化学驱提高采收率

m——砂粒质量，g。
三、空气泡沫驱油
3.3 起泡剂的吸附 动态吸附 ◆动态吸附的测定
动态吸附量是指在流动条件下测得的单位质量吸附剂吸 附被吸附物质的质量，实验方法如下：
（1）将抽真空饱和好的岩心装入岩心夹持器，在90℃下，将0.2%的NB95体系 注入岩心1PV，之后用模拟地层水进行后续水驱； （2）在夹持器出口端连续收集产出液，并用UV-1700紫外/可见分光光度计进行 浓度测定。 动态吸附量按下式计算： 式中 Γ动i——一段时间内的动态吸附量，mg/g；
三、空气泡沫驱油
3.1 注空气泡沫的安全性
◆气体爆炸实验
点火装置 天 然 气 油 气
P/T
170℃
氧 气
20升
22MPa
安全 控制系统
注空气安全防爆极限测试装置
三、空气泡沫驱油
3.1 注空气泡沫的安全性 ◆原油的氧化
理论上原油氧化后氧气应低于10%，实际上应低于3-5%。
压力传感器
热电偶
油浴
油样/岩样
三、空气泡沫驱油
3.2 空气泡沫的驱油性质
泡沫的阻力系数 ① 泡沫在孔隙介质中的流动
随着泡沫体系的注入，岩心两端压差不断上升，且当渗透率为85mD时， 压差上升幅度最明显，泡沫在低渗透岩心中的渗流阻力更明显。
2.5 85mD 2 166md 421mD
压差 ( MPa)
1.5
1
0.5
0
0
2
4
6 注入量 ( PV)
实验结论：耗氧后压力降低。
三、空气泡沫驱油
3.1 注空气泡沫的安全性
◆胡12块原油氧化反应后组分的变化
胡12块原油氧化反应后气体组分变化
序号 1 2 3 名称 O2 N2 CO2 浓度(%) 1.88 83.04 14.36
4
5 6
CH4
C 2 H6 H 2O
0.20
0.10 0.25
7
8
C 3 H8
3 泡沫湿度：液体部分的体积含量 4 析液半衰期：起泡液析出一半所需时间
Waring Blender搅拌器
Ross-Miles法实验装置示意图
二、泡沫的基本性质
2.泡沫的流变性 用毛细管粘度计、范氏粘度计和爱波里脱（Eppreeht）同轴圆筒粘度 可直接测定泡沫的表观粘度，毛细管粘度计如图所示 。在此，主要介绍 采用毛细管测定泡沫的流变性。
3.2 空气泡沫的驱油性质
泡沫液的动态界面张力
泡沫液的动态界面张力与采收率有很大关系，平衡界面张力 越低、或出现最低界面张力的“窗口时间”越长，驱油效率越高。
0.5 0.45 0.4
IFT(mM/m)
0.025
0.014 0.012 0.01
0.02
IFT(mN/m)
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 5
SO2
0.020
0.15
实验条件：恒温恒压实验（大反应器800ml），P＝15MPa，T＝90℃。油砂含油饱和度为43 ％（含水Sw＝0），反应110小时 。
三、空气泡沫驱油
3.1 注空气泡沫的安全性
◆各油田在安全控制上的做法
合理的注入工艺，延长空气在地层中与原油的接触反应时间； 对产出气组分中氧的含量进行实时监测，严格控制产 出气中氧的有效含量（小于10%）； 产出气体放空。 所调研的油田在试验过程中均未出现安全事故 。
空 气
高压静态恒温氧化仪示意图
三、空气泡沫驱油
3.1 注空气泡沫的安全性
◆胡12块原油氧化反应中压力变化
9 8.8
压力，MPa
8.6 8.4 8.2 8 7.8 0 20 40
初始压力P＝8.85MPa，T＝100℃, So=49%, Sw=0 ,氧化反应110小时
60 反应时间，h
80
100
120
比加入西林瓶，摇匀后放入90℃恒温箱中，定时振荡以使砂粒与溶液充 分接触；
（3）测定吸光度 48h后将溶液从西林瓶中移入离心管，离心分离30分钟，
然后取离心管上部清液加入显色剂，待稳定后用UV-1700紫外/可见分 光光度计测定吸光度，并根据工作曲线计算溶液浓度。
三、空气泡沫驱油
3.3 起泡剂的吸附 静态吸附 ◆吸附量的确定
Plateau边界和液膜。
二、泡沫的基本性质
1. 泡沫的质量和半衰期
泡沫质量和半衰期是泡沫的最基本性能，实验室多采用
