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1、东北石油大学 专业石油工程学号 姓名 题目利用化学驱技术提高原油采收率指导教师 年 月 日东北石油大学自学考试毕业设计(论文)任务书专业：石油与天然气地质勘探技术考号：20085516431025姓名： 毕业设计(论文)题目：利用化学驱技术提高原油采收率立题目的和意义：技术要求与工作计划：指导教师：鞠老师年月日摘 要化学驱技术作为提高原油采收率的方法，越来越得到人们的重视，对化学驱微观驱油机理的研究也不断的深入。有关化学驱注剂与原油界面张力的研究较多，而国内对影响化学驱驱油效率的另外一个重要因素界面粘度的研究却少有报道。本文对界面粘度的研究进展以及界面粘度测量方法进行了归纳总结。简要介绍了CI
2、R-100界面流变仪的软件和硬件，对其工作原理和理论基础作了概述。使用此仪器测量了化学驱注剂与原油之间的界面流变性，实验研究了化学驱单剂、二元和三元的驱替液与油相之间的界面流变性。着重分析了聚合物分子量、浓度、矿化度和温度等对聚合物溶液与油相界面粘度和界面弹性模量的影响。关键词：界面弹性模量；界面粘度；界面张力；化学驱；CIR100 AbstractAs a method of enhancing the crude oil recovery ratio, the chemical flooding has been highly cared about, the researches on
3、microcosmic driving mechanism is also deeper and deeper. There are a lot of researches about chemical flooding and interfacial tension, but the interfacial viscosity as another importance factor that effect the oil displacement efficiency reported very few in our country .In this paper, the research
4、es progression of interfacial viscosity and its measuring method have been summed up. The software and hardware of CIR-100 interface rheometer have been concision introduced, the principle of its work and the theory base have been summarized also in the paper. The interface rheological property betw
5、een injected chemical solution and oil has been measured by this instrument. The interface rheological property between single solution、duality、ASP chemical solution and oil has been researched through experiment. In this paper mainly analyzed the effect about the interfacial viscosity and interfaci
6、al elasticity modulus of polymer solution that variety to the changes of polymer molecular weight、concentration、salinity and temperature.Key words： interfacial elasticity modulus；interfacial viscosity；chemical flooding； CIR100 目 录第1章 概 述11.1 化学驱技术的研究现状11.2 界面粘度研究的意义与历史进展21.3界面粘度的测量方法综述4第2章 CIR-100界面
7、流变仪简介62.1 CIR-100界面流变仪的硬、软件介绍与实验步骤62.2 CIR-100测量原理112.3 理论基础122.4 实验步骤及内容15第3章 聚合物溶液与原油界面流变性的实验研究183.1 温度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响183.2 聚合物分子量对聚合物溶液与油相界面流变性的影响203.3 溶液矿化度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响213.4 聚合物溶液浓度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响23第4章 其它化学驱注剂与油相界面流变性受浓度影响的实验研究254.1 碱单剂对油水流变性的影响研究254.2 表面活性剂单剂对油水界面流变性的影响研究264.3 三元复合驱化学剂
8、共存时对油水界面流变性的影响研究28第5章 界面粘度与驱替速度和两相作用力之间的关系30结论32参考文献37致谢33第1章 概 述1.1 化学驱技术的研究现状我国的大部分油田都到了开发的中后期，化学驱技术在提高采收率中发挥着非常重要的作用。早在二十世纪一十年代美国人就发现注碱水可以降低界面张力，提高采收率并申请了专利1。二十世纪六十年代对提高采收率的迫切要求，促使人们使用表面活性剂或能够与原油反应生成表面活性剂的物质来降低界面张力，并发展成了两种成功的驱油方法：大孔隙体积低浓度表面活性剂驱和小孔隙体积高浓度表面活性剂驱2。到了七十年代人们开始使用聚合物来增加注入水的粘度，以此改变油水的流度比，
