油田化学第三章化学驱油

油田化学第三章化学驱油2023/4/111第1页，共123页，2023年，2月20日，星期日课程学习内容绪论第一章表面活性剂第二章油田用高分子第三章化学驱油技术第四章酸化、压裂及添加剂第五章化学清蜡与防蜡第六章油田化学堵水第七章化学防砂第八章油田水处理技术第九章钻井液、完井液及添加剂第十章固井水泥浆及添加剂2023/4/112第2页，共123页，2023年，2月20日，星期日采收率低地层非均质性波及系数洗油效率油层化学改造采油中存在的问题前言2023/4/113第3页，共123页，2023年，2月20日，星期日波及系数：是指驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比值。原油采收率（ER）=采出储量（NR）/地质储量（N

）×100％水驱采收率（ER）=波及系数（EV）X洗油效率（ED）×100％Vsw－驱油介质驱替到的容积；V－油藏总容积；前言二、原油采收率VVEswV=2023/4/114第4页，共123页，2023年，2月20日，星期日洗油效率：是指驱油剂波及到的油层所采出的油量与这部分油层储量的比值。油层改造有两个途径：提高波及系数提高洗油效率So－原始含油饱和度；Sor－残余油饱和度；前言二、原油采收率2023/4/115第5页，共123页，2023年，2月20日，星期日提高波及系数影响因素：不均质性、水油流度比提高波及系数的主要方法：改变驱油剂、油的流度。流度是流体通过孔隙介质能力的一种量度前言m=lk2023/4/116第6页，共123页，2023年，2月20日，星期日提高洗油效率改变岩石表面的润湿性减小毛细管阻力效应的不利影响前言提高洗油效率的主要方法2023/4/117第7页，共123页，2023年，2月20日，星期日驱油剂的流度远大于油的流度，驱油时，驱油剂沿高渗透层突入油井，为提高驱油剂的波及系数，必须减小驱油剂的流度和（或）增加油的流度。提高洗油效率:主要方法是改变岩石表面的润湿性和减小毛细管阻力。2023/4/118第8页，共123页，2023年，2月20日，星期日化学驱油法（化学驱）聚合物驱油法（聚合物驱）表面活性剂驱油法（表面活性剂驱）碱驱油法（碱驱）混相驱油法（混相驱）烃类混相驱油法（烃类混相驱）非烃类混相驱油法（非烃类相驱）

热力采油法（热采）蒸汽驱油法（蒸汽驱）油层就地燃烧法（火烧油层）

前言三、改造油层的方法2023/4/119第9页，共123页，2023年，2月20日，星期日本章主要内容1聚合物驱2表面活性剂驱3碱驱4复合驱2023/4/1110第10页，共123页，2023年，2月20日，星期日聚合物驱是指以聚合物做驱油剂提高原油采收率的方法。以水溶性聚合物增加水相粘度、改善流度比、稳定驱替前沿的方法，也称为：聚合物溶液驱聚合物强化水驱稠化水驱和增粘水驱注聚第一节聚合物驱一、概念主要是提高波及系数，适用于非均质的重质或较重质的油藏。渗透率越高，相对分子质量大的聚合物不堵塞地层。当渗透率低于20mD，使用低相对分子质量的聚合物。2023/4/1111第11页，共123页，2023年，2月20日，星期日二、聚合物驱最常用的聚合物

用于油层的聚合物有特定的要求：有好的增粘性能、热稳定性高、化学稳定性好、耐剪切、在油层吸附量不大。聚合物主链应为碳链(热稳定性好)，有一定量的负离子基团(增粘效果好)和一定量的非离子亲水集团(化学稳定性好)。2023/4/1112第12页，共123页，2023年，2月20日，星期日部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）油田主要用HPAM热稳定性好；剪切稳定性较差；化学稳定性较差；生物稳定性好第一节聚合物驱二、聚合物驱用聚合物2023/4/1113第13页，共123页，2023年，2月20日，星期日驱油用HPAM具有以下基本特征：（1）高分子量：一般驱油用HPAM的分子量为1千万到几千万；（2）多分散性：HPAM的分子量具有不均一性，是分子量不等的同系聚合物的混合物；（3）几何结构多样化：聚合物的几何结构有线型、支型和体型三种形态；（4）物化性能稳定：HPAM具有稳定的化学性质和特殊的物理性能，以满足驱油的要求。第一节聚合物驱2023/4/1114第14页，共123页，2023年，2月20日，星期日2黄胞胶（XC）（生物聚合物）热稳定性差（71℃）；生物稳定性差（24小时，需加醛类杀菌剂）；剪切稳定性好（支链）。第一节聚合物驱2023/4/1115第15页，共123页，2023年，2月20日，星期日聚合物对水的稠化能力HPAM与XC对水有优异的稠化能力。2023/4/1116第16页，共123页，2023年，2月20日，星期日

（1）超过一定浓度，聚合物分子互相纠缠形成结构，产生结构粘度。

（2）聚合物链中的亲水基团在水中溶剂化（水化）。

（3）离子型聚合物，在水中解离，形成扩散双电层，产生许多带电符号相同的链段，聚合物分子在水中形成松散的无规线团，有好的增粘能力。聚合物对水的稠化是由下列原因产生的：2023/4/1117第17页，共123页，2023年，2月20日，星期日1、定义：盐对聚合物溶液粘度产生特殊影响（粘度降低）的效应。

