第四章 化学驱与混相驱

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第二篇 采油化学
第四章
油层化学改造
前 言
一、采油中存在的问题(1)
地层非均质性 波及系数 洗油效率
采 收 率 低
油层化学改造
前 言
一、采油中存在的问题(2)
砂(防砂技术)
油 水 井 问 题
蜡(清防蜡技术)
水(调剖堵水技术)
稠(稠油降粘开采技术) 低(酸化压裂技术)
油 水 井 的 化 学 改 造
前 言
(2)表面活性剂的滞留量最小。这是由于油水界面张 力越低,表面活性剂在界面层堆积越紧密,因而电 荷密度越大。由于静电斥力,使表面活性剂在地层 中的吸附量减少,在界面张力处于相等的最低值下, 将对应着表面活性剂在地层最小的吸附量(滞留量)。
第二节 表面活性剂驱
处于最佳盐含量下的中相微乳有许多特点:
(3)增溶参数VO/VS(单位体积表面活性剂增溶油 的体积)与VW/VS( (单位体积表面活性剂增溶水 的体积)达到相等的最大值,因这时表面活性 剂对油和水有着最适宜的平衡关系。
通过对水的稠化→增大水的粘度
在孔隙中滞留→减小了对水的渗透率
降低了水的流度→减小了水油流度比→抑制 水沿高渗透层的指进→增大了波及系数→提 高了原油采收率
第一节 聚合物驱
八、聚合物驱段塞图
前后的段塞主要是防止聚合物的盐敏效应
第一节 聚合物驱
九、一个实例
第一节 聚合物驱
十、聚合物驱适用条件
(1)原油:稀油,密度<0.966,粘度<150mPa.s;
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 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。
So Sor ED So
So-原始含油饱和度; Sor-残余油饱和度;
油层改造有两个途径:


提高波及系数
提高洗油效率
前 言
提高波及系数
影响因素:不均质性、水油流度比 提高波及系数的主要方法: 改变驱油剂、油的流度。 流度是流体通过孔隙介质能力的一种量度

k

前 言
提高洗油效率
提高洗油效率的主要方法 №1 改变岩石表面的润湿性 №2 减小毛细管阻力效应的不利影响
(4)采收率最高。 中相微乳M驱比油外相微乳驱U、水外相微乳L驱的 驱油效果好。
第二节 表面活性剂驱
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
第二节 表面活性剂驱
4、微乳的配制
三个主要成分

油:原油或它的馏分(如汽油、煤油、柴油) 水:淡水或盐水
第二节 表面活性剂驱
(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
形成稳定水包油乳状液。
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。 活性剂→形成O/W乳状液→乳化油移动而不易粘附→ 洗油效率提高;乳化油在高K地层的Jamin效应→提高 了波及系数
(2)水质: 矿化度<40000mg/L,钙镁离子含量< 500 mg/L;最好不含三价的金属离子(最好为清水); (3)油藏:温度<93℃(最好<70 ℃),深度< 2740m,油田整装,油层较厚,油水井对应关系较 好,尚有增产潜力的油藏。
第一节 聚合物驱
聚合物驱小结
一、基本概念:
聚合物驱;采收率;波及系数;洗油效率;流 度;流度比;聚合物的盐敏效应。
I 增加水的粘度
缠绕+亲水基团的溶剂化+离子型聚合物的
解离→稠化增粘→减小了λ
→增大了EV →提高了ER
W
→减小了MWO
第一节 聚合物驱
2 聚合物降低水油流度比的原因(Ⅱ)
Ⅱ减小孔隙介质对水的渗透率
滞留=吸附和捕集→增大了水的流动阻力→ 减小水的KrW→提高EV→提高了ER
第一节 聚合物驱
3、基本原理
第二节 表面活性剂驱
5、微乳驱EOR机理 微乳驱有胶束溶液驱的全部机理,即
(1)低界面张力机理; (2)润湿反转机理; (3)乳化机理; (4)增溶机理;
(5)提高表面电荷密度机理;
(6)聚并形成油带机理。
由于微乳属浓表面活性剂体系,所以微乳驱在 增溶机理和提高表面电荷密度机理上比胶束溶液 驱更突出。
本章主要内容
4-1
聚合物驱
4-2
4-3 4-4 4-5
表面活性剂驱
碱驱 复合驱 混相驱
第四章 油层化学改造
第一节
聚合物驱
第一节 聚合物驱
一、概念
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
注聚
稠化水驱和增粘水驱
第一节 聚合物驱
二、聚合物驱用聚合物
1.
部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)
*
CH2
CH
**
x
CH2
CONH2
y COONa
CH
**
热稳定性好;剪切稳定性较差; 化学稳定性较差;生物稳定性好
油田主要用HPAM
第一节 聚合物驱
驱油用HPAM具有以下基本特征:
(1)高分子量:一般驱油用HPAM的分子量为1千万到几千 万;
(2)多分散性:HPAM的分子量具有不均一性,是分子量 不等的同系聚合物的混合物;
第二节 表面活性剂驱
(4)提高表面电荷密度机理
阴离子活性剂的吸附提高了表面的电荷密 度,增加了油珠与岩石表面的静电斥力,油珠 易被带走,提高了洗油效率
第二节 表面活性剂驱
(5)聚并形成油带机理
第二节 表面活性剂驱
活性水中的表面活性剂浓度较低,加上在地层 表面的吸附会引起损耗,所以,要使活性水驱要取 得良好的效果,就必须使用大段塞大剂量。 可用牺牲剂减少表面活性剂的吸附。 牺牲剂是指以自己的损耗减少其他药剂损耗的 廉价化学剂。 可用的牺牲剂有: 1)碱性物质; 2)多元羧酸及其盐; 3)低聚物与高聚物; 4)木质素磺酸盐。
前 言
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) 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(非烃类相驱) 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)
第二节 表面活性剂驱
5、微乳驱EOR机理(水外相微乳为例)Βιβλιοθήκη Baidu
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油乳状液。