9、提高波及系数，达到提高采收率的目的。随着室内实验和矿场试验经验的积累，人们逐渐地开始认识到利用两种化学剂的协和作用的复合驱技术，不仅可以降低昂贵的化学剂的用量，而且可以大幅度提高单一化学剂的采收率，满足了人们对经济效益的要求，这就是二元复合驱技术，其中主要包括碱聚合物驱、表面活性剂碱驱、表面活性剂聚合物驱。目前广泛使用的是三元复合驱（Alkali/Surfactant/Polymer，ASP）体系驱油技术，它起始于二十世纪八十年代，利用表面活性剂之间的协同作用，使复合体系和原油形成超低界面张力，碱可使表面活性剂和聚合物的吸附滞留量得到减少，聚合物起到控制流度的作用，减小复合体系的指进和扩大波及
10、体积的作用。三元复合驱在我国发展的较快，已经走在了世界的前列。1.2 界面粘度研究的意义与历史进展1.2.1 界面粘度研究的意义随着化学驱技术的逐渐成熟，对化学驱注剂与原油的界面流变性的研究也随之不断的深入。界面流变性是一个值得深入探索研究的技术领域，通过对它的系统研究，可以提高我们对油水体系中界面液膜的形成机理、结构特征和驱油性能的认识，油珠拓展对驱油过程中各种物化现象的描述手段，有助于更好地理解微观驱油机理，促进驱油剂的研制与开发，发展更多更有用的EOR/IOR方法，同时也促进胶体科学和界面科学技术领域的进步3。另外通过对界面粘度的研究，可以使我们对化学驱的微观驱油机理的认识得到进一步深入
11、，对三次采油技术的发展具有一定的指导意义。传统观点认为4，只要界面张力充分低，则驱油效率就能接近100%。但没有一个实验结果能证实上述观点，除了影响采收率的因素非常复杂之外，一个重要原因就是没有考虑界面粘度的影响。随着科学技术的发展和研究的不断深入，人们发现在化学驱中表征界面流变性的界面粘度对驱油效率同样起着非常重要的作用。一是在驱油过程中，要力求使驱替体系具有最低的界面张力以达到最佳的驱油效率，同时具有较大的界面粘度，以保持驱替体系的稳定（尤其是对微乳液驱），但界面粘度的增大又会降低驱替速度5-8。在化学驱采油过程中，表活剂（或碱）虽然极大地降低了界面张力，但由于表活剂及原油中的极性物质在油
12、水界面处的富集却使界面粘度显著增大，同样聚合物虽然极大地改变了流度比，但聚合物分子在界面处的吸附也使界面粘度显著增大。Giordano和Slatterty6.9-11提出了驱替相的理想配方应满足的条件：一方面使界面张力低于驱替所要求的临界值，另一方面又要使界面粘度近可能地小。刘卫东12等人也认为,一个驱油体系在界面张力超低的同时,界面粘度要适宜,才能保持较高的驱油效率。二是在采出液处理中，界面粘度太大会增加破乳的难度。所以界面粘度作为描述界面流变性的重要参数得到了人们的重视。此外在泡沫钻井、泡沫酸化、泡沫压裂和泡沫驱提高采收率技术中，力求增加泡沫的稳定性时，界面粘度都有重要的应用。1.2.2界
13、面粘度研究的历史进展流体/流体界面是分隔相邻两相流体的一个具有有限厚度的区域，该区域内的物质性质与相邻的物质性质迥然不同。流体/流体界面能自动地从相邻体相中吸附两亲分子（表活剂、蛋白质、聚合物等），从而导致流体/流体界面变成高度结构化的、有一定结构强度的薄膜，使得流体/流体界面的界面流变性往往不同于体相的流变性。界面流变性包括界面张力、界面粘度、界面粘弹性和界面粘塑性等，总的而言，在表征界面流变性的众多特征指标中，对界面张力研究的较多、也较深入。在设计泡沫驱油时，界面粘度对泡沫的稳定性也有影响。界面粘度越大，则泡沫的稳定性越好，反之稳定性越差。在不稳定泡沫驱油设计中，应对界面粘度给予详细考虑：
14、泡沫驱替能提高波及效率，但将降低驱油速度，设计不稳定泡沫驱油（降低界面粘度）既有利于提高驱油速度而又不损失波及效率。在自生式泡沫驱油中，界面粘度过大将抑制泡沫的形成和生长，界面粘度太小则泡沫的生存周期又会缩短。因此，在实施EOR时，也必须要考虑到界面粘度对残余油驱替的显著影响。在聚合物提高采收率技术中，其主要的原理是高分子聚合物能够提高驱替相的体相粘度，从而提高注入流体在油藏中的波及效率。而传统的认识是它不能大幅度降低与原油之间的界面张力，因而不能提高洗油效率。然而当用别的增粘剂来提高驱替相的体相粘度时，原油采收率达不到相当体相粘度下的聚合物溶液的效果，这说明聚合物在提高体相粘度，改善波及效率
15、的同时，界面现象有可能起着一定的作用，因此，需要研究聚合物驱油中的界面粘度问题。界面粘度反映的是界面应力-应变之间的定量依赖关系13-18，界面粘度这个概念首先由Hagen8.14于1845年引入。1913年Boussinesq19-21提出了和牛顿内摩擦定律相似的界面粘度公式，即有名的线性Boussinesq界面流体模型，他认为界面粘度包括界面剪切粘度和界面拉伸粘度。界面剪切粘度表示了界面剪切流动的阻力，界面拉伸粘度反应了界面变形的阻力。国外对界面粘度的研究比较多，国内则少有报道。界面粘度在三次采油中发挥着重要的作用，油、气、水在油层中渗流时，界面现象起着控制作用，即界面张力、界面粘度、润湿性、润湿接触角滞后、界面吸附等都对残余油滴的驱替产生影响。其中，界面张力和界面粘度关系密切，对残余油滴的启动和运移往往起着相反的作用。油层中总有大量的油滴滞留着，因此存在于油（气）、水、岩石之间的界面力（不仅仅包括界面张力和毛管力，还包括和界面粘度相联系的界面粘滞力）妨碍了驱替压差把油滴从孔道中驱走。EOR技术的目标之一就是以较低的代价降低或消除这些界面力，使油滴在压差作用下能启动和运移，从而提高驱油效率。在静态问题中，即判断油滴能否被启动的问题上，界面张力（或毛
