提高采收率3表面活性剂驱

第三章表面活性剂驱

SurfactantFlooding水驱油后，油层中有油水两相，存在界面和界面张力，油水界面张力一般10-30mN/m。

加入表面活性剂后，由于表活剂具有两亲特性，有效地降低了界面张力。选择适当的表面活性剂，可以使界面张力降至10-3mN/m数量级。油水界面与界面张力σ

σ降低，毛管数大大增大（而通过提高速度潜力很小，聚合物粘度也仅能增加几十倍），Sor降低，驱油效率增高。SorNvc10-710-610-510-410-310-210-1那么，σ降低到什么程度油滴才能流动呢？（1）油滴启动的最高极限界面张力启动条件：水驱油压力梯度>附加毛管阻力梯度

σ≤1.4×10-3mN/mσmax=1.4×10-3mN/m

当界面张力降低至10-3mn/m时，达到超低界面张力（UltralowIFT)数量级，油滴启动。令：毛管半径r=10-4cm，油滴长度dl=10-2cm，强亲水θ=0，得：水驱（σ高）→活性水驱（加入少量的表活剂）→胶束（Micellar）溶液驱（活性剂浓度高时将缔结为胶束）→微乳液(Microemulsion)驱（多种组分共同作用，使σ达到超低值）。本章重点讲述：微乳液驱。（2）降低界面张力的途径§1驱油用表面活性剂阴离子型(Anionic)阳离子型(Cationic)非离子型(Nonionic)两性离子型(Zwitterionic)EOR使用阴离子型(稳定性好、吸附量小、成本低)和非离子型（耐高矿化度，活性稍差）。不使用阳离子型（因地层中吸附损失大）。极性端,non-polarportion（亲水）非极性端,polarportion（亲油）headtail阴离子表活剂的分子结构——石油磺酸盐（PetroleumSulfonates)界面张力：使不互溶流体界面产生新界面所需的单位长度的力。油水界面膜F0L1L2水油

界面吸附表活剂，因表活剂的两亲性，改变界面性质，界面张力降低。油水加入表活剂表活剂降低界面张力：§2微乳液特性（BehaviorofMicroemulsions)油+水→不互溶——→形成一定分散程度的油水体系剧烈搅拌———→停止搅拌分层———————→加入活性剂，搅拌易形成稳定体系—————————→加入不同种类数量的表活剂形成不同性质的溶液（不同分散体系） 1.乳状液油+水+少量表活剂—→乳状液。特性：外观不透明，分散液滴的尺寸大（1-10μm），体系σ大，需要在强烈的搅拌作用下才能生成，热力学不稳定体系。一.乳状液、胶束溶液、微乳液（1）水中加入活性剂a.浓度很小时，活性剂浓集于水表面水油+水+大量表活剂——→胶束溶液2.胶束溶液b.浓度增大，活性剂开始进入水中。

c.浓度进一步增大到CMC(Criticalmicelleconcentration)以上，活性剂非极性端缔结为胶束（因极性端亲水）。（2）再加入油油会溶解到非极性的胶束核心中去（增溶作用）。胶束溶液特性：外观透明，胶束直径小（0.001-0.01μm)，单相溶液，热力学稳定体系。油+水+大量活性剂+其他成分。特性：外观透明或半透明，胶束直径（0.01-0.1μm），体系界面张力低，甚至可达10-3mN/m以下，热力学稳定体系。3.微乳液1.组成油(hydrocarbon)+水(water)+活性剂(surfactant)+助剂(co-surfactant)+电解质(electrolytes)，按一定比例组成的高度分散的低张力体系。二.微乳液组成及性质油：模拟地层油（因有些原油成分复杂，给配制带来困难），0-80%（体积比）。水：蒸馏水，10-95%。活性剂：阴离子型，石油磺酸盐，<1-15%。助剂：脂肪醇（改变体系性质），0-10%。电解质：NaCl，<1-10%。a.配制一定浓度的盐水b.试取油：盐水=1：1，混合c.加入活性剂和醇震荡，搅拌，静置十几分钟到数小时。注：任何一种组份或含量改变，都会影响微乳液的生成和性质。2.微乳液的配制O

过剩油M

微乳液OM3.分类a.下相微乳液M微乳液W过剩水b.上相微乳液MWc.中相微乳液O过剩油M微乳液W过剩水OMWd.单相微乳液M微乳液Ma.下相微乳液σMO水包油结构oil-in-water,，水外相，含水相油+膜σo，水+膜σw，σo>σw，按能量趋于最小的原则，胶束非极性端聚集。OMO4.微乳液的微观结构b.上相微乳液油包水结构water-in-oil，油外相，含油相油+膜σo，水+膜σw，σo<σw，胶束极性端聚集。MWσMWWc.中相微乳液水包油（O/W）OMW层状结构，lamellarσo=σwOMW水油水油包水（W/O）OMW1.三元相图的性质和规则（1）性质ABC体系由A、B、C三种组分组成。相图内任一点P代表由A、B、C三种组分按一定比例组成的一个体系，并且：A%+B%+C%=100%。三.微乳液的相态特性(PhaseBehavior).P顶点组成是该组分含量100%（如A点含A100%，不含B和C）。对边是该含量为0，对边上的任一点由两组分组成（如BC边含A为0，仅由B和C组成）。ABC.P