2、原因：盐加入后，羧基与钠离子形成的扩散双电层受到盐的压缩作用，使链段的负电性减小，HPAM分子形成紧密的无规线团，因而对水的稠化能力大大减小。最好用清水配注聚合物，且前后注淡水段塞。盐敏效应2023/4/1118第18页，共123页，2023年，2月20日，星期日

聚合物驱是通过减小水油流度比，提高原油采收率。根据流体流度的概念，水油流度比的定义式：

三、聚合物驱提高原油采收率机理2023/4/1119第19页，共123页，2023年，2月20日，星期日减小水油流度比，有4种途径：聚合物通过增加水的粘度和在孔隙介质中的滞留，减小孔隙介质对水的渗透率，减小水油流度比，增加波及系数，提高原油采收率。2023/4/1120第20页，共123页，2023年，2月20日，星期日随着MWO的减小，波及系数增大，采收率提高2023/4/1121第21页，共123页，2023年，2月20日，星期日提高了平面的波及系数聚合物驱与水驱的对比提高了纵向的波及系数2023/4/1122第22页，共123页，2023年，2月20日，星期日四、聚合物在多孔介质中的流动特性

聚合物溶液流过多孔介质渗透率降低，用残余阻力系数表示。

聚合物溶液流过多孔介质流动度降低，渗透率降低，形成残余阻力的原因是聚合物在孔隙介质中的滞留，滞留在多孔介质中有三种方式：吸附、机械捕集和物理堵塞。2023/4/1123第23页，共123页，2023年，2月20日，星期日1、吸附

聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢键、静电作用聚集在岩石孔隙结构表面的现象。NaCl浓度增加，吸附量增加;分子量增加，吸附量增加;温度升高，吸附量减小。见表3-12023/4/1124第24页，共123页，2023年，2月20日，星期日影响吸附量的因素为：(1)岩石的成分和结构。粘土矿物>碳酸岩>砂岩，

蒙脱石>伊利石>高岭石；(2)高分子的类型、分子量及浓度。酰胺基的同一高分子，M大，吸附量大；(3)水中含盐量、PH的影响。岩性相同，高分子相同，含盐量越高，吸附量越大，PH值越大吸附量越小；(4)温度升高，分子运动加剧，吸附量减小；(5)动态吸附小于静态吸附（存在高速流动脱附）。2023/4/1125第25页，共123页，2023年，2月20日，星期日2、机械捕集

聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的聚合物分子的无规线团通过“架桥”留在孔喉外的现象（图4-2）。2023/4/1126第26页，共123页，2023年，2月20日，星期日主要是高分子的结构，柔性高分子线团大，捕集作用大；孔隙小易捕集。对低渗透层捕集是滞留(渗透率降低)的主要机理，对中等渗透层吸附是滞留(渗透率降低)的主要机理。高分子结构柔软，在高速流动时变长与流动线保持一致，容易进入比高分子直径小的孔隙，流速降低后应力松弛高分子恢复原状被捕集在孔隙中。主要机理:影响捕集的因素：2023/4/1127第27页，共123页，2023年，2月20日，星期日3、物理堵塞

物理堵塞是指高分子溶液中的各种水不溶物或高分子溶液与地层或地层中的流体发生化学反应生成沉淀物引起的堵塞，物理堵塞滞留是不可逆的。三种滞留住往同时发生，特别是吸附和机械捕集。滞留量适当，有利于化学驱油，滞留量太大聚合物不能流动到预期的位置，影响波及系数，对化学驱油不利；滞留量太大造成地层损害。2023/4/1128第28页，共123页，2023年，2月20日，星期日4、聚合物溶液在多孔介质中的流变性

在注入井附近高剪切速率下表现出胀流性，剪切速率增大粘度增大。2023/4/1129第29页，共123页，2023年，2月20日，星期日五、选择驱油用聚合物的要求基本原则:(1)增粘性好。少量加入能增加溶液的粘度;(2)热稳定性好。在地层温度下粘度不会大幅度下降;(3)化学稳定性好。与地层水和注入水不起化学反应；配伍性好，不与地层Ca2＋、Mg2+等离子产生沉淀;(4)滞留量少。在地层中吸附量少；(5)抗剪切能力强。经泵和井眼时机械降解少;(6)来源广，价格低。2023/4/1130第30页，共123页，2023年，2月20日，星期日目前常用的聚合物有三类：1、合成聚合物。如聚丙烯酰胺PAM、部分水解聚丙烯酰胺HPAM、聚乙烯醇等；2、天然聚合物。天然植物胶及其衍生物：羟基化瓜胶、改性海藻胶和纤维素衍生物，如羧甲基纤维素CMC及羟乙基纤维素HEC等；3、生物聚合物。生物聚多糖类高分子化合物XC。

2023/4/1131第31页，共123页，2023年，2月20日，星期日

目前国内外用得最多的是部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合物XC，两种聚合物性能见表3-4。2023/4/1132第32页，共123页，2023年，2月20日，星期日

