提高原油采收率原理(EOR)第六章-B表面活性剂驱

第六章表面活性剂驱SurfactantFlooding第一节什么叫表面活性剂驱用表面活性剂体系作驱油剂的驱油法叫表面活性剂驱。表面活性剂体系稀表面活性剂体系(如活性水、胶束溶液)浓表面活性剂体系(如上相微乳、中相微乳和下相微乳)

泡沫、乳状液也包括在表面活性剂体系之中一、活性水驱（活性剂的浓度小于CMC）二、胶束溶液驱（活性剂的浓度大于CMC，但其质量分数不超过0.02）表面活性剂驱包括下列的驱油法：以活性水作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。以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱。胶束溶液也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。在胶束溶液中，除了表面活性剂外，还需加入醇和盐。表面活性剂浓度10倍于临界胶束浓度或更大的浓度时，胶束一般是非球形的。(棒状、棒状胶束六角、层状胶束等）微乳的组成和类型:微乳组成：微乳属浓表面活性剂体系，由水、油、活性剂、助活性剂、盐组成。微乳类型：水外相微乳、油外相微乳、中相微乳（过渡态）图6－1微乳类型的转换三、微乳驱（表面活性剂的质量分数超过0.02)活性剂和助活性剂为一组分S；水和盐为另一组分W；油为一组分O——准三组分微乳的准（pseudo）三组分相图（a）水溶液表面活性剂（b）油溶性表面活性剂图6－2微乳的准三组分相图S－表面活性剂与助表面活性剂；W－盐水；O－油图6－3图6－2中A、B两点的相态油水比1：1活性剂浓度不变随着盐含量的增加，表面活性剂由亲水性变至亲油性，微乳体系的类型由水外相微乳（L）变成油外相微乳（U）。盐可以调整HLB值图6－4微乳随盐含量增加的相态变化图6－5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－水预冲段塞可以是盐水段塞或牺牲剂段塞以微乳作驱油剂的驱油法叫微乳驱。W为控制流度的的聚合物溶液，X为驱油的水外相微乳组成，B为剩余油或水中的饱和度。聚合物溶液驱动水外相微乳的组成沿WX变化，水外相驱动剩余油的组成沿XB变化。L的组成变化先沿XM变化，后沿MW帽形的边沿线变化。XM一段为混相的水外相微乳驱，MB一段为非混相的水外相微乳驱。图6－6水外相微乳驱的相图描述图6－7相体积分数、界面张力、采收率、磺酸盐滞留量与盐含量的关系微乳性质与含盐量的关系图6－8界面张力、表面活性剂增溶参数与盐含量关系处于最佳盐含量下的中相微乳有以下特点（图6－7、图6－8）：（毛管阻力小-取决于最大一个界面张力。）（σ越低，界面层堆积越紧密，电荷密度越大，静电斥力越大，滞留量越小。）(1)中相微乳与油的界面张力（σMO）和中相微乳与水的界面张力（σMW）处在相等的最低值。（2）表面活性剂的滞留量最小。（对水和油有最适宜的平衡关系）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。（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。（4）采收率最高由于中相微乳在最佳盐含量下有许多特点、优点，所以中相微乳驱得到比油外相微乳驱或水外相微乳驱好的驱油效果。四、泡沫驱气泡分散在液体中,以气体为分散相,液体为连续相的分散体系

－固体泡沫和液体泡沫泡沫驱是一种用泡沫作驱油剂的驱油法。泡沫由水、气、起泡剂组成，起泡剂中除表面活性剂外还有聚合物(增加体相粘度)和盐(调整表面活性剂的亲水亲油平衡)。泡沫属Bingham塑性流体。泡沫特征值＜0.52——气体乳状液；泡沫特征值＞0.99——(反相变成)雾;泡沫特征值＞0.74——气泡形成为多面体.

泡沫特征值是描写泡沫性质的一个重要数值。泡沫特征值是指泡沫中气体体积对泡沫总体积的比值。通常泡沫特征值是在0.52～0.99之间。泡沫的稳定因素：较低的界面张力；有一定弹性的膜；适当的表面粘度；表面电荷的作用。图6－9泡沫粘度与泡沫特征值的关系泡沫的稳定性及其测量：起泡的能力和泡沫的稳定性。气流法—气流法测定泡沫性能（平衡时的泡沫高度h）。单泡法—测定泡沫的寿命（起泡升至液面到破裂所需时间）。搅拌法—由泡沫随时间的变化求出Lf=∫Vdt/VO).图6－10泡沫的屈服值与泡沫特征值的关系可交替向地层注气泡剂溶液和气体，也可同时分别从油套管注入地层。乳状液驱是以乳状液作为驱油剂的驱油法。地面配好后注入地层。酸性原油与碱水乳化后效果较好。图6－11泡沫驱油效果泡沫特征值：1－0.00(水驱)；2－0.72；3－0.85；4－0.91第二节表面活性剂提高采收率的机理一、活性水驱机理1、低界面张力原理活性剂吸附—降低界面张力—粘附功减小—洗油效率提高表面活性剂驱提高采收率的原因与碱驱大体相同式中，w粘附－粘附功；