1—分液漏斗； Waring Blender和Ross-Miles法评价泡沫质量和半衰期。
1
2—计量管； 3—夹套保温
泡沫质量：泡沫总体积中气体部分的体积含量 2 量筒；
基本 性能
4—水浴锅 5 体积半衰期：泡沫体积减小至最初体积一半的时间 5－胶管
0.015
0.2%NB95 0.25%NB95
IFT（ mN/m）
0.35
0.2%NB95 0.25%NB95 0.3%NB95
0.008 0.006 0.004
0.2%NB95 0.25%NB95 0.3%NB95
0.01
0.3%NB95
清水
10 测试时间（ min） 15 20
0.005
10×104
泡沫的阻力系数
随着岩心渗透率的增大，泡沫的阻力系数不断减小，即泡沫 在低渗岩心中具有更强的流度控制能力。
Fr w f
AP L
K w / w qw Pf K f / f Pw q f
QK
Fr
泡沫在不同渗透率岩心中的阻力系数
编号 渗透率(10-3μm2) 阻力系数Fr
岩心基本参数 直径(cm) 长度(cm) 岩心质量(g) 2.5 7.2 76.945 岩心湿重(g) 87.245 孔隙体积(ml) 10.3 渗透率(10-3μm2) 453
产出液中NB95的总浓度：
C
C V V
i
i i
0.1039 %
计算动态吸附量:
动 V0 C0 C 0.12mg/g m岩心
NB95溶液为例，吸附曲线都符合Langmuir吸附规律，吸附量 随质量浓度的增加迅速上升，到某浓度后吸附达到平衡。
计算静态吸附量：

V (C0 C ) m
式中Γ——静态吸附量，mg/g；
C0——吸附前表面活性剂的初始浓度，mg/L； C——吸附平衡后表面活性剂的浓度，mg/L； V——溶液体积，L；
0 5 10 测试时间（ min）
mg/L
15 20
0.002 0 0
20×104 mg/L
5 10 测试时间（ min） 15 20
0
高矿化度盐水中含有大量的阳离子，抗盐性新型表面活性剂NB95分子在电解
质的作用下，HLB值降低、亲油性提高，从而显著降低油水界面张力。
三、空气泡沫驱油
3.2 空气泡沫的驱油性质
#4 86 51.3
#5 167 45.8
#6 421 33
三、空气泡沫驱油
3.2 空气泡沫的驱油性质 泡沫的阻力系数
随注入速度的增加，泡沫的阻力系数不断减小， 气体容易发生气窜。
不同注入速度时泡沫的阻力系数
注入速度(ml/min) 阻力系数Fr 1 103.1 2 45.8 3 36.5
三、空气泡沫驱油
一、驱油用泡沫体系
1.1 起泡体系
泡沫的形成需要三个条件：起泡剂+气体+水。无 聚泡沫称常规泡沫，含聚泡沫称强化泡沫。
氮气、二氧化 碳气、甲烷气、 空气等。
Plateau边界
Fra Baidu bibliotek
十二烷基苯磺酸钠（ABS）、α—烯烃磺酸盐 （AOS）、十二烷基硫酸钠（SDS）、脂肪醇醚硫 酸钠（ES）、椰子油烷基硫酸盐、脂肪酸皂等阴 离子表面活性。
一、驱油用泡沫体系
1.2 泡沫的结构及稳定性 泡沫是热力学不稳定体系，它具有比其中的气体和液体的自由能 之和还要高的自由能。它的破裂过程包括排液、气泡合并和破裂三个 阶段。
A
B
气体
无盐含聚（Xanthan）泡沫的SEM图
反映了典型的含聚泡沫的微观结构形貌特征：泡
沫呈六边形（这是气泡群聚的结果），具有明显的
动i
Vi (C0 Ci ) m
n i 1
Γn——某时刻的累积吸附量，mg/g；
C0——表面活性剂的初始浓度，mg/L； Ci——流出液的浓度，mg/L； Vi——流出液的体积，L；
n 动i
m——岩心质量，g。
三、空气泡沫驱油
3.3 起泡剂的吸附 动态吸附 ◆动态吸附量的计算
■腐蚀问题
①注入井氧的腐蚀与防腐
②生产井二氧化碳的腐蚀与防腐
三、空气泡沫驱油
3.1 注空气泡沫的安全性
◆气体爆炸极限计算
用式(1)和式(2)分别估算出天然气单组分的爆炸上、下极限，再由 式(3)计算天然气的爆炸极限。
100 4.76(N-1)+1
式中： CL－天然气单组分的爆炸浓度下限，%； CU－天然气单组分的爆炸浓度上限，%；
