课件3-第三章表面活性剂驱(提高采收率)

1、提高采收率原理提高采收率原理 绪论绪论 （4学时）学时）第一章第一章 注水驱油注水驱油 （4学时学时）第二章第二章 聚合物溶液驱油聚合物溶液驱油 （8学时学时）第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油 （6学时学时）第四章第四章 碱水驱及复合体系驱油碱水驱及复合体系驱油 （4学时学时）第五章第五章 气体混相驱油法气体混相驱油法（6学时学时）第六章第六章 热力采油法热力采油法 （6学时学时）第七章第七章 微生物提高原油采收率微生物提高原油采收率 （2学时学时）目录目录 提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂水溶液体系活性剂水溶液体系3.3 驱油机理驱油

2、机理第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油l 两相界面层的两相界面层的自由自由表面表面能：能： 两相界面处，由于分子力场的不平衡而使表面层分子集聚了向两相界面处，由于分子力场的不平衡而使表面层分子集聚了向溶液内部运动的溶液内部运动的能量，这种能量称为能量，这种能量称为“自由能自由能”。表面活性剂表面活性剂是指能够在溶液中自发地吸附于两相界面上，并能显著是指能够在溶液中自发地吸附于两相界面上，并能显著地降低该地降低该界面自由表面能界面自由表面能( (表面张力表面张力) )的的物

3、质物质。l 表面张力表面张力 单位界面面积所具有的自由表面能的大小。单位界面面积所具有的自由表面能的大小。3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油十六烷基酸钠十六烷基酸钠1 1、分子结构特点：两亲性、分子结构特点：两亲性符号符号表示表示亲油亲油基基亲水基亲水基亲油基一般是碳氢链，而亲水基一般是亲油基一般是碳氢链，而亲水基一般是COOMCOOM(羧酸羧酸基基）、一一SOSO3 3M(M(磺酸基磺酸基) )、OSOOSO3 3M(M(硫酸基

4、硫酸基) )等等，M M表示的是金属原子。表示的是金属原子。3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂水溶液性质活性剂水溶液性质3.3 驱油机理驱油机理3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油2 2、类型、类型阴离子型活性阴离子型活性剂剂: :例例: 十二烷基苯十二烷基苯磺酸钠在水溶液中按下式磺酸钠在水溶液中按下式离解离解, 在在提高石油采收率中应用最广的是阴离子表面活性剂，因为这提高石油采收率中应用最广的是阴离子表面活性剂，因为这类表

5、面活性剂具有明显的抗滞留性质，比较稳定，而且价格也较便类表面活性剂具有明显的抗滞留性质，比较稳定，而且价格也较便宜，所以，在提高原油采收率中是较好的一类活性剂宜，所以，在提高原油采收率中是较好的一类活性剂。提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂水溶液性质活性剂水溶液性质3.3 驱油机理驱油机理3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油2 2、类型、类型阳阳离子离子型活性型活性剂剂: :例例:十二烷基三甲基十二烷基三甲基氯化铵氯化铵在水溶液中按下式离解在水溶液中按下式离解这类物质通常是那些具有表面活性的含氮化合物。即有机胺衍生

6、出这类物质通常是那些具有表面活性的含氮化合物。即有机胺衍生出来的盐类，它们在水溶液中能离解出表面活性阳离子。所以称之为来的盐类，它们在水溶液中能离解出表面活性阳离子。所以称之为阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂。提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油2 2、类型、类型两两性性型型活性活性剂剂: :这类表面活性剂分子中含有上述两种或更多种类型的单体。两亲活这类表面活性剂分子中含有上述两种或更多种类型的单体。两亲活性剂中既含有阴离子基团，又含有阳离子基团。这类活性剂还未曾性剂中既含有阴离子基团，又含有阳离子基团。这类活性剂还未曾在

7、提高原油采收率方法中应用过在提高原油采收率方法中应用过。3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油2 2、类型、类型非离非离子子型型活性活性剂剂: :这种表面活性剂在水溶液中不能电离成这种表面活性剂在水溶液中不能电离成离子离子3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油3 3、作用（教

8、材、作用（教材P99)P99)乳化作用乳化作用分散作用分散作用起泡与削泡起泡与削泡洗涤洗涤杀菌杀菌3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油4 4、矿场用表面活性剂、矿场用表面活性剂烷基烷基磺酸盐磺酸盐石油磺酸盐石油磺酸盐烷基苯烷基苯磺酸盐磺酸盐这这类表面活性剂是以磺酸基类表面活性剂是以磺酸基(一一SO3)为亲水基团的一大类阴离子表面活性剂为亲水基团的一大类阴离子表面活性剂说明：说明：R-烷基烷基M-金属原子金属原子Ar-芳香基芳香基3.