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)
第二节 表面活性剂驱
4、微乳的配制
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,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
(3)几何结构多样化:聚合物的几何结构有线型、支型 和体型三种形态; (4)物化性能稳定:HPAM具有稳定的化学性质和特殊的 物理性能,以满足驱油的要求。
第一节 聚合物驱
2 黄胞胶(XC)(生物聚合物)
热稳定性差(71℃);生物稳定性差(24小时, 需加醛类杀菌剂);剪切稳定性好(支链)。
三、聚合物对水的稠化能力
第一节 聚合物驱
四、聚合物在孔隙介质中的滞留
滞留的两种形式:
(l)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。
(2)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。
第一节 聚合物驱
五、盐敏效应
1、定义:盐对聚合物溶液粘 度产生特殊影响(粘度降低)的 效应。 2、原因:盐加入后,羧基与 钠离子形成的扩散双电层受到盐 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。 最好用清水配注聚合物,且前 后注淡水段塞。
第二节 表面活性剂驱
二 活性剂驱用活性剂
1、磺酸盐型表面活性剂 合成磺酸盐是另一类重要的 磺酸盐型表面活性剂。可由相 应的烃类(如烷烃、烷基苯、 烷基甲苯、烷基二甲苯等)用 相应的合成方法制得。烷基磺 酸盐、烷基芳基磺酸盐、-烯 烃磺酸盐等属这一类磺酸盐。
第二节 表面活性剂驱
2、羧酸盐型表面活性剂
第二节 表面活性剂驱
3、聚醚型表面活性剂
第二节 表面活性剂驱
4、非离子-阴离子型两性表面活性剂
耐盐性能好,耐高价金属离子 常用阴离子型及非离子型表面活性剂
第二节 表面活性剂驱
三、活性水驱
1 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。
二、原油采收率
原油采收率(ER)=采出储量(NR)/地质储量(N )×100% 水驱采收率(ER)=波及系数(EV)X 洗油效率(ED)×100%
波及系数:是指驱油剂波及到的油层容积与整 个含油容积的比值。
Vsw EV V
Vsw-驱油介质驱替到的容积;
V-油藏总容积;
前 言
二、原油采收率
洗油效率:是指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。
第二节 表面活性剂驱
四、胶束溶液驱
1、定义:以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶
液驱。
2、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2×10-2。
第二节 表面活性剂驱
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是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10-2mN·m-1的界面张力),强化 了胶束溶液驱油的低界面张力机理。
二、基本原理:
①聚合物驱提高采收率的基本原理。
②驱油用聚合物及其重要性质与要求。
③聚合物驱的适应范围与条件。 ④聚合物驱的基本段塞。
第四章 油层化学改造
第二节
表面活性剂驱
第二节 表面活性剂驱
一、概念与分类
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
第二节 表面活性剂驱
2 活性水驱的EOR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 ▽降低岩石对原油的粘附力,提高洗油效率 ▽增大毛管数 ▽减少亲油油层的毛细管阻力
第二节 表面活性剂驱
(2)润湿反转机理
亲水性活性剂→使原来亲油的表面转化为亲水 的表面→油对地层表面的润湿角增大→粘附功 减小→洗油效率提高
第一节 聚合物驱
六、聚合物驱与水驱的对比
提高了平面的波及系数
第一节 聚合物驱
提高了纵向的波及系数
第一节 聚合物驱
七、聚合物驱的EOR原理
1 波及系数与水油流度比的关系 水油流度比
定义:
第一节 聚合物驱
随着MWO的减小,波及系数 增大,采收率提高
第一节 聚合物驱
2 聚合物降低水油流度比的原因(Ⅰ)

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
第二节 表面活性剂驱
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)
第二节 表面活性剂驱
处于最佳盐含量下的中相微乳有许多特点: (1)中相微乳与油的界面张力(σ MO)和中相微乳与水的 界面张力(σ MW)处在相等的最低值。由于毛管阻力 取决于最大一个界面张力,所以当σ MO=σ MW且处于 最低值时最好。
第二节 表面活性剂驱
3 胶束溶液驱的EOR机理
具备活性水驱的全部机理 胶束存在→增溶机理 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。
第二节 表面活性剂驱
第二节 表面活性剂驱
五 微乳驱
1、微乳分类

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 油外相微乳
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