EOR第六章 碱 驱

1、Concept of alkaline flooding:Alkaline flooding is a displacement method using alkali as its displacing agent.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。Position of alkaline flooding in chemical flooding:vFirst proposed（1917）vFirst tested（1930）vThe cheapest chemical agentvEasiest to operatevThe most complic

2、ated mechanismvthe most restrictive碱驱最好用在二次采油的早期阶段，因为这时含油饱和度高，油碱驱最好用在二次采油的早期阶段，因为这时含油饱和度高，油多，多，油中的酸与碱反应生成的表面活性物质也高油中的酸与碱反应生成的表面活性物质也高, ,洗油效率高，洗油效率高，采收率高。采收率高。早期阶段早期阶段 k krwrw低，低，w w低，低，M Mwowo低，低，波及系数高，采收率高。波及系数高，采收率高。w roorw owwokkM为什么碱溶液能做驱油剂？为什么碱溶液能做驱油剂？由于地层中的钙镁离子可与碱反应而消耗碱，因此在由于地层中的钙镁离子可与碱反应而消耗碱，

3、因此在注碱溶液前需注入一段塞的淡水；之后再注入聚合物注碱溶液前需注入一段塞的淡水；之后再注入聚合物段塞以控制流度。段塞以控制流度。部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺: :partially hydrolyzed polyacrylamidepartially hydrolyzed polyacrylamide碱驱与水驱的驱油效果对比碱驱与水驱的驱油效果对比Mechanism of alkaline floodingMechanism of alkaline flooding:nLow IFT mechanismnEmulsificationentrainment mechanismnEmul

4、sificationentrapment mechanismnWetting conversion from oil-wet to water-wetnWetting conversion from water-wet to oil-wetnSpontaneous emulsification(自发乳化自发乳化) and coalescence(聚并聚并)nSolubilization of rigid film(刚性膜刚性膜)2.12.1）（油水粘附cos1wLow IFT mechanism原油中含有脂肪酸、环烷酸原油中含有脂肪酸、环烷酸和芳香酸等各类羧酸。和芳香酸等各类羧酸。脂肪酸主要是

5、正构的，现已脂肪酸主要是正构的，现已鉴定出碳数到鉴定出碳数到3434的全部正构的全部正构脂肪酸，但也存在少量轻度脂肪酸，但也存在少量轻度异构的脂肪酸。异构的脂肪酸。 石油酸石油酸 petroleum acid petroleum acid原油中的石油酸原油中的石油酸 原油中的部分酸性物质可以和碱反应，生成具有原油中的部分酸性物质可以和碱反应，生成具有一定亲水亲油平衡能力的表面活性剂。一定亲水亲油平衡能力的表面活性剂。 0204060801001E-30.010.11IFT/(mN/m)t/min 1% Na2CO3 0.8% Na2CO30.6% Na2CO3不同浓度碳酸钠与陈庄原油的动态界面

6、张力不同浓度碳酸钠与陈庄原油的动态界面张力Factors influence the IFT原油中的酸性物质原油中的酸性物质酸性物质亲油基较小酸性物质亲油基较小酸性物质与碱反应酸性物质与碱反应速度较快速度较快酸性物质亲油基较大酸性物质亲油基较大酸性物质亲油基适中酸性物质亲油基适中酸性物质与碱反应酸性物质与碱反应速度较慢速度较慢酸性物质与碱反应酸性物质与碱反应速度适中速度适中生成物亲水能力较强生成物亲水能力较强降低界面张力能力差降低界面张力能力差生成物亲水亲油能力生成物亲水亲油能力平衡平衡生成物亲油能力较强生成物亲油能力较强降低界面张力能力差降低界面张力能力差降低界面张力能力最好降低界面张力能力

7、最好碱碱 量量碱量低碱量低先和酸性较强的先和酸性较强的石油酸反应石油酸反应形成亲水能力较强的形成亲水能力较强的表面活性剂表面活性剂碱量较高碱量较高相继和酸性较弱的相继和酸性较弱的石油酸反应石油酸反应相继形成亲油能力相继形成亲油能力较强的表面活性剂较强的表面活性剂碱量高碱量高增加水相极性增加水相极性增加界面张力增加界面张力最佳碱量最佳碱量界面张力超低界面张力超低碱量碱量? ?碱的质量分数碱的质量分数0.10.1, , 一般要求低于一般要求低于1 1。超低需加盐超低需加盐, ,含量含量 ? ?随着盐含量升高，低界面张随着盐含量升高，低界面张力区增大，继续升高，低界力区增大，继续升高，低界面张力区变

