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。

◆缺点
聚合物注入油层后, 在高温条件下会发生热降解和进一步水解, 破坏聚合物的稳定性, 大大降低聚合物的驱油效果。

同时地层水和注入水矿化度低有利聚合物增粘。

因为水的矿化度高, 可导致聚合物的粘度降低, 增加聚合物的注入量, 从而增加成本, 不利于聚合物驱油的应用。

其他可参考信息
聚合物驱主要指在注入的水中加入增稠剂，提高水的黏度，降低水的流速，增大波及系数，改善驱油效率。

选择水溶性聚合物，使之即使在很低的浓度下也可在很大程度上提高体系的黏度。

聚合物驱适用于适中温度、中等原油黏度(5 mPa·s～100 mPa·s)且分均质比较严重的油藏。

聚合物驱是一种提高采收率的方法，在宏观上，它主要靠增加驱替液粘度，降低驱替液和被驱替液的流度比，从而扩大波及体积；在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率。

近年来，研制出具有耐温、耐盐、抗剪切的新型疏水缔合水溶性聚合物。

它是聚合物亲水性大分子链上带少量疏水基团的一类水溶性聚合物。

由于疏水基团
的疏水作用以及静电、氢键或范德华力的作用而在分子间自动产生具有一定强度但又可逆的物理缔合，从而形成巨大的三维立体网状空间结构。

其独特的性能越来越受到人们的关注。

3、表面活性剂驱特点
不同表面活性剂用于驱油的优缺点
其他可借鉴信息
一般认为，能使原油采收率大幅提高的表面活性剂至少应具备以下条件：
1)能使原油与水的界面张力降至较低的程度，应低于0．01 mN／m~0．001 mN ／m，具有适宜的溶解度、pH值、浊点和相持性。

2)可降低岩层对原油的吸附作用。

3)在储油层的环境中，能长时间保持理化稳定性，耐盐性好，对电解质不敏感。

4)能与大部分的储油层接触，提高驱油率。

5)具有可以接受的成本。

常用的表面活性剂类型有阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。

阳离子表面活性剂因为易被地层吸附或产生沉淀，故降低油水界面张力的能
力差，一般不用于驱油。

阴离子表面活性剂在砂岩表面的吸附量少，而抗盐能力差，临界胶束浓度也很高。

常用的品种有：石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐和木质素磺酸盐等。

非离子表面活性剂抗盐能力强，临界胶束浓度低，但一般浊点较低，不能应用于超过其浊点的地层。

目前，通过对非离子表面活性剂进行改性可使之浊点很高，且抗盐能力更强，适用于高温高盐地层。

常用的品种有：脂肪醇系聚氧乙烯醚、烷基酚系聚氧乙烯醚和油酸聚氧乙烯醚等。

在三次采油中，一般并不单独使用一种表面活性剂，而是由复合表面活性剂、聚合物和助剂等组成的配合体系，只有互相配合才能提高石油的采收率，如使用水溶性的石油磺酸盐驱油，可以与少量的增溶助剂二烷基苯聚氧乙烯烷基磺酸盐混合，提高驱油效率。

表面活性剂驱根据所采用体系的不同，一般分为胶束驱、微乳液驱、乳液驱和泡沫驱等。

表面活性剂驱的缺点在于成本太高，寻求价廉、高效且环保的表面活性剂是其发展方向。

二、聚合物、表面活性剂、二元驱驱油机理
化学驱包括聚合物驱、碱驱、表面活性剂驱、二元复合驱、三元复合驱、泡沫驱等。

各种方式提高的采收率都可以用驱油效率和波及系数两者的乘积来表示。

油田在注水开采条件下，两个参数值都不高，获得的采收率通常只有30％~40％。

通过提高洗油效率和波及系数成为聚合物表面活性剂二元驱提高油田采收率的
基础。

1、聚合物驱油机理
聚合物驱是指向油藏中注入高分子量的水溶性聚合物溶液的驱油方法。

目前最常使用的两种类犁的聚合物是合成部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合
物黄原胶。

黄原胶足刚性杆状螺旋结构分子，具有良好的水溶性、化学稳定性，并具有较强的机械抗降解能力。

与之相反，聚丙烯酰胺是柔性聚合物分子，粘度对含盐量敏感，随含盐量增加而降低。

这是由于聚丙烯酰胺周围的羧基与钠离子形成的扩散双电层使链段间相互排斥，加入盐后压缩双电层，分子形成紧密线团，稠化能力降低。

另外，它容易发生多种降解(机械、高温、微生物等)。

注水开发时，由于油层的非均质及水油的粘度差，使注入水前缘不规则，地
层中有些部位没有受到水的波及；另外在水波及的区域，油并没有全部被驱走，使一些油残留在孔隙中。

聚合物驱油提高采收率主要是通过扩大波及系数来实现的。

(1)扩大波及系数
(2)聚合物粘弹性效应提高驱油效率
(3)聚合物在孔隙介质中的滞留
聚合物溶液流经孔隙介质时，发生聚合物分子在孔隙介质中的滞留现象，它对溶液在孔隙介质中的流变性和孔隙介质的渗透率降低起着很大的作用。

2、表面活性剂驱油机理
(1)降低张力机理
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10-1 mN/m降至10-3 mN/m以下，从而使毛管数达到10．2，残余油可基本驱出。

(2)增溶与乳化机理
盐浓度在一定范围内，活性剂超过一定浓度(CMC)就产生胶束，胶束可增溶油，因而有好的洗油效率，若油的增溶超过了胶束溶解度的极限，就出现界面。