水解度DH%最好为5%～30%。DH%太大，分子中-COOH多，带负电的基团多，在带负电的岩石上吸附量少，粘度高，化学稳定性差，遇Ca2+、Mg2+离子易产生沉淀。DH%小，酰胺基(-CONH2)多，对Ca2+、Mg2+稳定性好，吸附量大，不利于增粘，在近井地带吸附，提高注入压力。为了解决吸附问题，先用低分子量HPAM作前置液(牺牲剂)先吸附在地层表面，然后再注入高分子量HPAM，对增粘效果影响减少。

HPAM2023/4/1133第33页，共123页，2023年，2月20日，星期日

地层水的矿化度影响增粘效果。矿化度高，Na+抑制离解，减少HPAM链节间的静电斥力，增加高分子卷曲程度，粘度下降；

Ca2+、Mg2+

离子多，HPAM产生沉淀，失去增粘能力;PH值低，抑制-COOH离解，减少链节间的静电斥力，粘度下降。2023/4/1134第34页，共123页，2023年，2月20日，星期日

一般条件能满足，主要是抗细菌降解性能差，可加入杀菌剂甲醛25～100mg/L。经过注聚合物驱油实践，美国提出注聚合物溶液的筛选标准见表3-5。认为聚合物驱最有效是用于中等非均质稠油油藏，避免在具有强烈天然水驱、大气顶、大孔道或大的天然裂缝的油藏中注聚合物。

生物聚合物XC2023/4/1135第35页，共123页，2023年，2月20日，星期日六、聚合物驱筛选标准适合聚合物驱油田的筛选标准见表9—2：2023/4/1136第36页，共123页，2023年，2月20日，星期日前后的段塞主要是防止聚合物的盐敏效应第一节聚合物驱聚合物驱段塞图2023/4/1137第37页，共123页，2023年，2月20日，星期日（1）原油：稀油，密度＜0.966,粘度＜150mPa.s;（2）水质:

矿化度＜40000mg/L，钙镁离子含量＜500mg/L；最好不含三价的金属离子(最好为清水)；（3）油藏：温度＜93℃（最好＜70℃），深度＜2740m，油田整装，油层较厚，油水井对应关系较好，尚有增产潜力的油藏。聚合物驱适用条件2023/4/1138第38页，共123页，2023年，2月20日，星期日八、聚合物驱现状及发展动向(1)、研究新型聚合物驱，提高聚丙烯酰胺的质量，干粉速溶化，增加抗剪切力，研制生产黄原胶，提高黄原胶耐温、抗细菌、抗剪切的性能；(2)、研究各种因素对聚合物驱效果的影响，如吸附、捕集、地层水中Ca2+、Mg2+

、温度、PH值的影响；(3)、研究聚合物在多孔介质中的流变性、滞留机理；(4)、建立统一规范的聚合物性能评定方法及聚合物驱矿场效果评价和经济评价方法。2023/4/1139第39页，共123页，2023年，2月20日，星期日聚合物驱小结一、基本概念：聚合物驱；采收率；波及系数；洗油效率；流度；流度比；聚合物的盐敏效应。二、基本原理：①聚合物驱提高采收率的基本原理。②驱油用聚合物及其重要性质与要求。③聚合物驱的适应范围与条件。④聚合物驱的基本段塞。2023/4/1140第40页，共123页，2023年，2月20日，星期日1.定义

以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油法2.表面活性剂体系稀表面活性剂体系（c<2%）活性水胶束溶液浓表面活性剂体系(c>2%)水外相微乳油外相微乳中相微乳第三节表面活性剂驱一、概念与分类活性剂驱是将表面活性剂溶液注入油层，降低油水、油岩界面张力，改变岩石润湿性提高采收率的方法。2023/4/1141第41页，共123页，2023年，2月20日，星期日第三节表面活性剂驱二、表面活性剂驱用的表面活性剂

表面活性剂驱主要用下列四类表面活性剂：（1）磺酸盐型表面活性剂，如2023/4/1142第42页，共123页，2023年，2月20日，星期日（2）羧酸盐型表面活性剂，如

R—COOM

RAr—COOM

（脂肪酸盐） （石油羧酸盐）（3）聚醚型表面活性剂，如2023/4/1143第43页，共123页，2023年，2月20日，星期日（4）非离子-阴离子型两性表面活性剂，如分子式中，R为烷基；Ar为芳香基；M为Na、Ｋ、等。2023/4/1144第44页，共123页，2023年，2月20日，星期日

表面活性剂浓度＜cmc的水溶液称活性水，活性水属稀表面活性剂体系。活性水驱中常用的活性剂为非离子表面活性剂或耐盐性较好的磺酸盐型和硫酸酯盐型阴离子表面活性剂以活性水作为驱油剂的驱油法叫活性水驱。是最简单的表面活性剂驱。1、活性水驱(来源于洗涤剂的思想)稀表面活性剂体系2023/4/1145第45页，共123页，2023年，2月20日，星期日活性水驱是通过下列机理提高原油的采收率：（1）低界面张力机理(张力降低,润湿角增大)