8、窄。面张力区变窄。最佳盐含量在最佳盐含量在以下以下2.4 2.4 由油湿反转为水湿（由油湿反转为水湿（OW WWOW WW机理机理) ) 2.5 2.5 由水湿反转为油湿（由水湿反转为油湿（WW WW OWOW）机理）机理（1 1）在高的碱质量分数和高的盐含量下）在高的碱质量分数和高的盐含量下碱与石油酸碱与石油酸反应生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石反应生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上来，使岩石表面从水湿转变为油湿。这样，非表面上来，使岩石表面从水湿转变为油湿。这样，非连续的剩余油可在其上形成连续的油相，为原油流动连续的剩余油可在其上形成连续的油相，为原油流动提供通道提

9、供通道（2 2）碱驱生成的表面活性剂的亲油性和它产生的低界）碱驱生成的表面活性剂的亲油性和它产生的低界面张力，导致油包水乳状液的形成面张力，导致油包水乳状液的形成（3 3）乳状液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人压力提）乳状液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人压力提高高的注入压力迫使油从乳化水珠与岩石表面之间高高的注入压力迫使油从乳化水珠与岩石表面之间的连续油相这条通道排泄出去，留下高含水率的乳状的连续油相这条通道排泄出去，留下高含水率的乳状液，达到提高原油采收率的目的。液，达到提高原油采收率的目的。2.6 2.6 自发乳化与聚并机理自发乳化与聚并机理Spontaneous emulsificatio

10、n and coalescence各种胶束都可增溶油各种胶束都可增溶油 (1)(1)石油酸与碱在油水界面上反应生成羧酸钠，并浓集石油酸与碱在油水界面上反应生成羧酸钠，并浓集在界面上。由于羧酸钠的质量分数足够大，它们在界面在界面上。由于羧酸钠的质量分数足够大，它们在界面附近形成附近形成层状胶束层状胶束并增溶了油。并增溶了油。（2 2）层状胶束向碱水相扩散的过程中，羧酸钠的质量）层状胶束向碱水相扩散的过程中，羧酸钠的质量分数不断降低。降低到一定程度，层状胶束依次转化为分数不断降低。降低到一定程度，层状胶束依次转化为棒状胶束六角束和棒状胶束棒状胶束六角束和棒状胶束，油仍增溶在这些胶束之中。，油仍增溶

11、在这些胶束之中。碱驱过程中的自发乳化与聚并碱驱过程中的自发乳化与聚并（3 3）棒状胶束再向碱水相扩散，羧酸钠的质量分数进一步）棒状胶束再向碱水相扩散，羧酸钠的质量分数进一步降低，降低到一定程度，棒状胶束转变为降低，降低到一定程度，棒状胶束转变为球状胶束球状胶束，油仍，油仍增溶在球形胶束之中。增溶在球形胶束之中。（4 4）球状胶束继续向碱水相扩散，羧酸钠的质量分数降低）球状胶束继续向碱水相扩散，羧酸钠的质量分数降低到一定程度，使原来增溶的油超过胶束的增溶量，则出现到一定程度，使原来增溶的油超过胶束的增溶量，则出现界面，形成乳状液。这就是自发产生的乳状液。界面，形成乳状液。这就是自发产生的乳状液。

12、（5 5）乳状液形成以后，羧酸钠随液珠继续向碱水扩散而不）乳状液形成以后，羧酸钠随液珠继续向碱水扩散而不断减少，直至其质量分数减小到不足以起稳定乳状液的作断减少，直至其质量分数减小到不足以起稳定乳状液的作用，就出现乳状液液珠的聚并。用，就出现乳状液液珠的聚并。2.72.7 增溶刚性膜机理增溶刚性膜机理碱驱机理实现的条件碱驱机理实现的条件Solubilization of rigid film第三节第三节 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曲线的解释与应用JenningsJennings碱系数碱系数（caustic coefficient, cc）碱系数可用于评价油对碱驱的

13、适碱系数可用于评价油对碱驱的适应性和选用碱驱用碱。应性和选用碱驱用碱。碱系数碱系数双对数坐标内油水界面张力与碱质双对数坐标内油水界面张力与碱质量分数的关系曲线和量分数的关系曲线和0.01mNm0.01mNm-1-1 1.0mNm1.0mNm-1-1所包的面积与所包的面积与0.01mNm0.01mNm-1-1 1.0mNm1.0mNm-1-1与与0.001% 0.001% 1.0%1.0%碱质量分数总面积碱质量分数总面积之比乘之比乘6 6。碱系数越大的油，越适宜碱驱。碱系数越大的油，越适宜碱驱。氢氧化钠与原油的酸性组分、水中二价阳离子、储层岩氢氧化钠与原油的酸性组分、水中二价阳离子、储层岩石产生

