第四章化学驱与混相驱

《第四章化学驱与混相驱》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章化学驱与混相驱（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二篇 采油化学,采油化学是油田化学的一部分。 采油化学是油田化学开采工程与化学之间的边缘科学。 采油化学是研究如何用化学方法解决采油过程中遇到的问题 。,采油过程中遇到的问题有油层的问题，也有油水井的问题。,油层的问题集中表现在原油采收率不高。油田不同，驱油方式不同，原油采收率也不同，目前大多数油田的原油采收率超不过50%。这意味着，有相当数量的原油采不出来。提高原油采收率的主要方法是使用各种驱油剂。,因此，本篇核心内容是化学驱和混相驱、注水井调剖和油井堵水。,稠油储量丰富，粘度高，开采、集输困难，本篇主要讲解稠油降粘。酸化和压裂是注水井增注和油井增采的关键措施，本篇主要介绍酸化压裂过程中的

2、工作液酸液、压裂液及其添加剂。油水井出砂和油井结蜡会影响正常的采油过程，本篇介绍了油水井防砂和油井的防蜡、除蜡。,第四章 化学驱与混相驱,原油的采收率低的原因是油层的不均质性，使驱油剂沿高渗透层突入油井而波及不到渗透性较小的油层。这里有一个波及系数的概念。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。但是，驱油剂波及到的油层，由于油层表面的润湿性和毛细管的阻力效应（Jamin效应），油也不可能全采出来，因而又有一个洗油效率概念。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。根据波及系数和洗油效率的概念，可以得出：,因此，油层的改造有两个途径：一个途径是提高波及系数

3、；另一个途径是提高洗油效率。,原油采收率=波及系数洗油效率,提高波及系数的主要方法是改变驱油剂和（或）油的流度。流度是流体通过孔隙介质能力的一种量度，它的定义式为（4-1）式中， 流体的流度； 孔隙介质对流体的有效渗透率； 流体的粘度。驱油剂的流度远大于油的流度，因此驱油时，驱油剂易于沿高渗透层突入油井，为了提高驱油剂的波及系数，必须减小驱油剂的流度和（或）增加油的流主。提高洗油效率的主要方法是改变岩石表面的润湿性和减小毛细管阻力效率的不利影响。,至今已发展了四种改造油层的方法：,（1）化学驱油法（化学驱）,（2）混相驱油法（混相驱）,（3）热力采油法（热采）,聚合物驱油法（聚合物驱）,表面活

4、性剂驱油法（表面活性剂驱）,碱驱油法（碱驱）,烃类混相驱油法（烃类混相驱）,非烃类混相驱油法（非烃类混相驱）,蒸汽驱油法（蒸汽驱）,油层就地燃烧法（火烧油层）,（4）微生物采油,激活油藏本源微生物,注入适合微生物,二、聚合物驱用的聚合物 聚合物驱主要用到两类聚合物。一类聚合物是部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）。另一类聚合物是生物聚合哦，叫黄胞胶（XC）。,第一节 聚合物驱,一、聚合物驱概念 聚合物驱是以聚合物溶液作为驱油剂的驱油法。 聚合物驱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。,三、聚合物对水的稠化能力,(图4-1)是聚合物溶液粘度随聚合物质量浓度变化的关系图。从(图4-1)

5、可看到，HPAM与XC对水有优异的稠化能力。,（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（由若干链节组成，是链中能独立运动的最小单位），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。,聚合物在通过岩心孔喉结构时受到拉伸作用而引起构象变化所引起的。,聚合物对水的稠化是由下列原因产生的：,四、聚合物溶液的粘弹性,1吸附 聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢键等作用力而聚集在岩石孔隙结构表面的现象。2捕集 聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的

6、聚合物分子的无规线团通过“架桥”而留在孔喉外的现象（图4-2）。,五、聚合物在孔隙介质中的滞留,聚合物可通过两种形式在孔隙介质中滞留：,聚合物的盐敏效应是指盐对聚合物溶液粘度产生特殊影响的效应，可从(图4-3)看到这种效应。,六、聚合物的盐敏效应,从(图4-3)可以看到，盐的含量对HPAM溶液的粘度有明显的影响。,式中， 水油流度比； 水、油的流度； 水、油的有效渗透率； 水、油的粘度。,聚合物驱是：1.通过减小水油流度比的机理，起提高原油采收率作用。根据流体流度的概念，可以写出水油流度比的定义式： （42）,七、聚合物驱提高原油采收率机理,从式（4-2）可以看到，聚合物可通过对水的稠化，增加