9、1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理提高采收率原理提高采收率原理 3.2 活性剂水溶液性质活性剂水溶液性质第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油u 胶束胶束 当当表面活性剂分子在液面层上吸附达到饱和后，新溶人的表面活性剂分子只表面活性剂分子在液面层上吸附达到饱和后，新溶人的表面活性剂分子只能留在水溶液能留在水溶液中中, ,缔合缔合成一种亲油基在内亲水基在外的成一种亲油基在内亲水基在外的球形聚集体球形聚集体，此聚集体称为，此聚集体称为“胶束胶束”3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油

10、机理提高采收率原理提高采收率原理 3.2 活性剂水溶液性质活性剂水溶液性质第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油u 临界胶束浓度临界胶束浓度 表面活性剂表面活性剂溶液浓度达到刚刚开始有明显的胶束形成时的浓度，叫做表面活溶液浓度达到刚刚开始有明显的胶束形成时的浓度，叫做表面活性剂的性剂的临界胶束浓度临界胶束浓度，以，以CMCCMC表示表示。3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂水溶液体系活性剂水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理3.2 活性剂水溶液性质活性剂水溶

11、液性质第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油u 增溶作用增溶作用 增增溶是指水溶液中表面活性剂的浓度达到溶是指水溶液中表面活性剂的浓度达到CMCCMC以后，在水中通常是难溶或不溶以后，在水中通常是难溶或不溶的有机物的有机物( (如油如油) )的溶解度显著增大，此即为的溶解度显著增大，此即为增溶作用增溶作用. .增溶的增溶的油油提高采收率原理提高采收率原理 3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理3.2 活性剂水溶液体系活性剂水溶液体系第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油1 1、活性水、活性水水中表面活性剂浓度水中表面

12、活性剂浓度小于小于CMCCMC的活性的活性剂剂水溶液。水溶液。水中表面活性剂浓度水中表面活性剂浓度小于小于CMCCMC的活性的活性剂剂水溶液水溶液，是一种很稀的表面活性剂溶液。，是一种很稀的表面活性剂溶液。2 2、胶束溶液、胶束溶液水中表面活性剂浓度水中表面活性剂浓度大于大于CMCCMC，但其质量分数不超过，但其质量分数不超过2%2%的的活性活性剂剂水溶液水溶液，也属于稀，也属于稀表面活性剂体系。表面活性剂体系。活性水活性水胶束溶液胶束溶液提高采收率原理提高采收率原理 3.2 活性剂水溶液性质活性剂水溶液性质第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油3 3、微乳液、微乳液3.1 表面活

13、性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理 当当在胶束溶液中加人某些助表面活性剂醇类之后，所得到的一种透明或在胶束溶液中加人某些助表面活性剂醇类之后，所得到的一种透明或半透明的水一油半透明的水一油表面活性剂一醇的体系。它对油的表面活性剂一醇的体系。它对油的“溶解溶解”能力大大提高，能力大大提高，由于增溶作用将使胶束体积增大达由于增溶作用将使胶束体积增大达倍以上，如果被增溶的油、醇、酯等物倍以上，如果被增溶的油、醇、酯等物过量时，胶团会达到饱和肿胀以乳状液状态分离，所以又称为微乳液。过量时，胶团会达到饱和肿胀以乳状液状态分离，所以又称为微乳液。 (a)(a)下

14、相微乳下相微乳液液 (b)(b)中相微乳中相微乳液液 ( (c)c)上相微乳液上相微乳液提高采收率原理提高采收率原理 第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油4 4、微乳液与乳状液的区别、微乳液与乳状液的区别3.2 活性剂水溶液性质活性剂水溶液性质3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理两者两者无论从其外观、溶液组分、热力学性质、分散液滴的尺寸和界面张力来无论从其外观、溶液组分、热力学性质、分散液滴的尺寸和界面张力来说都不说都不相同相同。对比内容对比内容微乳液微乳液乳状液乳状液外观透明不透明溶液组分油、水、助表面活性剂、表面活性剂油