这时，体系变成乳状液。

根据乳状液中液珠的大小。

它可通过携带机理和捕集机理提高采收率。

(3)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，提高了驱油介质的洗油效率。

(4)聚并形成油带机理
若驱油活性剂体系中有醇，则醇可使油珠易于通过孔喉结构而富集。

富集的油珠在克服了静电斥力后可聚并成油带。

这油带在向前移动时又不断将遇到的油珠聚并进来，使油带不断扩大，最后从油井采出。

(5)提高表面电荷密度机理
当驱油表面活性剂为阴离子(或非离子一阴离子型)表面活性剂时，它们吸附
在油滴和岩石表面上，可提高表面的电荷密度，增加油滴与岩石表面间的静电斥力，使油滴易被驱替介质带走，提高了洗油效率。

(6)改变原油的流变性机理
原油中因含有胶质、沥青质、石蜡等而具有非牛顿流体的性质，其粘度随剪切应力而变化。

这是因为原油中胶质、沥青质和石蜡类高分子化合物易形成空间网状结构，在原油流动时这种结构部分破坏，破坏程度与流动速度有关。

当原油静止时，恢复网状结构。

重新流动时，粘度就很大。

原油的这种非牛顿性质直接影响驱油效率和波及系数，提高这类油田的采收率需改善异常原油的流变性，降低其粘度和极限动剪切应力。

而用表面活性剂水溶液驱油时，一部分表面活性剂溶入油中，吸附在沥青质点上，可以增强其溶剂化外壳的牢固性，减弱沥青质点间的相互作用，削弱原油中大分子的网状结构，从而降低原油的极限动剪切应力，提高采收率。

3、聚合物表面活性剂二元协同驱油机理
(1)聚合物与表面活性剂的相互作用
聚合物与表面活性剂的相互作用往往可使聚合物链的构象发生变化，更重要的是，聚合物的存在影响表面活性剂溶液的物理化学性质，使溶液的表面张力、临界胶束浓度(CMC)和聚集数等物理参数及溶液流变性、胶体分散体系的稳定性、界面吸附行为及水溶液的增溶量等均发生重大变化。

聚表二元驱油体系的性能不是聚合物与表面活性剂二者性能的简单加和，它涉及两者之间的相互作用。

聚合物与表面活性剂相互作用的结果，将使其相流变性、界面张力和界面流变性发生变化，研究聚表二元驱油体系的相互作用是为了得到对驱油效果改善的有利协同效应。

这种相互作用的原因可以解释为：当疏水改性水溶性聚合物浓度在临界聚集浓度之下时，聚合物在溶液中以单分子形式存在，分子内通过疏水基团间的疏水作用而形成疏水微区，聚合物的亲水链环绕疏水微区，形成高度卷曲的构型。

由于这种构型可以最大限度地保护疏水微区使之不与水接触，由此获得的熵远大于由于链卷曲而失去的熵。

因此，这种构型从总体上讲在能量上是有利的。

溶液中加入表面活性剂后，表面活性剂将直接通过疏水缔合作用进入己存在的聚合物分
子内疏水微区。

其中表面活性剂亲水基处在疏水微区与水接触的部位，疏水链在疏水微区内，使微区膨胀。

同时，表面活性剂的亲水基可以代替聚合物的亲水链保护疏水微区使之不与水接触，从而使聚合物分子链从卷曲变得较为伸展。

对于阴离子表面活性剂SDBS((十二烷基苯磺酸钠)，可能还有另一种作用，即SDBS在聚合物疏水微区的缔合，同时也增加了聚合物分子链上所带负电荷，负电荷的排斥作用同样可使聚合物链变得伸展。

这些作用均使聚合物线团水动力学尺寸增加，从而使溶液粘度增加。

继续增加表面活性剂浓度，聚合物链上原已存在的疏水微区缔合表面活性剂的量己达极限，同时可能由于表面活性剂的参与，在聚合物链上形成新的疏水微区，这样又使聚合物链变得卷曲。

还有另一个可能是在表面活性剂浓度较高时，溶液中未缔合的表面活性剂也增多，这部分表面活性剂对带负电荷的聚合物来说相当于电解质，电解质压缩聚合物链上所带负电荷的双电层，同样会使聚合物链变得卷曲。

这两种作用都会使聚合物溶液粘度降低。

(2)聚合物与表面活性剂二元协同驱油作用
注表面活性剂/聚合物的复合驱，能将表面活性剂驱、聚合物驱的优点有机地结合起来，同时弥补二者的不足，使其达到有效地降低油水界面张力，提高驱油效率：同时又提高波及体积，最终达到提高原油采收率的预期效果。

复合驱既克服了表面活性剂溶液在地层推进过程中受到各种因素的干扰，如地层水对段塞的侵入，粘性指进使前缘提前突破及表面活性剂在地层中的吸附等，又克服了聚合物驱不能改善油层的微观驱油效果的缺点。

聚合物-表面活性剂驱的主要作用机理是向油层中注入表面活性剂段塞，通过助剂的作用，使表面活性剂溶液最大限度地增溶油和水，有效地降低油水界面张力，驱替剩余油，这种表面活性剂段塞，再被后继的稠化水(聚合物溶液)段塞驱动，最后注水驱。

每个段塞的流度都可调节使其窜进现象减少到最低程度，保证复合驱发挥高效扩大波及体积效率的作用。

郭东红研究聚驱后利用OCS表面活性剂／聚合物二元体系驱油性能，结果发现，OCS表面活性剂，聚合物二元体系是一种高效驱油体系，使用交联聚合物调剖后注入OCS表面活性剂，聚合物二元体系的效果会更好。

小结
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。

表活剂主要降低油水界面张力，减小残余油饱和度，二者通过协同作用，共同提高采收率。