表面活性剂驱及复合驱技术

关于表面活性剂驱及复合驱技术第一页，共四十页，编辑于2023年，星期三水驱油采收率低的主要原因波及效率低水K1K2K3油K4K1>K2>K3>K4垂向波及与平面波及图（1）垂向上存在层间非均质性（渗透率差异），易于产生舌进现象，垂向波及效率低。——调剖堵水。（2）平面上存在微观非均质性和油水粘度差，水的流度大，水驱油流度比高，易于产生粘性指进现象，平面波及效率低。——聚合物驱，弱凝胶和CD胶调驱。第二页，共四十页，编辑于2023年，星期三波及区内的驱油效率低PAPB油水油r1r2水PAPB水油

波及区内微观上是并联毛细管模型，驱油速度不同，慢的留下残余油。第三页，共四十页，编辑于2023年，星期三Ganglia前进角θ1θ2后退角Pw1PoPw2

残余油滴运动时存在动力滞后现象，产生附加毛管阻力附加毛管阻力：

排驱残余油滴的条件：水驱油的压力>附加毛管阻力。

——表面活性剂驱降低界面张力σ，可启动残余油。如果实现有利的相态（混相），就消除界面和界面张力，驱油效率将大幅度提高。表面活性剂驱通过乳化实现有利的相态，而气体混相驱在一定条件下实现气体与油的混相。第四页，共四十页，编辑于2023年，星期三调剖堵水、聚合物驱、弱凝胶与CD胶调驱技术，主要启动低渗透层和改善层内流度比，提高波及效率气体混相驱是在一定条件下，实现注入气体与油的混相，消除驱油过程中的界面张力，提高驱油效率。表面活性剂驱及复合驱，降低油水界面张力，通过乳化实现有利的相态，提高波及区内的洗（驱）油效率——重点讲述表面活性剂驱及ASP复合驱提高驱油效率机理。提高水驱油采收率的主要途径第五页，共四十页，编辑于2023年，星期三

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，有效地改变了界面性质，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第六页，共四十页，编辑于2023年，星期三σ降低，毛管数Nvc=μV/σ增加很大（而提高速度潜力很小，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第七页，共四十页，编辑于2023年，星期三那么，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>附加毛管阻力梯度第八页，共四十页，编辑于2023年，星期三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，油滴才能启动。令：毛管半径r=10-4cm，油滴长度dl=10-2cm，强亲水θ=0，得：强亲水油藏第九页，共四十页，编辑于2023年，星期三

水驱（σ高）→活性水驱（加入少量的表活剂）→胶束溶液驱（Micellar，加入较多表活剂，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）。（2）降低界面张力的途径第十页，共四十页，编辑于2023年，星期三§1驱油用表面活性剂阴离子型(Anionic)磺酸盐、羧酸盐、硫酸盐类阳离子型(Cationic):季胺盐非离子型(Nonionic):烷基聚氧乙烯醚两性离子型(Zwitterionic):甜菜碱

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）。一般不使用阳离子型（因为地层中吸附损失大）。第十一页，共四十页，编辑于2023年，星期三§1驱油用表面活性剂EOR使用阴离子型:十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸盐类、重烷基苯磺酸钠、Gemini阴表面活性剂、石油磺酸盐等。EOR使用非离子表面活性剂：如烷基酚聚氧乙烯基醚类、烷醇酰胺类、烷基葡糖苷等大多是阴离子与非离子复配使用，发挥二者的协同作用！！第十二页，共四十页，编辑于2023年，星期三

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)第十三页，共四十页，编辑于2023年，星期三离子表活剂的分子结构亲油基团亲水基团烷烃基羧基

烷基苯基羟基烷基酚基磺酸基脂肪酸基硫酸脂基脂肪酸酰胺基磷酸基脂肪醇基季胺盐聚氧丙烯基

胺基氟烃基氧乙烯基硅烃基

表面活性剂的主要亲油基和亲水基

第十四页，共四十页，编辑于2023年，星期三新型高效表面活性剂第十五页，共四十页，编辑于2023年，星期三

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第十六页，共四十页，编辑于2023年，星期三水油

油水（液液）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：第十七页，共四十页，编辑于2023年，星期三§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） 第十八页，共四十页，编辑于2023年，星期三1.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、微乳液第十九页，共四十页，编辑于2023年，星期三（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+较多表活剂——→

胶束溶液2.胶束溶液第二十页，共四十页，编辑于2023年，星期三b.浓度增大，活性剂开始进入水中。水第二十一页，共四十页，编辑于2023年，星期三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）。第二十二页，共四十页，编辑于2023年，星期三（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。第二十三页，共四十页，编辑于2023年，星期三油+水+较多活性剂+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.微乳液第二十四页，共四十页，编辑于2023年，星期三1.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.微乳液组成及性质第二十五页，共四十页，编辑于2023年，星期三

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%。第二十六页，共四十页，编辑于2023年，星期三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.微乳液的配制第二十七页，共四十页，编辑于2023年，星期三O过剩油M微乳液OM3.分类a.下相微乳液第二十八页，共四十页，编辑于2023年，星期三M微乳液W过剩水b.上相微乳液MW第二十九页，共四十页，编辑于2023年，星期三c.中相微乳液O过剩油M微乳液W过剩水OMW第三十页，共四十页，编辑于2023年，星期三d.单相微乳液M微乳液M第三十一页，共四十页，编辑于2023年，星期三a.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.微乳液的微观结构第三十二页，共四十页，编辑于2023年，星期三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。MWσMWW第三十三页，共四十页，编辑于2023年，星期三c.中相微乳液（有三种结构）

水包油（O/W）OMW油包水（W/O）OMW第三十四页，共四十页，编辑于2023年，星期三层状结构，lamellarσo=σwOMW水油水第三十五页，共四十页，编辑于2023年，星期三

活性水驱是以浓度小于CMC的表面活性剂水溶液作为驱动介质的驱油方法。采用非离子型表活剂效果好：可减少吸附损失，对地层水中高价阳离子（Ca2+、Mg2+）不敏感。将非离子型和阴离子型表活剂复合使用效果更好。发挥前者的乳化作用和后者的润湿、分散作用。§5活性水驱第三十六页，共四十页，编辑于2023年，星期三主要驱油机理：降低油水界面张力，使残余油变成可动油。改变地层表面的润湿性，如亲油→亲水。增加原油在水中的分散，形成O/W乳状液，油滴被活性水夹带而被采出。改变原油的流变性，高粘原油，非牛顿液体性质，活性剂进入油中，降低极限动剪切应力。实例第三十七页，共四十页，编辑于2023年，星期三§6复合化学驱（ASP驱）一.复合驱概念由两种或两种以上的化学剂混合使用，利用它们之间的协同效应的驱油方法。既提高波及效率，有提高驱油效率，从而大幅度提高采收率。如：二元：P+S，P+A