15、、水、表面活性剂热力学性质稳定不稳定分散液滴的尺寸0.1nm0.1m1l00m界面张力超低界面张力界面张力大提高采收率原理提高采收率原理 3.3 驱油机理驱油机理 第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理1 1、活性水驱、活性水驱 大量大量实验证明，当油水界面张力降低实验证明，当油水界面张力降低时时，油油滴容易滴容易变形，油变形，油滴通过喉道时，阻力减小。这样滴通过喉道时，阻力减小。这样在亲水岩石中处于高度分散状态的二次残余油就会被驱替出来，形成流动油在亲水岩石中处于高度分散状态的二次残余油就

16、会被驱替出来，形成流动油。l 降低油水界面张力，使残余油变为可流动油降低油水界面张力，使残余油变为可流动油l 改变改变岩石表面的岩石表面的润湿性润湿性 在在亲油性岩石中，水驱油后剩余的残余油以吸附在岩石表面的薄膜状态存在。表面活性亲油性岩石中，水驱油后剩余的残余油以吸附在岩石表面的薄膜状态存在。表面活性剂在岩石上的吸附可使岩介的润湿性发生变化，由亲油变为亲水。这样吸至附在岩石表面的剂在岩石上的吸附可使岩介的润湿性发生变化，由亲油变为亲水。这样吸至附在岩石表面的油膜将脱离岩石表面而被活性水驱替出来油膜将脱离岩石表面而被活性水驱替出来。提高采收率原理提高采收率原理 3.3 驱油机理驱油机理 第三章

17、第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理1 1、活性水驱、活性水驱随着界面张力的降低，原油可以分散在活性水中，形成随着界面张力的降低，原油可以分散在活性水中，形成O/WO/W型乳状液，表面活性剂起稳定剂作型乳状液，表面活性剂起稳定剂作用。同时，由于表面活剂在油滴表面的吸附而使油滴带有电荷，油滴就不易重新粘回到地层表面。用。同时，由于表面活剂在油滴表面的吸附而使油滴带有电荷，油滴就不易重新粘回到地层表面。乳化的油在高渗透层前生叠加的乳化的油在高渗透层前生叠加的JAMIN JAMIN 效应，可使水较均匀

18、地在地层推进，提高渗透层产生效应，可使水较均匀地在地层推进，提高渗透层产生叠加的了波及系数。叠加的了波及系数。l 增加增加原油在水中的分散原油在水中的分散作用作用提高采收率原理提高采收率原理 3.3 驱油机理驱油机理 第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理1 1、活性水驱、活性水驱 若若从地层表面洗下来的油越来越多，则它们在向前移动时可发生相互碰撞。当碰撞的能量能从地层表面洗下来的油越来越多，则它们在向前移动时可发生相互碰撞。当碰撞的能量能克服它们之间由静电斥力产生的相斥的能量时，就可聚并。

19、油的聚并可形成油带克服它们之间由静电斥力产生的相斥的能量时，就可聚并。油的聚并可形成油带 。油带在前移动时又不断将遇到的分散的油聚并进来，使油带不断扩，最后从油井采出。油带在前移动时又不断将遇到的分散的油聚并进来，使油带不断扩，最后从油井采出。l 聚并聚并形成油带机理形成油带机理图图1 1：被：被驱替的油聚并为油带驱替的油聚并为油带图图2 2：油带在向前移动中不断油带在向前移动中不断扩大扩大提高采收率原理提高采收率原理 3.3 驱油机理驱油机理 第三章第三章 表面活性剂溶液驱油表面活性剂溶液驱油3.1 表面活性剂表面活性剂3.2 活性剂活性剂水溶液体系水溶液体系3.3 驱油机理驱油机理2 2、

20、胶束溶液驱、胶束溶液驱与与活性水相比，胶束溶液有两个特点活性水相比，胶束溶液有两个特点：l 表面活性剂浓度超过临界胶束浓度，因此溶液中有胶束存在。胶束可增表面活性剂浓度超过临界胶束浓度，因此溶液中有胶束存在。胶束可增溶油，提高了胶束溶液的洗油效率溶油，提高了胶束溶液的洗油效率 ；l 是胶束溶液中除表面活性剂外，还有醇和盐等助剂的加入。醇和盐等助是胶束溶液中除表面活性剂外，还有醇和盐等助剂的加入。醇和盐等助剂调整了油相和水相的极性，使表面活性剂的亲油性和亲水性得到充分剂调整了油相和水相的极性，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油水界面上，产生超低界面张力。平衡，从而最大限度地吸附在油水界面上