σ油水－油水界面张力；

θ－油对岩石表面的润湿角。2、润湿反转机理图6－12表面活性剂使地层表面润湿反转3、乳化机理驱油用的表面活性剂可稳定水包油乳状液。

乳化的油不易重新粘湿润湿回地层表面，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、提高表面电荷密度原理图6－13驱油过程中提高表面电荷密度的作用阴离子活性剂的吸附，提高了电荷密度，增加了地层与油珠的静电斥力，易被带走，提高了洗油效率。5、聚并形成油带机理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，产生聚并，形成油带。图6－14被驱替的油聚并为油带图6－15油带在向前移动中不断扩大二、胶束溶液驱机理醇和盐调整和平衡极性，增大吸附，降低界面张力（0.1X10-2)。胶束可增溶油，提高了洗油效率。胶束溶液驱有活性水驱的全部机理。醇和盐等助剂的加入，强化了胶束溶液驱油的低界面张力机理。图6－17一个典型的油水界面张力与表面活性剂质量分数关系图条件：表面活性剂：TRS10－410（一种石油磺酸盐）醇：IBA（异丁醇）油相：十二烷水相：TRS10－410＋IBA＋NaClW(NaCl)=0.015M(TRS10-410)/m(IBA=5/3)三采剩余油与二采剩余油之比（水驱10－6）图6－16Sorc/Soc与Nc的关系（数据点由不同条件得出）界面张力降低→毛管阻力降低→剩余油饱和度和束缚水饱和度降低→采收率提高图6－18相对渗透率曲线随油水界面张力的变化油水界面张力1－大于10mN·m-1；2－接近0.5mN·m-1；3－接近0mN·m-1三、微乳驱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。四、泡沫驱机理

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的浓度，它应具有活性水或胶束溶液的性质，因此具有与它们相同的驱油机理。泡沫驱还有两个提高采收率的机理。1.通过Jamin效应的叠加，提高驱动介质的波及系数。2.驱油泡沫中的气泡，可依孔道的形状而变形，能有效地将波及到孔隙中的油驱出，提高洗油效率。第三节表面活性剂驱用的活性剂一、磺酸盐型表面活性剂石油磺酸盐是一类重要的磺酸盐型表面活性剂，它可用磺化剂（如三氧化硫）将芳香烃含量高的石油或石油馏分磺化再用碱中和制成：RArH＋SO3－RArSO3HRArSO3H＋NaOH－RArSO3Na+H2O成分w(成分)×102活性物50～80矿物油5～30水2～20硫酸钠1～6表6－1石油磺酸盐的规格二、羧酸盐型表面活性剂气相氧化法和液相氧化法石油羧酸盐是一类重要的羧酸盐型表面活性剂，它由石油馏分通过气相氧化得石油羧酸，再用碱皂化石油羧酸得石油羧酸盐。但是羧酸盐型表面活性剂的耐盐、耐高价金属离子的能力远不如磺酸型表面活性剂。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）用相应的合成方法制得。烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐，α－烯烃磺酸盐等属这一类磺酸盐。三、非离子型表面活性剂平平加型表面活性剂，如：OP型表面活性剂，如：Tween型表面活性剂，如：主要用有聚氧乙烯基的非离子表面活性剂。它由烷基醇、烷基苯酚或山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧乙烯制得。这是一类耐盐、耐高价金属离子的表面活性剂，有下列几种：耐盐性能好，耐高价金属离子四、非离子型-阴离子型表面活性剂

第四节表面活性剂驱油田的筛选标准地层温度必须低于表面活性剂的浊点，界面张力最好达到10-3mN/m。参数要求原油密度<0.934粘度<35成分轻烃含量高水矿化度/（mg/l）<4×104Ca2+、Mg2+含量/（mg/l）<500油藏含油饱和度/Vp>0.35厚度/m不限渗透率×103/μm2>10埋深/m<2740温度/℃<93岩性砂岩第五节表面活性剂驱存在的问题一、滞留二、乳化三、流度控制用改性木质素磺酸盐作牺牲剂；用羟基铝（锆）预处理地层，选用耐盐活性剂等。可用聚合物溶液或泡沫控制流度。表面活性剂在地层中有四种滞留形式，即吸附（主要吸附在蒙脱石界面上）、溶解（在三次剩余油和水中溶解）、沉淀（由阴离子型表面活性剂与多价金属反应生成）和与聚合物不配伍，由此产生絮凝、分层。类似碱驱，乳化机理也是表面活性剂驱的重要机理。表面活性剂驱的产出液为原油与水的乳状液。由于表面活性剂体系流度大于油的流度，所以表面活性剂体系也易沿高渗透层指进入油井而不起驱油作用。第六节表面活性剂驱的进展1、抗温抗盐表面活性剂的研制开发2、