式中，

Ｗ——粘附功；

——油水界面张力；

θ——油对地层表面的润湿角。稀表面活性剂体系2023/4/1146第46页，共123页，2023年，2月20日，星期日（2）润湿反转机理

活性剂降低油水界面张力，改变润湿性使接触角变大，粘附功（是指接触面为1cm2的液滴从固体表面拉开所作的功）降低，油易从岩石上被拉开，提高采收率。稀表面活性剂体系2023/4/1147第47页，共123页，2023年，2月20日，星期日（3）降低亲油油层的毛管阻力

活性剂能降低亲油油层的毛管阻力。对亲油油层，毛管力为水驱油的阻力。

Pc=

式中Pc——毛管力；

σ——油、水界面张力；

r——毛管半径；

θ——油对岩石表面润湿角润湿角增大,毛管力阻力降低，活性水进入更小半径、原先进不去的毛细管，提高波及系数，提高采收率。稀表面活性剂体系2023/4/1148第48页，共123页，2023年，2月20日，星期日

（4）乳化机理

岩石上被洗下来的油滴，活性剂乳化成O/W型的乳状液，乳状液通过毛细管产生叠加的液阻效应，增加高渗透层段的阻力，注入水进到低渗透层段，提高波及系数。稀表面活性剂体系2023/4/1149第49页，共123页，2023年，2月20日，星期日（5）聚并形成油带机理稀表面活性剂体系2023/4/1150第50页，共123页，2023年，2月20日，星期日（6）提高表面电荷密度机理

阴离子活性剂的吸附提高了表面的电荷密度,增加了油珠与岩石表面的静电斥力,油珠易被带走,提高了洗油效率稀表面活性剂体系2023/4/1151第51页，共123页，2023年，2月20日，星期日表面活性剂选择条件:(1)降低油、水界面张力的能力强；(2)润湿反转能力强；(3)乳化能力较好；(4)受地层离子影响小，抗盐性，不与地层Ca2+、Mg2+发生沉淀。(5)吸附性差。优缺点:源于洗涤剂,工艺简单,价格便宜不能改变流度,容易吸附稀表面活性剂体系2023/4/1152第52页，共123页，2023年，2月20日，星期日

活性水中的表面活性剂浓度较低，加上在地层表面的吸附会引起损耗，所以，要使活性水驱要取得良好的效果，就必须使用大段塞大剂量。

可用牺牲剂减少表面活性剂的吸附。

牺牲剂是指以自己的损耗减少其他药剂损耗的廉价化学剂。

可用的牺牲剂有：

1)碱性物质；

2)多元羧酸及其盐；

3)低聚物与高聚物；

4)木质素磺酸盐。稀表面活性剂体系2023/4/1153第53页，共123页，2023年，2月20日，星期日

胶束溶液属稀表面活性剂体系，表面活性剂浓度大于临界胶束浓度。以胶束溶液作为驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱。与活性水相比，胶束溶液有两个特点：（１）表面活性剂浓度超过临界胶束浓度，溶液中有胶束存在；（２）胶束溶液中除表面活性剂外，还有醇和（或）盐等助剂的加入。2、胶束溶液驱稀表面活性剂体系2023/4/1154第54页，共123页，2023年，2月20日，星期日胶束溶液的配制表面活性剂加入醇（如异丙醇、正丁醇）或盐（如氯化钠）醇和盐等助剂的加入是为了调整油相和水相的极性，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水油界面上，产生超低界面张力（小于10-2mN·m-1的界面张力），强化了胶束溶液驱油的低界面张力机理。稀表面活性剂体系2023/4/1155第55页，共123页，2023年，2月20日，星期日胶束溶液驱的EOR机理具备活性水驱的全部机理胶束存在→增溶机理由于活性剂的浓度较高，而且醇和盐的存在，界面张力可以降到超低，强化了低界面张力机理。稀表面活性剂体系2023/4/1156第56页，共123页，2023年，2月20日，星期日1、微乳液驱

微乳液是一种新型的液-液分散体系，微乳液和油之间界面张力低，在一定程度上可以和油、水混溶，提高驱油效率。1)、胶束溶液、微乳液、乳状液的区别胶束——表面活性剂分子在溶液中形成的聚集体。胶束溶液——浓度大于临界胶束浓度的活性剂溶液。微乳液——是油、水、活性剂、助活性剂在适当比例下自发形成的透明或半透明的稳定体系。微乳液的本质是胶束溶液，是增溶了油(或水)的胶束溶液。浓表面活性剂体系2023/4/1157第57页，共123页，2023年，2月20日，星期日

乳状液是互不相溶的两种液体所形成的分散体系，是热力学不稳定体系。

胶束溶液、微乳液、乳状液性质比较见表3-6。胶束溶液、微乳液、乳状液间的关系：

胶束溶液增加活性剂浓度(＞2％)，加入适当的助活性剂和电解质变成微乳液。乳状液和微乳液间可以互相转换，见图3-1。浓表面活性剂体系2023/4/1158第58页，共123页，2023年，2月20日，星期日2)、微乳液的类型微乳液存在三种类型：

