油田化学：第二篇 采油化学.ppt

第二篇 采油化学,采油化学解决的问题,油层的化学改造,油层,油水井,采收率低,砂、蜡、水、稠、低,提高原油采收率,油水井的化学改造,增产增注,第四章 化学驱与混相驱,原油采收率,油层的改造有两个途径：提高波及系数；提高洗油效率驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比值,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,原油采收率波及系数洗油效率,波及系数,流度：流体通过孔隙介质能力的一种量度,提高波及系数的主要方法： 改善地层非均质性 改变驱油剂和（或）油的流度,影响因素：不均质性、水油流度比,调剖堵水,聚合物驱、热采,洗油效率,影响因素：岩石表面润湿性、界面现象存在,粘附功,提高洗油效率的主要方法： 改变岩石表面的润湿性； 降低界面张力也称为：聚合物溶液驱聚合物强化水驱稠化水驱和增粘水驱,聚合物驱是以聚合物溶液为驱油剂的驱油法第一节 聚合物驱,大庆、胜利、河南、大港等油田已进入了聚合物驱的大规模工业化推广胜利三次采油的物质基础丰厚,胜利油区产量构成图,孤岛油田聚合物驱产量构成图,孤东油田聚合物驱产量构成图,一个实例,1992年投注，到目前累积增油22.4104t，提高采收率13.6,吨聚增油161t/t,胜利油区产量构成图,胜利油田化学驱增油量图,一、聚合物驱定义二、聚合物驱常用聚合物三、聚合物驱EOR原理四、聚合物驱的应用五、聚合物驱存在问题,水溶性好；具有较高的相对分子质量；注入性好；溶液具有一定的热稳定性及抗剪切降解能力；具有较好的化学稳定性；生物稳定性较好；对油层和环境无污染；来源广，易于运输，价格便宜。

用于聚合物驱的聚合物应满足的条件,聚合物驱用聚合物,部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）,重要性能参数：相对分子质量；水解度,15106 25106,15% 30%,聚合物驱用聚合物,2. 黄胞胶（XG），生物聚合物,mPa.s,基本物化性能,聚合物评价和优选,基本应用性能,(1)分子量粘度法(2)水解度滴定法(3)固含量恒重法(4)溶液粘度旋转粘度计(5)筛网系数筛网粘度计(6)过滤因子恒压过滤法(7)溶解速度粘度测定法,(1)热稳定性(2)盐敏性(3)剪切安定性(4)注入性(5)吸附量(6)阻力系数(7)残余阻力系数（8）流变性,引言一、聚合物驱定义二、聚合物驱常用聚合物三、聚合物驱EOR原理四、聚合物驱的应用五、聚合物驱存在问题,EOR原理,提高波及系数,提高原油采收率,Enhanced Oil Recovery,减小水油流度比,抑制水的指进,水驱与聚合物驱波及系数的对比,水 驱,聚合物驱,水油流度比对波及系数的影响,水油流度比,（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）若为离子型聚合物，则可在水中解离，形成扩散双电层产生许多带电符号相同的链段，使聚合物分子在水中形成松散的无规线团，因而有好的增粘能力。

1.增加水的粘度,w（HPAM）102,（l）吸附 （2）捕集,2.减小孔隙介质对水的渗透率,滞留,聚合物通过色散力、氢键等作用力而聚集在岩石孔隙结构表面的现象直径小于孔喉直径的聚合物分子的无规线团通过“架桥”而留在孔喉外的现象,捕集不同于一般物理堵塞,捕集：1/3D d D,物理堵塞：d D,聚合物溶液靠其粘弹性提高洗油效率,引言一、聚合物驱定义二、聚合物驱常用聚合物三、聚合物驱EOR原理四、聚合物驱的应用五、聚合物驱存在问题,聚合物驱的适用条件,聚合物驱段塞图,剩余油,淡水,淡水,聚合物溶液,水,盐敏效应,定义：盐对聚合物溶液粘度产生特殊影响的效应盐为什么会降低部分水解聚丙烯酰胺溶液的粘度？,引言一、聚合物驱定义二、聚合物驱常用聚合物三、聚合物驱EOR原理四、聚合物驱的应用五、聚合物驱存在问题,思考题聚合物驱用的聚合物相对分子量越高越好，对吗？请详细分析理由2. 聚合物驱中聚合物的滞流量越大越好，请分析对错本节总结1.基本概念：波及系数、洗油效率、流度、 水油流度比、吸附、捕集、盐敏效应 2.原理：聚合物驱EOR原理,第二节 表面活性剂驱,定义、分类,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（c cmc）胶束溶液 （cmc c 2% ）,水外相微乳油外相微乳中相微乳,活性水驱胶束溶液驱,微乳驱,注：泡沫驱、乳状液驱,活性剂驱用活性剂,1、磺酸盐型表面活性剂,2、羧酸盐型表面活性剂,3、聚醚型表面活性剂,4、非离子一阴离子型两性表面活性剂,一、活性水驱,定义：以活性水作为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活性水EOR原理,低界面张力机理,表面活性剂在水油界面吸附，可以降低水油界面张力 2、润湿反转机理,3、乳化机理,驱油用的表面活性剂的HLB值一般在718范围，可稳定水包油乳状液乳化的油在向前移动中不易重新粘附回地层表面，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、提高表面电荷密度机理,5、聚并形成油带机理,二、胶束溶液驱,1、定义：以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱2、胶束溶液：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210-2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）,醇和盐作用: 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 ，强化了胶束溶液驱油的低界面张力机理。

