第4章 化学驱与混相驱

2.提高原油采收率的途径 有两个途径：

提高波及系数 提高洗油效率
3.波及系数
波及系数的定义
驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比值。
影响因素：非均质性、水油流度比
提高波及系数的主要方法： 改变驱油剂和（或）油的流度。 流度是流体通过孔隙介质能力的一种量度。

k

4.洗油效率
洗油效率的定义 驱油剂波及到的油层所采出的油量与这部 分油层储量的比值。
能独立运动的最小单位），使聚合物
分子在水中形成松散的无规线团，因 而有好的增粘能力。
图1-3 HPAM和XC对水的稠化
（2）减小孔隙介质对水的渗透率
通过滞留减小孔隙介质对水的渗透率，滞留的两
种形式:
吸附 聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢键等作用力而聚集 在岩石孔隙结构表面的现象。 捕集 聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的聚合物分子的无规线 团通过“架桥”而留在孔喉外的现象
图3-2 一种原油的界面张力与氢氧化钠质量分数的关系
（2）乳化－携带机理
在碱含量和盐含量都低的情况下，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。
此机理特点：
可以形成油珠直径相当小的乳状液； 通过乳化提高碱驱的洗油效率； 碱水在油井突破前采油量不可能增加； 油珠的聚并性质对过程有不利影响。
（3）乳化机理
驱油用的表面活性剂的HLB值一般在7～18范围，可稳 定水包油乳状液。 乳化的油在向前移动中不易重新粘附回地层表面，提 高了洗油效率。 乳化的油在高渗透层产生叠加的Jamin效应，可使水较
均匀地在地层推进，提高了波及系数。
（4）提高表面电荷密度机理
图2-2 阴离子型表面活性剂的吸附使油珠和岩石表面的电荷密度提高

油外相微乳
油外相微乳用油溶性表面活性剂配得
溶有水的表面活性剂胶束分散在油中所形成的分散体系

中相微乳
2.微乳类型的相互转化
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）
图2-5 微乳类型的相互转化
图2-6
30℃不同含盐量时相体积的变化
（5）聚并形成油带机理
图2-3 被驱替的油聚并形成油带
图2-4 油带在向前移动中不断扩大
四、胶束溶液驱
1.胶束溶液驱的定义
以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱。
胶束溶液：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%。
2.胶束溶液的配制
表面活性剂 加入醇（如异丙醇、正丁醇）（或）盐（如氯化钠） 醇和盐等助剂的加入为了调整油相和水相的极性 ， 使表面活性剂的亲油性和亲水性得到充分平衡，从而最 大限度地吸附在水油界面上，产生超低界面张力（小于
图1-1
水油流度比对波及系数的影响
（2）流度比和波及系数的关系
图1-2
水驱与聚合物驱的波及系数对比
2.聚合物降低水油流度比的原因
（1）增加水的粘度
超过一定浓度，聚合物分子互相纠缠 形成结构，产生结构粘度。 聚合物链中的亲水基团在水中溶剂化 （水化）。 若为离子型聚合物，则可在水中解离， 形成扩散双电层产生许多带电符号相 同的链段（由若干链节组成，是链中
10-2N·-1的界面张力），强化了胶束溶液驱油的低界面 m
张力机理。
3.胶束溶液驱提高采收率机理
具备活性水驱的全部机理 由于活性剂的浓度较高，而且醇和盐的存在，
界面张力可以降到超低，强化了低界面张力机
理。
五、微乳驱
1.微乳的分类

水外相微乳
水外相微乳用水溶性表面活性剂配得 溶有油的表面活性剂胶束分散在水中所形成的分散体系
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。
3.泡沫性质
（1）泡沫特征值
指泡沫中气体体积对泡沫总体积的比值。

通常泡沫特征值在0.52～0.99之间。泡沫特征值小 干0.52时的泡沫叫气体乳状液。 泡沫特征值大于0.99时的泡沫易于反相变为雾。

泡沫特征值超过0.74时，泡沫中的气泡就会变成为
表面活性剂驱
一、表面活性剂驱的定义、分类
1.定义
以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油法
2.
表面活性剂体系
稀表面活性剂体系 （c<2%）

活性水 胶束溶液
浓表面活性剂体系 (c>2%)

