面的润湿性（润湿反转机理） (2)2.3乳化机理 (3)2.4聚并形成油带机理 (3)2.5提高表面电荷密度机理 (4)2.6改变原油的流变性机理 (4)3不同油层润湿性下的渗流机理 (4)3.1亲水模型 (4)3.2亲油模型 (5)4表面活性剂驱动态计算 (5)4.1考虑吸附作用的表面活性剂水溶液非活塞式驱油 (5)4.2表面活性剂水溶液活塞式驱油 (6)4.2.1计算吸附前缘和水驱前缘的关系 (7)4.2.2计算水驱前缘和吸附前缘的位置 (7)4.2.3计算油带边缘位置及S2 (8)5表面活性剂驱的应用与展望 (8)参考文献 (10)1 前言表面活性剂是从20世纪50年代开始随着石油化工业的飞速发展而兴起的一种新型化学品，是精细化工的重要产品。
随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓，表面活性剂的应用领域从日用化学工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等技术部门，起到改进工艺、降低消耗、节约资源、减轻劳动量、增加产量、提高品质等作用，大大提高生产效率，收到极佳的经济效益[1]。
De Groot 在20 世纪20 年代首先提出了表面活性剂驱提高石油采收率的方法；20世纪60年代，随着合成表面活性剂的应用，表面活性剂驱油技术有了较大的发展；进入21世纪以来，国际油价飞涨，加之化学分子设计技术的发展使得表面活性剂驱技术得到了快速发展[2]。
提高原油采收率原理(第四章表面活性剂驱)
三、表面活性剂应用性能
1、表面活性剂的润湿作用 定义：固体表面与液体接触时，原来的固体和气体的 界面消失，形成新的固体和液体的界面。
接触角：在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张 力之间的夹角称为接触角，通常用θ 表示。
接触角的计算公式——润湿方程：
s - g l -s cos l-g
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。
亲油基 亲水基
亲 油 基 亲水基 亲水基 亲 油 基 亲水基 亲水基 亲 油 基 亲 油 基 亲水基 亲 油 基
亲 油 基 亲水基
亲 油 基
亲水基
4、表面活性剂的分类
按溶解性分类 按是否离解分类 按离子类型分类 阴离子表面活性剂 离子型表面活性剂 水溶性表面活性剂 阳离子表面活性剂
两性离子表面活性剂
4.起泡和消泡作用 1）“泡”就是由液体薄膜包围着气体。 2）起泡剂：和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而 形成泡沫的表面活性剂，称为起泡剂。反之称为消泡剂。起 泡剂通常具有较强的亲水性和较高的HLB值。
3）溶液的黏度对起泡有利。
4）破泡剂、抑泡剂、脱泡剂总称为消泡剂。
5.洗涤 1)洗涤剂最适HLB值一般在13-16， 非离子表面活性剂去污最强，其次为 阴离子表面活性剂。 2)去污过程 A.水的表面张力大，对油污润 湿性能差，不容易把油污洗掉。 B.加入表面活性剂后，憎水基 团朝向织物表面和吸附在污垢 上，使污垢逐步脱离表面。 C.污垢悬在水中或随泡沫浮到 水面后被去除，洁净表面被活 性剂分子占领。 6.杀菌功能 阳离子表面活性剂和两性表面活性剂
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1. 表面活性剂驱油机理在驱替方程中如何表征
在注入水中添加表面活性物质可改善常规注水的采收率，其主要机理如下：
（1）向水中加入表面活性剂可以明显地降低油水接触面上的表面张力，油滴更容易变形，结果降低了将其排出孔隙喉道必需的功，同时也增加了原油在地层中的流速。
（2）使选择性润湿接触角变小，使岩石颗粒表面水润湿性加强，即使岩石更加亲水。
（3）表面活性剂水溶液能够清洗掉以薄膜形式覆盖在岩石表面的原油，使得这些油膜破裂并被冲洗出来。
表面活性剂可以吸附在油水界面上，取代原油在岩石上形成牢固吸附层的那部分活性原油组份，使原油不易束缚在岩石上。
（4）表面活性剂使地层孔隙毛管中的弯液面发生变形，加强毛管力作用，增强了水利用毛管渗吸进入饱和有原油的孔隙介质的深度以及渗吸的速度。
（5）在表面活性剂作用下原油在水中弥散作用加强，不但使油滴逐渐变小，而且增强了这种原油分散体的稳定性，从而使油滴重新合并以及在岩石表面上粘附机率大大减少，导致相渗曲线右移现象，即向水润湿方面移动，表明残余油饱和度下降。
（6）表面活性剂能吸附到结构性原油的某些组份上，并减弱它们之间相互作用，使原油粘度下降。
综上所述，表面活性剂主要作用在油水界面处及岩石表面处，即在油水界面处降低界面张力，改变岩石表面的润湿性。
二者的共同作用提高采收率。
以一单元体表征表面活性剂水溶液的流动过程。
考虑一单元体，如图所示，宽为b ，高为H ，表面活性剂水溶液流速为v w ，含水饱和度为S w ，表面活性剂浓度为C 。
则
d t 时间内流入单元体中的表面活性剂量为：w v bHCdt
d t 时间内流出单元体的表面活性剂量为：()d d d w w v C v bHC t bH
x t x ∂+∂ d t 时间内单元体水中表面活性剂增量为：()d d w S C bH x t x
φ∂∂ d t 时间内单元体中表面活性剂吸附量为：d d A bH x t x
∂∂ 其中，A 为单元体中表面活性剂量。
根据物质平衡条件：流入量−流出量=水中表面活性剂增量+吸附量。
其中，水中表面活性剂增量为单元体中水中的表面活性剂的量，作用在油水界面处；吸附量为吸附在岩石表面及结构性原油的某些组分上。
二者共同构成了表面活性剂在单元体中的滞留量。
根据此物质平衡条件，可得方程：
()()d [d d d ]d d d d w w w w v C S C A v bHC t v bHC t bH
x t bH x t bH x t x x x
φ∂∂∂-+=+∂∂∂ 化简得： d w v bHC t
d x t
w w C A C S v t t x
φ∂∂∂+=-∂∂∂ 方程左边为表面活性剂在单元体中的滞留，包括油水界面和岩石表面。
这也是表面活性剂驱油机理在数学模型中的体现。