水外相微乳液——下相微乳液。是过剩的油和水外相微乳液平衡的分散体系。活性剂的分配系数P=Co/Cw<1。油外相微乳液——上相微乳液。是过剩的水和油外相微乳液平衡的分散体系，P=Co/Cw>1。中间状态微乳液—中相微乳液。是油水达到平衡时的分散体系，P=Co/Cw=1。

Co-活性剂在油相中的浓度；Cw-活性剂在油相中的浓度浓表面活性剂体系2023/4/1159第59页，共123页，2023年，2月20日，星期日微乳类型的相互转化

微乳类型决定于：活性剂的类型、使用温度、油的性质（如烃的碳数）、水中的电解质（种类和浓度）、体系中的助表面活性剂（种类和浓度）浓表面活性剂体系2023/4/1160第60页，共123页，2023年，2月20日，星期日(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。由于毛管阻力取决于最大一个界面张力，所以当σMO=σMW且处于最低值时最好。(2)表面活性剂的滞留量最小。这是由于油水界面张力越低，表面活性剂在界面层堆积越紧密，因而电荷密度越大。由于静电斥力，使表面活性剂在地层中的吸附量减少，在界面张力处于相等的最低值下，将对应着表面活性剂在地层最小的吸附量(滞留量)。处于最佳盐含量下的中相微乳特点：浓表面活性剂体系2023/4/1161第61页，共123页，2023年，2月20日，星期日(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，因这时表面活性剂对油和水有着最适宜的平衡关系。(4)采收率最高。处于最佳盐含量下的中相微乳有许多特点：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。浓表面活性剂体系2023/4/1162第62页，共123页，2023年，2月20日，星期日(1)可得到超低界面张力；(2)活性剂在地层中滞留量最小；(3)在孔隙介质中油珠聚并时间最短；(4)残余油饱和度最低，驱油效率最高。中相微乳液驱油效果好的原因:浓表面活性剂体系2023/4/1163第63页，共123页，2023年，2月20日，星期日3)、微乳的配制三个主要成分油：原油或它的馏分（如汽油、煤油、柴油）水：淡水或盐水表面活性剂：阴离子型、非离子型和非离子－阴离子型表面活性剂，最好用石油磺酸盐（钠盐或铵盐）浓表面活性剂体系2023/4/1164第64页，共123页，2023年，2月20日，星期日两个辅助成分助表面活性剂：最好用醇，也可用酚调整水和油的极性,参与形成胶束,增加胶束增溶能力电解质：无机的酸、碱、盐，但最好用盐减小表面活性剂和助表面活性剂极性部分的溶剂化程度，使胶束在更低的表面活性剂浓度下就可形成，可使微乳与油或水产生超低界面张力3)、微乳的配制浓表面活性剂体系2023/4/1165第65页，共123页，2023年，2月20日，星期日4)、微乳驱EOR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。浓表面活性剂体系2023/4/1166第66页，共123页，2023年，2月20日，星期日5、微乳驱EOR机理（水外相微乳为例）当微乳与油层接触时，由于它是水外相，可与水混溶（均相），而它的胶束可增溶油，所以也可与油混溶（均相），混相微乳驱当微乳进入油层并当油在微乳的胶束中增溶达到饱和，微乳与被驱动油之间产生界面。这时，混相微乳驱就转变为非混相微乳驱当微乳进一步进入油层，被驱动油进一步进入胶束之中，原来的胶束转化为油珠，水外相微乳转化为水包油乳状液。浓表面活性剂体系2023/4/1167第67页，共123页，2023年，2月20日，星期日5、微乳驱EOR机理（水外相微乳为例）

驱油机理复杂，主要是由于水和油进入微乳中，使它产生相应的相变化引起的。微乳与水和油没有界面→无毛细管阻力，提高了波及系数；微乳与油完全互溶→提高了驱油效率。浓表面活性剂体系2023/4/1168第68页，共123页，2023年，2月20日，星期日(1)、混相驱

微乳液可以增溶油和水，与油水混溶达到混相驱，与油无相界面，消除毛管力的影响，驱油效果最好，油外相微乳液可以与油混相，粘度比水高，吸附损失少，抗盐性强，相应效果比水外相好，经济性比水外相差。微乳液/聚合物驱油机理浓表面活性剂体系2023/4/1169第69页，共123页，2023年，2月20日，星期日(2)超低界面张力非混相驱中相微乳液利用超低界面张力非混相驱提高毛管数Nc，毛管数是一个无因次准数，毛管数公式：驱油剂的视粘度*驱替速度/驱替相与被驱替相之间的界面张力；对具体油层，当孔隙度一定时，毛管数增大，洗油效率提高，采收率增加，Nc达到10-2基本上可把残余油驱净。2023/4/1170第70页，共123页，2023年，2月20日，星期日(3)、增加驱替剂的粘度，提高扫油效率。