水外相微乳 油外相微乳

中相微乳
备注：泡沫驱、乳状液驱
二、活性剂驱用表面活性剂
1.磺酸盐型表面活性剂
2.羧酸盐型表面活性剂
3.聚醚（非离子）型表面活性剂
4.非离子-阴离子（两性）型两性表面活性剂
5.孪连表面活性剂
两个或两个以上同一表面活性剂在亲水基及其附近用 联结基团连接起来的表面活性剂。
6.生物表面活性剂
由微生物产生的具有表面活性剂特征的化合物。 地层表面通常带负电。为了减少表面活性剂的损耗， 驱油用表面活性剂一般不用阳离子型表面活性剂或非离子 -阳离子型表面活性剂。
提高洗油效率方法
改变岩石表面的润湿性和减小毛细管阻力
效应的不利影响。
三、改造油层的方法
化学驱油法（化学驱）

聚合物驱油法（聚合物驱） 表面活性剂驱油法（表面活性剂驱） 碱驱油法（碱驱）复合驱（LPG.CO2）
混相驱油法（混相驱）

烃类混相驱油法（烃类混相驱） 非烃类混相驱油法（非烃类混相驱）
油田化学
第2篇 采油化学
蒋
平
石油工程学院工科楼B座401
Email：jiangping@upc.edu.cn
前言
一、采油中存在的问题
1.油层问题 采收率低 2.油水井问题 油层的化学改造（提高原油采收率）
砂、蜡、水、稠、低
油水井的化学改造（增产增注）
二、原油采收率 1.原油采收率的定义
原油采收率＝波及系数×洗油效率
(1)5g/LNaCl，水外相微乳；(2)15g/LNaCl，中相微乳；(3)25g/LNaCl，油外相微乳；(4)100g/LNaCl
3.微乳与乳状液的区别、转化
微乳：热力学稳定体系，油水间不存在相界面 乳状液：热力学不稳定体系，油水间存在相界面
图2-7 微乳与乳状液的相互转化
4.微乳的配制
三个主要成分
图3-4 乳化捕集作用
（4）由油湿反转为水湿机理
在碱含量高和盐含量低的情况下，碱可通过
改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性物质在水
n
CONH2
COONa
2、黄胞胶（XC），生物聚合物
三、聚合物驱提高采收率原理
聚合物驱是通过减小水油流度比的 机理，抑制水的指进，提高波及系数， 从而提高原油采收率。
1.水油流度比
（1）水油流度比的定义
M wo
w kw o w ko o ko w o
kw
（2）流度比和波及系数的关系
油乳状液。
6.微乳驱段塞图
图2-8 微乳驱段塞图 1-剩余油；2-预冲洗液；3-微乳；4-聚合物溶液；5-水
预冲洗段塞：盐水段塞（除去地层中Ca2+、Mg2+等可交换阳 离子），或是牺牲剂段塞减少表面活性剂在地层中的损耗）
六、泡沫驱
1.泡沫驱的定义
是以泡沫做驱油剂的驱油法。
2.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：主要是表面活性剂
多面体。
•泡沫特征值与采收率关系
图2-9 泡沫驱油效果 泡沫特征值：1-0（水驱）；2-0.72；3-0.85；4-0.91
（2）泡沫粘度
当泡沫特征值小于0.74时
f o (1 4.5)
当泡沫特征值大于0.74时
1 f o 1 3
图2-10 泡沫粘度与泡沫特征值的关系
四、聚合物的粘弹性
聚合物溶液的弹性是由拉伸作用下聚合物分子采取伸 直的构象，而在拉伸作用消失后聚合物分子采取较为蜷曲 的构象所引起的。
图1-4 聚合物通过孔隙前后表现的状态
图1-5 不同特性的流体驱替后的残余油状态
五、聚合物驱段塞图
图1-6 聚合物驱段塞图
1-剩余油；2-淡水；3-聚合物溶液；4-水
数，因而泡沫驱有比水驱高的采收率。
（3）稀表面活性剂体系驱油机理
泡沫的分散介质为表面活性剂溶液，根据表面活性剂 在其中的浓度，它应具有稀表面活性剂体系（加活性水、 胶束溶液）的性质，因此具有与它们相同的驱油机理。
第三节
碱驱
1.碱驱的定义
以碱溶液作驱油剂的驱油法。
又叫：
-
碱溶液驱 碱强化水驱
2.碱驱用碱
（2）泡沫粘度
泡沫的粘度来源于:
1.相对移动的分散介质液层间的Hale Waihona Puke Baidu摩擦 2.分散相间的相互摩擦
泡沫特征值超过一定数值（0.74）时，分散相开始互 相挤压、引起气泡变形,泡沫粘度急剧增加。
4.泡沫驱提高采收率原理
（1）Jamin效应叠加机理
对泡沫，Jamin效应是指气泡对通过喉孔的液流所产
生的阻力效应。当泡沫中气泡通过直径比它小的喉孔时，
三、活性水驱
1.活性水驱的定义 以活性水作为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。
2.活性水提高采收率的原理
（1）低界面张力机理
表面活性剂在水油界面吸附，可以降低水油界面张力。
W 1 cos
（2）润湿反转机理
图2-1 表面活性剂使地层表面润湿反转
使胶束在更低的表面活性剂浓度下就可形成，可使微乳与
油或水产生超低界面张力
5.微乳驱提高采收率机理（水外相为例）
当微乳与油层接触时，由于它是水外相，可与水混溶
（均相），而它的胶束可增溶油，所以也可与油混溶 （均相），混相微乳驱
当微乳进入油层并当油在微乳的胶束中增溶达到饱和，
微乳与被驱动油之间产生界面。这时，混相微乳驱就 转变为非混相微乳驱 当微乳进一步进入油层，被驱动油进一步进入胶束之 中，原来的胶束转化为油珠，水外相微乳转化为水包
热力采油法（热采）

