提高原油采收率原理(EOR)第五章-B

乳化Emuls-Entrap) 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 的碱质量分数和低的盐含量下， 于低界面张力使油乳化在碱水相中， 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 珠半径较大，因此当它向前移动时， 捕集，增加了水的流动阻力，即降低了水 捕集，增加了水的流动阻力， 流度比， 的流度，从而改善了流度比 的流度，从而改善了流度比，增加了波及 系数，提高了采收率。 系数，提高了采收率。
图9 碱系数的概念
第四节 碱驱用碱
一般碱
潜在碱
碱木素
图5－10 pH值与碱质量分数的关系 pH值与碱质量分数的关系
第五节
适合碱驱的原油
原油酸值是指 原油被中和到 值产生突跃 原油酸值是指1g原油被中和到pH值产生突跃 是指1g原油被中和到pH 时所需氢氧化钾的质量，单位为mg·g-1。 时所需氢氧化钾的质量，单位为mg· 一般要求原油的酸值大于0.2 mg· 一般要求原油的酸值大于0.2 mg·g-1。 原油粘度要求小于35mPa·s。 原油粘度要求小于35mPa·s。 一定的酸值是进行碱驱的必要条件，但不 是充分条件。用Jennings碱系数评价原油碱 是充分条件。 Jennings碱系数 驱适应性比用原油的酸值合理。 驱适应性比用原油的酸值合理。
●碱驱是一种提出最早（1917年） 碱驱是一种提出最早 1917年 最早（ ●1927年申请第一个专利 1927年申请 年申请第一个专利 ●试验最早（1930年），化学剂最便宜，操作最 试验最早（1930年），化学剂最便宜， 化学剂最便宜
简单 美国进行了50个碱驱矿场试验， 50个碱驱矿场试验 ●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， 最复杂， 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。 率方法。
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
一、低界面张力（LIFT）原理 低界面张力（LIFT）
这机理认为在低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下 这机理认为在低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下， 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， 碱与原油中酸性成分反应生成的表面活性剂，可使油水 界面张力降至10 以下。 界面张力降至10－2mN·m-1以下。 从粘附功公式可以看到， 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 洗油效率。 功小，即油易从岩石表面洗下来，提高了洗油效率。
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。 碱驱是一种二次采油法，也是一种三次采油法。 二次采油法，
☆最好用在二次采油的早期阶段，因为这时含油 最好用在二次采油的早期阶段， 早期阶段
饱和度高，油多，油中的酸与碱反应生成的表面活 饱和度高，油多， 性物质也高；而且此时的krw低，λw低，Mwo低，波 性物质也高；而且此时的k 及系数高，采收率高。 及系数高，采收率高。
EOR原理 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 ☆碱会与地层和地层流体作用 ☆碱驱存在的问题、改善方法 碱驱存在的问题、
第一节 碱驱概述
碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。 碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
碱驱机理实现的条件
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。 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： 设原油中的酸性成分为HA，它可在水中解离： (I) HA≒H++AHA与NaOH反应生成的表面活性剂NaA，也可在水中 HA与NaOH反应生成的表面活性剂 反应生成的表面活性剂NaA， 解离： 解离：
Jennings碱系数 Jennings碱系数
(caustic coefficient, cc) 碱系数是指双对数坐标内油水 碱系数是指双对数坐标内油水 界面张力与碱质量分数的关系曲 线和0.01mN·m 线和0.01mN·m-1～ 1.0mN·m-1所 包的面积与0.01mN·m 包的面积与0.01mN·m-1～ 1.0mN·m-1与0.001% ～ 1.0%碱 1.0%碱 质量分数总面积之比乘6 质量分数总面积之比乘6。 碱系数可用于评价油对碱驱的 适应性和选用碱驱用碱。 适应性和选用碱驱用碱。 碱系数越大的油，越适宜碱驱。 碱系数越大的油，越适宜碱驱。
最佳盐含量在 最佳盐含量在 10000mg/L以下 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
乳化-携带（Emuls-Entrain) 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 的碱质量分数和低的盐含量下， 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。 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： 特点： 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； 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； 通过乳化提高碱驱的洗油效率 乳化提高碱驱的洗油效率； 突破前采油量不可能增加 （3）碱水突破前采油量不可能增加； 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。 油珠的聚并性质对过程有较大影响。
☆碱驱常用聚合物控制流度。 碱驱常用聚合物控制流度 聚合物控制流度。
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 剩余油； 淡水； 碱溶液； 聚合物溶液；
由于地层中的钙镁离子可与碱反应而消耗碱， 由于地层中的钙镁离子可与碱反应而消耗碱， 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 淡水； 因此在注碱溶液前需注入一段塞的淡水；之后再 流度。 注入聚合物段塞以控制后续水驱的流度 注入聚合物段塞以控制后续水驱的流度。
图5－5 通过WW 通过WW
OW机理提高采收率 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 最佳的碱质量分数下， 的碱质量分数下 到碱水之中。 到碱水之中。 这种自发乳化现象 这种自发乳化现象是由于油中的石油酸与 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， 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。 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（ 油中的石油酸主要为羧酸，它可与碱（氢 羧酸， 羧酸钠。 氧化钠）反应产生羧酸钠 羧酸钠在水中的聚 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。 集状况，决定于它的质量分数。
四、由油湿反转为水湿（OW→WW）机理 由油湿反转为水湿（ ）
在高的碱质量分数和低的盐含量下， 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 溶解度而解吸， 水中的溶解度而解吸 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 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， 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 波及系数。 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 的碱质量分数和低
可提高油湿 可提高油湿 油层和高含 油层和高含 水油层的采 收率
图5－4 通过OW 通过OW
WW机理提高采收率 WW机理提高采收率
五、由水湿反转为油湿（WW 由水湿反转为油湿（
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 的碱质量分数和高的盐含量下， 生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上 使岩石表面从水湿转变为油湿 这样， 水湿转变为油湿。 来，使岩石表面从水湿转变为油湿。这样，非连续的剩 连续的油相， 余油变成连续的油相 为原油流动提供通道。与此同时， 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， 在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形 这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用， 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 高的压力梯度。 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。 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， 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， 而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地层剩余油 饱和度的目的。 饱和度的目的。
NaA≒ NaA≒Na++AH2O≒H++OH(III)
(II)
在上述物质中，只有A 能有效地降低油水界面张力。 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。 HA、NaA均没有 那种界面活性。 均没有A
当水中无碱时， 来源于反应（ ）。由于 由于HA 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， 在水中解离度很小，所以A－含量很少，油水界面 张力高。 张力高。 当水加碱时，反应（ 当水加碱时，反应（Ⅲ）的平衡向左移动，H＋ 的平衡向左移动， 浓度减小，使反应（ 向右移动， 含量增加， 浓度减小，使反应（Ⅰ）向右移动，A－含量增加， 油水界面张力减小。 油水界面张力减小。 当加碱到最佳值， 的浓度最大， 当加碱到最佳值，A－的浓度最大，它在油水界 面上吸附达到饱和，油水界面张力达到最低值。 面上吸附达到饱和，油水界面张力达到最低值。 若进一步加碱，由于反应（Ⅱ）左移，A－的浓 若进一步加碱，由于反应（ 左移， 度减小，油水界面张力增加。 度减小，油水界面张力增加。 由此解释了图5 由此解释了图5－2曲线的变化。 曲线的变化。