微乳液的粘度比水高，一般可达10～几十mPa·s，可改善流度比，提高扫油效率。2023/4/1171第71页，共123页，2023年，2月20日，星期日6、微乳驱段塞图预冲洗段塞：盐水段塞（除去地层中Ca2+、Mg2+等可交换阳离子），或是牺牲剂段塞减少表面活性剂在地层中的损耗）第二节表面活性剂驱2023/4/1172第72页，共123页，2023年，2月20日，星期日4影响驱油效果的因素(1)活性剂组成目前国外多采用来源广、价格便宜降低界面张力效果较好的石油磺酸盐。(2)活性剂结构活性剂结构研究证明：异构的(带支链的)烷基苯磺酸钠盐比相同分子量正构的(直链)烷基苯磺酸钠盐产生的界面张力低得多。2023/4/1173第73页，共123页，2023年，2月20日，星期日(3)活性剂浓度活性剂浓度增加，界面张力减小，达到CMC时，界面张力基本不变，为了增加微乳液的增溶性，活性剂浓度大于CMC。(4)盐的影响

地层水中一般是NaCl、CaSO4、MgSO4等，在配制微乳液中，NaCl降低界面张力比其它盐低，Ca2+、Mg2+

和石油磺酸盐微乳液产生沉淀，相发生分离，达不到驱油效果。要求地层二价离子浓度小于50mg/L。增加盐度，活性剂的水溶性变差，活性剂逐渐分配到油相，在达到最佳盐度时，油和盐水中的活性剂浓度相等，微乳液为中相。2023/4/1174第74页，共123页，2023年，2月20日，星期日(5)醇的影响①影响增溶性醇量多，增溶性好，增溶性的大小用增溶参数表示,增溶参数是单位体积活性剂所增溶的油或水的体积,即：式中：Vo——增溶油的体积；Vw——增溶水的体积；

Vs——活性剂的体积。②影响微乳液类型一般，C2～C4醇形成水外相微乳液；C5～C8醇形成油外相微乳；C1、C9、C10醇不能形成微乳液。③影响微乳液相态。使微乳液由下相微乳液→中相微乳液→上相微乳液。最佳醇度是得到最低界面张力、最高增溶参数时的醇度。2023/4/1175第75页，共123页，2023年，2月20日，星期日(6)温度的影响。当含盐量恒定时，温度升高，相特性由上相微乳液→中相微乳液→下相微乳液(7)原油组成的影响。

原油组成的影响两方面：一是配制微乳液所用的烃类，往往是石油馏分；二是油藏原油的组成。为避免微乳液进入油层后组成变化太大，最好用所驱油藏的原油配制微乳液。2023/4/1176第76页，共123页，2023年，2月20日，星期日(8)PH的影响。在低盐度下，PH升高，体系由上相微乳液→中相微乳液→下相微乳液；在高盐度下，取决于体系的组成，也可出现下相微乳液→中相微乳液→上相微乳液。2023/4/1177第77页，共123页，2023年，2月20日，星期日(9)地层吸附的影响。

活性剂在地层会被吸附，粘土含量大的地层吸附量更大，活性剂浓度降低，微乳液驱失败，地层水的pH值越小，吸附损失越大，粘土的吸附损失占总吸附损失的99%以上。地层中的二价阳离子Ca2+、Mg2+等与阴离子活性剂反应生成沉淀活性剂损失并堵塞地层孔隙，石油磺酸盐耐<500mg/L的二价阳离子。

2023/4/1178第78页，共123页，2023年，2月20日，星期日

减少吸附损失的方法：①采用pH＞10的水溶性正硅酸钠盐(Na2SiO4)或Na2CO3作预冲洗液；②加三聚磷酸钠、羟基聚合铝絮凝粘土，减少粘土的吸附量；③用螯合剂。如柠檬酸、三聚磷酸钠、乙二胺四乙酸(EDTA)等把Ca2+、Mg2+螯合除去；④采用当量分布宽的石油磺酸盐，相对分子质量大的部分作牺牲剂先吸附掉，保护中等当量磺酸盐起作用。

2023/4/1179第79页，共123页，2023年，2月20日，星期日(1)一般微乳液的配方

5、微乳液配方及化学剂选择2023/4/1180第80页，共123页，2023年，2月20日，星期日活性剂的选择原则是:

a能产生超低界面张力;b地层中吸附量低；c活性剂在油、水中的分配系数最好为l;d与地层流体相溶性好，能耐温抗盐；e与后沿聚合物很少相互作用；f货源广、价格低。2023/4/1181第81页，共123页，2023年，2月20日，星期日(1)、活性剂用量大、成本高，新型廉价耐温、抗盐活性剂及合理配方是研究重点。(2)、产生超低界面张力的机理不清，正在着力研究研究认为决定超低界面张力的主要条件是：活性剂的界面浓度、界面电荷密度以及油和盐水的相互增溶性。(3)、活性剂复配研究某些活性剂复配有协同效应。6、微乳液/聚合物驱存在问题及研究动向2023/4/1182第82页，共123页，2023年，2月20日，星期日1.定义：泡沫驱是以泡沫做驱油剂的驱油法。2.泡沫配制：水：淡水，也可用盐水气：氮气、二氧化碳气、天然气、炼厂气或烟道气

起泡剂：主要是表面活性剂如烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯烷基醇醚-15、聚氧乙烯烷基苯酚醚-10、聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯盐、聚氧乙烯烷基醇醚羧酸盐等。在起泡剂中还可加入适量的聚合物（如部分水解聚丙烯酰胺、钠羧甲基纤维素等）提高水的粘度，从而提高泡沫的稳定性。