蒸汽驱油法（蒸汽驱）

油层就地燃烧法（火烧油层）
第4章
化学驱与混相驱
第一节
聚合物驱
一、定义
聚合物驱是以聚合物溶液为驱油剂的驱油法。 也称为
聚合物溶液驱 聚合物强化水驱
稠化水驱和增粘水驱。
二、聚合物驱用聚合物
1.部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）
CH2
CH
m
CH2
CH
碱驱中还常加入盐，调整亲水亲油平衡
4.碱驱与水驱的对比
RnCOOH+OH-RnCOO-+H2O
图3-1 碱驱与水驱的驱油效果对比 NaOH：1-0（水驱）；2-0.005%；3-0.01%；4-0.05%
5.碱驱提高采收率机理
（l）低界面张力机理
在低的碱含量和最佳
的盐含量下，碱与石油酸
反应生成的表面活性剂， 可使油水界面张力降至 1×10-2mN·-1。 m
六、盐敏效应
盐加入后，盐对扩
散双电层的压缩作用，
使链段的负电性减小，
HPAM分子形成紧密的无
规线团，因而对水的稠
化能力大大减小 。
图1-7 HPAM的盐敏效应
ω(NaCl): 1-0; 2-0.01%; 3-0.1%; 4-0.5; 5-10%
七、现场实例
图1-8 一个聚合物驱试验区的采油曲线
第二节
-
无机碱：NaOH、KOH、NH4OH
-
有机碱：乙胺、吡啶
盐（潜在碱）：Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4、Na3PO4 复配碱：Na2CO3和NaHCO3复配；Na3PO4与Na2HPO4复配
3.碱与石油酸的反应
原油中可与碱反应的石油酸，生成相应的石油酸盐

脂肪酸 环烷酸 胶质酸和沥青质酸等
就发生这种效应。Jamin效应可以叠加，所以当泡沫通过不 均质地层时，它将首先进入高渗透层。由于Jamin效应的叠
加，所以它的流动阻力逐渐提高．因此，随着注入压力的
增加，泡沫可以依次进入那些渗透性较小，流动阻力较大 而原先不能进入的中、低渗透层，提高波及系数。
（2）增粘机理
由于泡沫有大于水的粘度，所以它有大于水的波及系
图3-3 乳化携带作用
（3）乳化－捕集机理
在碱含量和盐含量都低的情况下，由于低界面张
力使油乳化在碱水相，但油珠直径较大，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， 提高了原油采收率。
此机理特点：

可以形成油珠直径较大的乳状液； 分散的油珠会被捕集在较小孔道； 碱水在油井突破前采油量可以增加； 油珠的聚并性质对过程有有利的影响。

油：原油或它的馏分（如汽油、煤油、柴油）
水：淡水或盐水 表面活性剂：阴离子型、非离子型和非离子－阴离子型表面
活性剂，最好用石油磺酸盐（钠盐或铵盐）
两个辅助成分

助表面活性剂：最好用醇，也可用酚

调整水和油的极性，参与形成胶束，增加胶束增溶能力

电解质：无机的酸、碱、盐，但最好用盐

减小表面活性剂和助表面活性剂极性部分的溶剂化程度，