表面活性剂驱及复合驱说课材料.ppt

表面活性剂驱及复合驱王 健石油工程学院提高采收率研究室Tel：0817-2642749(O),2643544(h),13508091571E-mail:wangjannc-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 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 降低，毛管数 Nvc=V/增大（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 SorNvc10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1那么，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 1.410-3mN/m max=1.410-3mN/m 当界面张力降低至10-3mn/m时， 达到超低界面张力（Ultra low IFT) 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=0，得： 水驱（ 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，使达到超低值）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）。

一般不使用阳离子型（因为地层中吸附损失大） 极性端,non-polar portion（亲水）非极性端,polar portion（亲油）headtail阴离子表活剂的分子结构石油磺酸盐（Petroleum Sulfonates) 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F0 L1 L2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：2 微乳液特性（Behavior of Microemulsions)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（1-10m ），体系大，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+较多表活剂 胶束溶液2.胶束溶液b.浓度增大，活性剂开始进入水中水 c.浓度进一步增大到CMC(Critical micelle concentration)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（0.001-0.01m)，单相溶液，热力学稳定体系油+水+较多活性剂+其他成分特性：外观透明或半透明，胶束直径（0.01-0.1m），体系界面张力低，甚至可达10-3 mN/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， w，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o，水 +膜w，o w，胶束极性端聚集MWMWWc.中相微乳液（有三种结构） 水包油（O/W）OMW油包水（W/O）OMW层状结构，lamellaro= wOMW水油水（1）加醇作用 a.稳定膜 b.提高增溶参数 单位体积活性剂增溶油或水的体积，Vo/Vs , Vw/Vs（2）加醇原则小分子醇有利于形成水包油型O/W。

大分子醇有利于形成油包水型W/O5.醇对微乳液性质的影响 配制微乳液时，保持其它成分比例不变，仅改变含盐量1）相态 OMWMW含盐量增加下相 中相 上相OM6.盐度对微乳液性质的影响（2）界面张力 含盐量增加含盐量增加,mo降低，mw增加当S=S*时， mo=mw，S*最低界面张力含盐度momw 含盐量增加含盐量增加,Vo/Vs增大，Vw/Vs降低当S=S*时， Vo/Vs+Vw/Vs最大， S*最佳增溶参数盐度Vo/VsVw/Vs（3）增溶参数(Solubilization Parameters)1.三元相图的性质和规则（1）性质ABC三.微乳液的相态特性(Phase Behavior) 体系由A、B、C三种组分组成 顶点组成是该组分含量100%（如A点含A 100%，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） 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：含A40%，含B20%，含C40%，它们之和为100%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（AB）上，有一组体系，则它们含顶点物质（C）的百分含量相同。

ABCABa.直线规则(Line Rule)：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-arm Rule)： Q与Y混和得到新体系Z，则在Z体系中：Q的含量Y的含量=ZYQZc.重心规则ABC.HDEGF由D 、E、F混合形成一新体系H？D与E生成GF与G生成HH位于D、E、F三质量的重心2.微乳液拟三元相图WOS三个拟组分(pseudocomponents)： W：盐+水， O：油， S：活性剂+助剂油（1）取油：盐水=1：1，加入少量S，设生成下相微乳液水油8ml4mlM110ml7ml10ml 8ml 4ml1ml油被增溶 表活剂水油加入2ml S搅拌体系总组成a1通过实验绘制微乳液拟三元相图体系总组成a1：4ml W, 40% 4ml O ，40% 2ml S ， 20%微乳液组成M1：4ml W, 57.2% 1ml O， 14.2% 2ml S， 28.6%WOSM1.a1M1与a1的连线过O点，为什么？(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点为体系的总组成点（包括微乳液和过剩油）， Mi点为微乳液组成点2） WM1M2 .MnMn1Mn2.O曲线称为双结点曲线，OMi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（-）型相图3.相图点、线、面的含义WOSWOS下相，（-）型上相，（+）型中相 ，型WOS三相区两相区两相区单相区 (1) 型相图中，体系总组成点落在两相区内才是上、下相微乳液体系2）型相图中，只有体系总组成点落在三相区内才是中相微乳液体系Note:4.利用相图性质与规则确定平衡相的含量WOSM* BAab例：（1）考虑100ml总组成在图上A点表示的混合物在体系达到平衡时，平衡相的组成和量是多少（组成用体积百分数表示）？（2）当体系总组成在图上B点时，平衡相的组成和量是多少？解：（1）该微乳液是上相微乳液，水与微乳液平衡共存，由相图可知： A点体系总组成为：表活剂19%（19ml），油20%(20ml), 水61%（61ml），设表活剂完全溶在微乳液中， 根据杠杆规则，从图上量得a,b段长度，得到： a/a+b=6/23 过剩水量Vw=(6/23)100=26ml微乳液总体积100-26=74ml，其中各量为： Vw=61-26=35ml, 47.3% Vo=20ml，27.0% Vs=19ml，25.7%. （2）B点： 该微乳液是三相微乳液体系，水、油和微乳液三相平衡共存， B点体系总组成为：表活剂9%（9ml），油31%（31ml），水60%（60ml） M*是微乳液组成点：表活剂23%，油38.5%，水38.5% 。

设表活剂全部在微乳液中，Vs=9ml，则有： 0.23Vme=9, Vme=39ml微乳液中：Vo+Vw+Vs=39, 又Vo=Vw, 所以Vo=Vw=15mlB体系中： 微乳液：39ml，39% 下相水： Vw=60-15=45ml, 45% 上相油： Vo=31-15=16ml，16%（1）活性组分含量对相态的影响 设在油水体系E中逐渐加入表面活性体系S，试分析体系的相态变化规律WOS.E 油水体系5.相态变化规律 该体系生成下相微乳液，过剩相为油相，油不断被增溶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=MaOaWOS.ME 油水体系CBA微乳液M中 含活性组分S：AMAS100%含水W： BMBW100%含油O： CMCO100% 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EaDS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 P111图4-13 随着含盐量的增加，由下相，经中相，到上相2)盐度变化影响3 微乳液驱油机理(Displacement Mechanisms)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AWOS.EA.WOSEA 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。