(2)
CL =
(1)
400 CU 4.76( N 4)
100 V1 V2 V + + + n C1 C2 Cn
Cmin－天然气的爆炸极限，%； C1，C2，C3，…，Cn－各天然气单组分的爆炸极限，%； N－混合物完全燃烧所需氧原子数；
Cmin =
(3)
V1，V2，V3，…，Vn－各天然气单组分在天然气中的体 积百分数，%，其和为100%。
化学法提高采收率
多元泡沫复合驱
1、问题的提出 化学驱的分类
聚合物驱
碱驱
化学驱
表面活性剂驱 气驱 复合驱（如聚合物、碱、表面活性剂 和气体可构成多种复合驱）
主要内容
概述 一、驱油用泡沫体系 二、泡沫的基本性质 三、空气泡沫驱油 四、现场应用
概
述
泡沫驱技术的研究始于50年代。与聚 合物相比，泡沫具有更强的流度控制能力， 既能显著提高波及效率，又能提高洗油效 率。近年来，因新型表面活性剂得到了快 速发展，使无聚泡沫技术用于恶劣油藏化 学驱成为可能。
3.3 起泡剂的吸附 静态吸附 ◆测定方法
静态吸附量是指在静止条件测得的单位质量吸附剂吸附被吸附 物质的质量。静态吸附量可由一定量吸附剂在溶液中吸附前后被吸 附物质的浓度变化来计算。按如下步骤进行：
（1）配液 分别用蒸馏水和模拟地层水配置一系列不同浓度的NB95溶液。 （2）均匀混合 将60~80目的石英砂粒与表面活性剂溶液按1∶10的固液
泡沫的阻力系数
泡沫的阻力系数大小反映泡沫的流度控制能力强弱。实验温度为120℃，压 力为20MPa，矿化度为20×104 mg/L，泡沫体系为NB95；采用三个不同渗透率的 人造岩心进行实验，采用1∶1气液交替方式注入，注入速度为2mL/min。
岩心参数
编号 #4 #5 #6 岩心长度（cm） 6.18 6.16 6.10 岩心直径（cm） 2.51 2.47 2.48 孔隙体积（cm3） 9.6 9.4 8.7 渗透率(10-3μm2) 86 167 421
三、空气泡沫驱油
3.2 空气泡沫的驱油性质 泡沫驱主要驱油机理
机理1：泡沫流体在孔隙介质中有很高的粘度，粘度 随介质渗透率的增大而升高。泡沫的这种特性非常适 合非均质油层驱油。
机理2：泡沫进入地层后，由于泡沫具有“遇油消泡、
遇水稳定”的性能，不消泡时其粘度不降，消泡后粘 度降低，能起到选择性“堵水不堵油”作用。
三、空气泡沫驱油
概况
注空气井r 注气方向
生产油井
20% 10% 0
反应区：消耗氧气
N2&O2
N2 , O2
, CO2
, CO
残余油 + 水
N2 CO2 CO 油+ 水
驱替的
驱替的 油和水 油/ 水
原始油/水 状态
注气区
反应区
气体(N2)前沿
注空气低温氧化驱油过程示意图
三、空气泡沫驱油
3.1 注空气泡沫的安全性 ■气体爆炸 气体爆炸必须具有三个基本条件： ①合适浓度的燃料气体； ②合适浓度的氧气； ③足够能量的点火源。
8
10
12
岩心中注入压差与注入量的关系曲线图
三、空气泡沫驱油
3.2 空气泡沫的驱油性质
泡沫的阻力系数 ① 泡沫在孔隙介质中的流动
泡沫的流度控制能力可用阻力系数表示，泡沫驱阻力系数Fr的 表达式为：
泡沫在多孔介质中流动示意图
泡沫在多孔介质中的动态稳定性
三、空气泡沫驱油
3.2 空气泡沫的驱油性质
三、空气泡沫驱油
3.2 空气泡沫的驱油性质
泡沫体系的长期热盐稳定性
矿化度为20×104 mg/L（其中二价阳离子浓度8000 mg/L）的模拟地 层水配置三个浓度的新型表面活性剂NB95体系溶液，分别于120℃温度 条件下老化。
新型活性剂具有优良的热盐稳定性，形成的无聚泡沫稳定性好
三、空气泡沫驱油
泡沫的假塑性特性
n 1
毛细管粘度计
a K
三、空气泡沫驱油
概况
空气泡沫调驱技术综合了空气驱与泡沫驱的优点，成本低，具有传统 的低温氧化效果和流度控制作用，已逐渐成为开发轻质油藏的一项高效提 高采收率技术。 ■ 气 源 广 泛 ■ 价 格 低 廉 ■ 就 地 取 材
美国俄亥俄大学Alvarado ,Manrique 教授（2010）指出轻质油藏注空气驱项 目在未来为迅猛增加。