泡沫驱2023/4/1183第83页，共123页，2023年，2月20日，星期日（1）、贾敏效应叠加机理提高波及系数泡沫是气体分散在液相中的分散体系，泡沫通过毛管时变形对流体流动产生的阻力叫气阻效应。泡沫进入不均质地层，优先进入大孔道—高渗透段，叠加的气阻效应提高流动阻力，随着注入压力增高，泡沫依次进入渗透性较小、流动阻力较大的原来不能进入的层段，泡沫比较均匀地沿不均质地层向前推进，提高波及系数。1、泡沫驱油的机理：2023/4/1184第84页，共123页，2023年，2月20日，星期日（2）泡沫的粘度大于水，改善了流度比。泡沫的粘度大于水主要是水的粘度是来自液层相对移动的内摩擦，泡沫的粘度除来自分散介质液层相对移动的内摩擦外，还存在分散相间的碰撞，在一定温度下，泡沫的粘度主要取决于分散介质的粘度和泡沫特性值——泡沫质量。泡沫质量是气体体积与泡沫总体积的比值。泡沫质量越高，泡沫粘度越大，当泡沫质量超过一定数值，泡沫粘度急剧增加。

2023/4/1185第85页，共123页，2023年，2月20日，星期日

泡沫特征值是描写泡沫性质的一个重要物理量。通常泡沫特征值是在0.52～0.99之间。泡沫特征值小于0.52时的泡沫叫气体乳状液。泡沫特征值大于0.99时的泡沫反相变为雾。泡沫特征值超过0.74时，泡沫中的气泡变成为多面体。泡沫特征值(泡沫质量)2023/4/1186第86页，共123页，2023年，2月20日，星期日

泡沫粘度用下面的经验式计算(介质的粘度和泡沫特征值)当泡沫特征值小于0.74时（4-4） 式中，——泡沫粘度；

——分散介质粘度；

——泡沫特征值。

当泡沫特征值大于0.74时（4-5）

2023/4/1187第87页，共123页，2023年，2月20日，星期日

泡沫粘度随泡沫特征值的变化关系见图4-17。（3）、稀表面活性剂体系驱油机理泡沫降低油水界面张力、乳化作用、润湿反转作用，提高洗油效率。2023/4/1188第88页，共123页，2023年，2月20日，星期日2、泡沫稳定机理

(1)活性剂亲水极性端水化，水分子定向排列，泡间液膜内的表观粘度增大，泡沫稳定性加强；(2)活性剂非极性端烃链分子间力横向结合，液膜的强度增加，泡沫稳定；2023/4/1189第89页，共123页，2023年，2月20日，星期日(3)泡沫有双覆盖层覆盖，液相不易排出，当泡沫特征值>0.74时，泡沫多，互相挤压变形，变成蜂窝状结构，蜂窝状结构是薄壁结构强度最大和最稳定的结构，泡沫更稳定；(4)离子型活性剂的极性端在水中电离，极性端之间同性电荷相斥，增加泡沫的稳定性，非离子型活性剂不能电离没有该稳定机理。2023/4/1190第90页，共123页，2023年，2月20日，星期日

3、影响泡沫稳定性的主要因素

液膜粘度大，有助于稳泡，常在活性剂水溶液中添加高分子化合物，如CMC、HPAM，增加膜粘度，泡沫不易破裂。泡沫液膜的强度减弱或厚度不均，泡沫易破裂消泡。泡沫遇到地层油时易破裂。泡沫的稳定性用泡沫寿命表示，泡沫寿命越长越稳定。2023/4/1191第91页，共123页，2023年，2月20日，星期日

发泡量高、稳泡性强（发泡剂最好没分支,亲水基在一端)、吸附量少、洗油能力强、能抗硬水，不产生沉淀堵塞地层、货源广、价格低廉。如：4、起泡剂的选择2023/4/1192第92页，共123页，2023年，2月20日，星期日配制泡沫的水最好用淡水，也可用盐水。配制泡沫的气体可用氮气、二氧化碳气、天然气、炼厂气或烟道气。配制泡沫用起泡剂。配制泡沫2023/4/1193第93页，共123页，2023年，2月20日，星期日5、泡沫注入方式(1)、层外发泡:在地面用泡沫发生器配好再注入地层。将气体与起泡、稳泡剂水溶液分别由油管和套管环形空间注入，在射孔眼混合成泡沫然后注入油层。层外发泡泡沫粘度大，摩阻大，泵压大，动力消耗大。(2)、层内发泡:交替注气和起泡剂，在地层内形成泡沫。层内发泡注入压力低，现场施工方便。2023/4/1194第94页，共123页，2023年，2月20日，星期日6、存在问题（１）气液比表面大，须有较高浓度的起泡剂维持泡沫稳定性，经济性较小；（２）层内起泡，不易保证充分起泡，起泡工艺困难需要高压注气设备；（３）泡沫在多孔介质中的渗流机理不清楚；（４）活性剂吸附在粘土多的地层，泡沫消泡，大量气泡注入地层可能引起重油乳化及地层出砂。

2023/4/1195第95页，共123页，2023年，2月20日，星期日一定义以碱溶液作驱油剂的驱油法。又叫：碱溶液驱碱强化水驱碱驱用碱碱：NaOH、KOH、NH4OH