胶束溶液驱EOR机理,具备活性水驱的全部机理,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,增溶机理,三、微乳驱,1、微乳分类水外相微乳油外相微乳中相微乳,水外相微乳用水溶性表面活性剂配得 溶有油的表面活性剂胶束分散在水中所形成的分散体系,油外相微乳用油溶性表面活性剂配得 溶有水的表面活性剂胶束分散在油中所形成的分散体系,2、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）,3、微乳与乳状液的区别、转化,微乳：热力学稳定体系，油水间不存在相界面乳状液：热力学不稳定体系，油水间存在相界面,4、微乳的配制,三个主要成分两个辅助成分,油：水：表面活性剂：,原油或它的馏分（如汽油、煤油、柴油）,淡水或盐水,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）,助表面活性剂：电解质：,最好用醇，也可用酚,无机的酸、碱、盐，但最好用盐,调整水和油的极性 ，参与形成胶束，增加胶束增溶能力,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,5、微乳驱EOR机理（水外相为例）,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）,四、泡沫驱,1.定义：泡沫驱是以泡沫做驱油剂的驱油法2.泡沫配制：,水：气：起泡剂：,淡水，也可用盐水,氮气、二氧化碳气、天然气、炼厂气或烟道气,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,聚合物,部分水解聚丙烯酰胺、钠羧甲基纤维素,3、泡沫性质,（1）泡沫特征值：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0.520.99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时的泡沫易于反相变为雾泡沫特征值超过0.74时，泡沫中的气泡就会变成为多面体泡沫特征值与采收率关系,（2）泡沫粘度,当泡沫特征值小于0.74时,当泡沫特征值大于0.74时,泡沫的粘度来源于:,2.分散相间的相互摩擦,相对移动的分散介质液层间的内摩擦,泡沫特征值超过一定数值（0.74）时，分散相开始互 相挤压、引起气泡变形,泡沫粘度急剧增加,4、泡沫驱EOR原理,（1）Jamin效应叠加机理,（2）增粘机理,（3）稀表面活性剂体系驱油机理,注：乳状液驱同泡沫驱,第三节 碱 驱,1、定义,以碱溶液作驱油剂的驱油法。

碱溶液驱碱强化水驱,2、碱驱常用碱,碱：碱式盐：,注：Na2CO3和NaHCO3复配 Na3PO4与Na2HPO4复配,NaOH、 KOH、 NH4OH,Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4 、Na3PO4 、,3、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（活性剂）,碱驱中还常加入盐，调整亲水亲油平衡,脂肪酸环烷酸胶质酸和沥青质酸,4、碱与石油酸反应规律,n值越大：RnCOOH酸性越弱，反应需要的浓度越高，,RnCOOH+OH-RnCOO-+H2O,2.生成的RnCOO-亲水性越弱,3.生成的RnCOO-亲越易稳定W/O乳状液,5、碱驱EOR机理,（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110-2 mNm-1.,（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3）乳化捕集机理,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，提高波及系数；,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。

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,（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6、碱驱进行的条件,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 mgg-1 酸值大于 0.2 mgg-1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通常原油的酸值小于 0.2 mgg-17、碱驱的段塞图,碱驱存在问题,碱耗：结垢：乳化：流度控制：,淡水预冲洗地层,防垢剂,高分子非离子破乳剂,流度控制剂（聚合物溶液、泡沫）,第四节 复合驱,复合驱是指两种或两种以上驱油成分组合起来的驱动。

1）聚合物的作用,聚合物改善了表面活性剂和（或）碱溶液对油的流度比协同作用的机理：,2.聚合物对驱油介质的稠化，可减小表面活性剂和碱的扩散速率，从而减小它们的药耗3.聚合物可与钙、镁离子反应，保护了表面活性剂，使它不易形成低表面活性的钙、镁盐4.聚合物提高了碱和表面活性剂形成的水包油乳状液的稳定性，使波及系数（按乳化一铺集机理）和（或）洗油能力（按乳化一携带机理）有较大的提高2）表面活性剂的作用,表面活性剂可以降低聚合物溶液与油的界面。