14、强烈的相互作用，很少单独使用。石产生强烈的相互作用，很少单独使用。硅酸盐及它与其他试剂的混合物在岩石上的吸附作用硅酸盐及它与其他试剂的混合物在岩石上的吸附作用比较小。比较小。在采用带有层内沉淀的碱水驱时，硅酸钠的在采用带有层内沉淀的碱水驱时，硅酸钠的用途更加广泛，用途更加广泛，通过轮流注硅酸钠和氯化钙溶液的方通过轮流注硅酸钠和氯化钙溶液的方法来提高对产层的波及体积。法来提高对产层的波及体积。碳酸钠是一种弱碱，因具有软化地层水的作用，可碳酸钠是一种弱碱，因具有软化地层水的作用，可用作碱水驱，同时也可用作表面活性剂预冲洗液用作碱水驱，同时也可用作表面活性剂预冲洗液由于碳酸钠与碳酸氢钠可通过下面反应

15、对体系的由于碳酸钠与碳酸氢钠可通过下面反应对体系的PHPH值起值起缓冲作用：缓冲作用：3223HCOOHOHCO它们是一对缓冲物质，因此可用碳酸钠与碳酸氢钠复配，它们是一对缓冲物质，因此可用碳酸钠与碳酸氢钠复配，产生有缓冲作用的碱体系。同理，产生有缓冲作用的碱体系。同理，NaNa3 3POPO4 4与与NaNa2 2HPOHPO4 4也是一也是一对有缓冲作用的碱体系。对有缓冲作用的碱体系。碱驱用的碱，还碱驱用的碱，还可用有机碱，如：可用有机碱，如：Sodium carbonate 1000-1500Sodium carbonate 1000-1500元元/ /吨吨Sodium hydroxid

16、e 2000-3000Sodium hydroxide 2000-3000元元/ /吨吨第六节第六节 碱与地层和流体的反应碱与地层和流体的反应6.1 6.1 碱与地层的反应碱与地层的反应（1 1）矿物转换）矿物转换（2 2）溶蚀作用）溶蚀作用（3 3）离子交换）离子交换碱溶液与储层岩石之间最重要碱溶液与储层岩石之间最重要的作用是粘土膨胀，它直接影的作用是粘土膨胀，它直接影响到储层的渗透率、注水井的响到储层的渗透率、注水井的吸水能力和油井的产能。离子吸水能力和油井的产能。离子交换作用后粘土膨胀交换作用后粘土膨胀1-31-3倍，倍，碱耗碱耗4-16mmol/100g4-16mmol/100g岩石，

17、使岩石，使发挥作用的碱溶液浓度降低。发挥作用的碱溶液浓度降低。温度越高、温度越高、pHpH值越大，硅酸值越大，硅酸盐的溶解速度越快，其溶解盐的溶解速度越快，其溶解将严重降低溶液中碱的浓度。将严重降低溶液中碱的浓度。6.2 6.2 碱与地层水的反应碱与地层水的反应主要是与二价金属离子反应主要是与二价金属离子反应注入的碱溶液能够引起地层粘土分散和运移，导致注入的碱溶液能够引起地层粘土分散和运移，导致地层渗透力下降，碱也与地层流体及岩石矿物反应地层渗透力下降，碱也与地层流体及岩石矿物反应形成碱垢，对地层造成伤害。形成碱垢，对地层造成伤害。6.3 6.3 碱与油中酸性物质的反应碱与油中酸性物质的反应（

18、1 1）与酚反应）与酚反应（2 2）与环烷酸反应）与环烷酸反应（3 3）与沥青质（酸）反应）与沥青质（酸）反应problems in alkaline flooding 配碱溶液用水中的配碱溶液用水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+，可引起注入系统和注入，可引起注入系统和注入井近井地带结垢；碱与地层矿物反应产生的可溶性硅酸井近井地带结垢；碱与地层矿物反应产生的可溶性硅酸盐和铝酸盐，也可在油井产出时与其他方向来水中的盐和铝酸盐，也可在油井产出时与其他方向来水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+反应，引起油井近井地带和生产系统结垢反应，引起油井近井地带和生产系统结垢l若碱驱产出液为油包水乳状液，则可用油包水乳状液若碱驱产出液为油包水乳状液，则可用油包水乳状液破乳剂和高压交流电场或高压直流电场破乳。可用的破乳剂和高压交流电场或高压直流电场破乳。可用的破乳剂主要为高分子型破乳剂，如聚氧乙烯聚氧丙烯破乳剂主要为高分子型破乳剂，如聚氧乙烯聚氧丙烯二乙烯三胺、聚氧乙烯聚氧丙烯酚胺树脂等。二乙烯三胺、聚氧乙烯聚氧丙烯酚胺树脂等。碱驱产出液也可能是多重乳状液。对多重乳状液，可碱驱产出液也可能是多重乳状液