盐（潜在碱）：Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4、Na3PO4

Na2CO3和NaHCO3复配

Na3PO4与Na2HPO4复配碱驱2023/4/1196第96页，共123页，2023年，2月20日，星期日碱驱2023/4/1197第97页，共123页，2023年，2月20日，星期日二、碱与石油酸的反应原油中可与碱反应的石油酸，生成相应的石油酸盐脂肪酸环烷酸胶质酸和沥青质酸碱驱中还常加入盐，调整亲水亲油平衡碱驱2023/4/1198第98页，共123页，2023年，2月20日，星期日碱驱与水驱的对比1—0.0（水驱）；2—0.5×10-4；3—1.0×10-4；4—5.0×10-4

碱驱2023/4/1199第99页，共123页，2023年，2月20日，星期日（l）低界面张力机理

在低的碱含量和最佳的盐含量下，碱与石油酸反应生成的表面活性剂，可使油水界面张力降至1×10-2mN·m-1。三、碱驱提高原油采收率机理碱驱2023/4/11100第100页，共123页，2023年，2月20日，星期日（2）乳化－携带机理在碱含量和盐含量都低的情况下，由碱与石油酸反应生成的表面活性剂可使地层中的剩余油乳化，并被碱水携带着通过地层。

此机理特点：可以形成油珠直径相当小的乳状液；通过乳化提高碱驱的洗油效率；碱水在油井突破前采油量不可能增加；油珠的聚并性质对过程有不利影响。碱驱2023/4/11101第101页，共123页，2023年，2月20日，星期日（3）乳化－捕集机理在碱含量和盐含量都低的情况下，由于低界面张力使油乳化在碱水相，但油珠直径较大，因此当它向前移动时，就被捕集，增加了水的流动阻力，即降低了水的流度，从而改善了流度比，增加了波及系数，提高了原油采收率。

此机理特点：可以形成油珠直径较大的乳状液；分散的油珠会被捕集在较小孔道；碱水在油井突破前采油量可以增加；油珠的聚并性质对过程有有利的影响。碱驱2023/4/11102第102页，共123页，2023年，2月20日，星期日（4）由油湿反转为水湿机理在碱含量高和盐含量低的情况下，碱可通过改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性物质在水中的溶解度而解吸，恢复岩石表面原来的亲水性，使岩石表面从油湿反转为水湿，提高了洗油效率，也即提高了原油采收率．碱驱2023/4/11103第103页，共123页，2023年，2月20日，星期日（5）由水湿反转为油湿机理

在碱含量和盐含量都高的情况下，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，为原油流动提供通道。碱驱2023/4/11104第104页，共123页，2023年，2月20日，星期日三、影响碱性水驱油的因素1、高价金属离子的影响.地层中的Ca2+浓度应<1mg/L，否则生成的活性剂会和Ca2+反应变成环烷酸钙皂沉淀。

Ca2+超过标准，可加入Na2CO3生成碳酸钙沉淀，或加螯合剂把Ca2+

螯合掉。

2023/4/11105第105页，共123页，2023年，2月20日，星期日2、泥质(粘土)含量的影响

泥质含量高会消耗NaOH影响驱油效果。泥质含量高的油层不适宜注碱性水。

2023/4/11106第106页，共123页，2023年，2月20日，星期日四、碱性水驱筛选标准碱性水驱筛选标准见表3-11：2023/4/11107第107页，共123页，2023年，2月20日，星期日

碱驱进行的条件是原油中有能够产生表面活性剂的石油酸，因此要求碱驱油层的原油有足够高的酸值（1克原油被中和到pH值产生突跃时所需氢氧化钾的质量，单位为mg·g-1

）。当原油的酸值小于0.2mg·g-1时，油层就不适宜进行碱驱。四、碱驱进行的条件碱驱

一定的酸值是进行碱驱的必要条件，但不是充分条件。

充分条件是原油中的石油酸与碱的反应产物为表面活性剂（如原油中的二甲酚属石油酸，它与碱反应产物为二甲酚盐就不是表面活性剂）。2023/4/11108第108页，共123页，2023年，2月20日，星期日碱驱的段塞图碱驱2023/4/11109第109页，共123页，2023年，2月20日，星期日1、所驱油田原油酸值不能满足>0.2mgKOH/g要求，可用碱与含酸值高的原油先混合再注入酸值低的油田驱油。2、分步法碱驱，原油中各种活性物质对碱的反应能力不同，可用分步法碱驱，先注稀碱液，然后逐渐分段增加碱液浓度。

五、改型碱驱2023/4/11110第110页，共123页，2023年，2月20日，星期日3、流度控制碱驱(1)碱性水——聚合物驱，碱性水后注入聚合物段塞，改善驱油流度比，或碱与聚合物混合驱，比单独碱驱或聚合物驱采收率高。聚合物易与碱、盐发生作用，影响驱油效果；(2)双液法，交替注Na2SiO3与CaCl2，中间用水隔开，注入流体先进入高渗透层，反应生成沉淀堵塞高渗透层，控制流度，提高碱驱效率。

2023/4/11111第