某体系组成从顶点C向对边移动时，表示该顶点物质浓度在不断减少。但直线上所有各点组成中，含A与B的比例保持不变，即：C1体系：含A为BN段， 含B为AM段C2体系：含A为BH段，含B为AD段ABCC1C’HNDMC2

在平行于某一边的直线（A’B’）上，有一组体系，则它们含顶点物质（C）的百分含量相同。ABCA’B’a.直线规则(LineRule)：如果有两个三组分体系Q和Y混合，生成的新体系组成Z必然落在Q和Y的连线上。ABC.ZQ..Y(2)规则b.杠杆规则(Inverse-lever-armRule)：Q与Y混和得到新体系Z，则在Z体系中：组分A（B、C）来自Q的含量组分A（B、C）来自Y的含量=ZYQZ2.微乳液拟三元相图WOS三个拟组分(pseudocomponents)：W：盐+水，

O：油，

S：活性剂+助剂（1）取油：盐水=1：1，加入少量S，设生成下相微乳液。水油8ml4mlM110ml7ml10ml8ml4ml1ml油被增溶表活剂水油油加入2mlS搅拌总组成a1通过实验绘制微乳液拟三元相图体系总组成a1： 4mlW,40%4mlO，40%2mlS，20%微乳液组成M1： 4mlW,57.1%1mlO，14.3%2mlS，28.6%WOSM1..a1(2)保持油水量不变，增加S用量，得到（a1，M1)，(a2，M2)，........，(an，Mn)。当S增加到某值时，an与Mn重合（单相）WOSMn（an）M2M1a2a1

（3）改变油水比例，不断增加S含量，直至界面消失，得到Mn1，Mn2，....WOSMn（an）M2M1a2a1.

Mn1.

Mn2（4）连接WM1M2...MnMn1Mn2...O，得到下相微乳液相图。（1）ai点：体系的总组成点（包括微乳液和过剩油）。Mi点：微乳液组成点。（2）WM1M2...MnMn1Mn2...O曲线称为双结点曲线。OM连线称为系线。（3）双结点曲线将相图分为两个区：单相区(顶部）和两相区（底部）。下相微乳液系线的斜率为负，称为Ⅱ（-）型相图。3.相图点、线、面的含义WOSWOS下相，Ⅱ（-）型上相，Ⅱ（+）型WOS三相区两相区两相区单相区中相，Ⅲ型(1)Ⅱ型相图中，体系组成点落在两相区内才是上、下相微乳液体系。（2）Ⅲ型相图中，只有体系组成点落在三相区内才是中相微乳液体系。Note:（1）活性组分含量对相态的影响设油水体系E中加入S后生成下相微乳液，油不断的被增溶。WOS.E油水体系4.相态变化规律S低时，生成两相溶液，部分混相。总组成为a，微乳液组成为M，O是过剩相。WOSMaE

油水体系体系中O与M含量之比为：O含量M含量=MaOa

S高时(D点以上），生成单相溶液，完全混相。

S增加，体系总组成沿EDS方向变化，微乳液组成沿双节点曲线WMD方向变化。WOSMaDE

油水体系§3微乳液驱油机理(DisplacementMechanism)油层实现微乳液驱方法：油层存在：油+盐水→油水体系E。

需要补充：活性剂+助剂溶液→活性水体系A。WOSEAWOSEA

A+E作用：可能形成单相（混相），也可能形成两相（非混相）→部分混相。

A+B作用：一定形成单相（混相）→混相驱

D+E作用：一定形成两相（非混相）→非混相驱。BD混相驱：指油层任何位置，排驱流体与被排驱流体一经接触，便立即互溶混相的排驱过程。非混相驱：排驱流体与被排驱流体以任何比例混合都不能互溶混相的排驱过程。部分混相驱：注入一定量的单相活性体系，段塞前缘因被地层流体稀释成为非混相区，而后缘为混相区的排驱过程。一.基本概念假设条件：油层为均质线性地层，流体间分子扩散速度大于流速，流体不可压缩（注入1PV排出1PV），

两相区内参与流动的体积比=相体积比，（一旦两相均流动，则按比例流动，比如一杯溶液倒出一部分，体系组成不变）。二.驱油机理分析（1）第一批活性水A,依此经过不同孔隙的油水体系E，观察各孔隙中组成变化情况。AWOSEAEEEE

孔隙123nn+1

线性地层模型EA1.....EA1A2An-1AnA2AnE’An-1以部分混相驱机理为例：孔隙1中,A+E→A1

单相(活性剂浓度高)孔隙2中,A1+E→A2

单相(活性剂浓度较高)孔隙3中,A2+E→A3

两相(活性剂浓度下降)............................孔隙n中,An-1+E→An

两相(活性剂浓度很低)孔隙嗯n+1中,An+E→E’两相(接近油水组成E)A1A2A3E’E结果：

孔隙123nn+1.....An孔隙1中:

A+E→A1 A+A1→A(1) A+A(1)→A(2) ..................... A+A(n)→A’最终组成接近注入的活性水组成A。AA’A(n)A(2)A(1)A1E(2)连续注活性剂A,观察注入端孔隙中组成变化接着，第二、第三孔隙中的组成依次接近注入的活性水组成A。混相带过渡带富油带原始油水区Sor组