7、水的粘度和通过在孔隙介质中的带留，减小孔隙介质对水的渗透率，达到减小水油流度比，增加波及系数，从而提高原油采收率的目的。,(图4-5)是说明水油流度比对波及系数的影响。从(图4-5)可以看到，水油流度比越小，波及系数越大。,从平板模型的驱油试验结果（图4-4）可以看到，聚合物驱比水驱有更大的波及系数，因此有更高的原油采收率。,聚合物驱与水驱的对比,第二节 表面活性剂驱,一、表面活性剂驱概念 表面活性剂驱是以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油法。,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五类表面活性剂：,（1）磺酸盐型表面活性剂，如,（2）羧酸盐型表面活性剂，如 RCOOMRArCOO

8、M （脂肪酸盐） （石油羧酸盐）,（3）聚醚型表面活性剂，如,（4）非离子-阴离子型两性表面活性剂，如,上述分子式中，R为烷基；Ar为芳香基；M为Na、 等。,（5）孪连表面活性剂,指两个或两个以上同一表面活性剂分子在亲水基及其附近用联接基团连接起来的表面活性剂。,（1）低界面张力机理 （4-3）式中， 粘附功 油水界面张力； 油对地层表面的润湿角。,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。 以活性水作为驱油剂的驱油法叫活性水驱。它是最简单的表面的表面活性剂驱。活性水驱是通过下列机理提高原油的采收率：,三、活性水驱,（2）润湿反转机理,（3）乳化机理,（4）提高表面电荷

9、 密度机理,（5）聚并形成油带机理,胶束溶液也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 。 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：一个是表面活性剂浓度超过临界胶束浓度，因此溶液中有胶束存在；另一个是胶束溶液中除表面活性剂外，还有醇和（或）盐等助剂的加入。,四、胶束溶液驱,五、微乳驱 微乳属浓表面活性剂体系，它有两种基本类型和一种过渡类型。前者为水外相微乳和油外相微乳，后者为中相微乳。 水外相微乳用水溶性表面活性剂配得，它是溶有水的表面活性剂胶束分散在油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，它是溶有水的表

10、面活性剂胶束分散在油中所形成的分散体系。,配制微乳需用三个主要成分和两个辅助成分。三个主要成分是油、水和表面活性剂，两个辅助成分是助表面活性剂和电解质。,配制微乳的油可用原油或它的馏分(如汽油、煤油、柴油）。 配制微乳的水可用淡水或盐水。 配制微乳的表面活性剂可用阴离子型、非离子型和非离子-阴离子型表面活性剂，但最好用石油磺酸盐（钠盐或铵盐）。 配制微乳的助表面活性剂最好用醇，也可用酚。助表面活性剂除可调整水和油的极性(水溶性醇可减小水的极性，油溶性醇可增加油的极性）外，它还参与形成胶束，增加胶束的空间，增加胶束对油或水的增溶能力。,配制微乳的电解质可用无机的酸、碱、盐，但最好用盐，如氯化钠、

11、氯化钾、氯化铵等。电解质是通过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，同时可使微乳与油或水产生超低界面张力。 微乳可用于驱油。 微乳驱是以微乳作为驱油剂的驱油法。 微乳驱是通过不同的机理提高原油采收率。,六、泡沫驱 泡沫驱是以泡沫作为驱油剂的驱油法。 泡沫是由水、气、起泡剂组成。为了产生泡沫，可交替向油层注入起泡剂溶液和气体，也可将两者分别从油、套管同时注入地层。 配制泡沫的水可用淡水，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。 配制泡沫用的起泡剂，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-1

12、5、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。 泡沫特征值是描写泡沫性质的一个重要物理量。泡沫特征值是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，泡沫中的气泡就公变成为多面体。,（1）Jamin效应叠加机理 对泡沫，Jamin效应是指气泡对通过喉孔的液流所产生的阻力效应。,（2）增粘机理 泡沫粘度随泡沫特征值的变化关系见图4-17。,泡沫驱是通过下列机理提高原油的采收率：,泡沫粘度可用下面的经验式计算： 当泡沫特

13、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）,（3）稀表面活性剂体系驱油机理,二、碱驱用的碱碱驱用的碱，除包括碱（如NaOH、KOH、 ）外 ，还包括盐（如 、 、 、 ）。由于这些盐均可在水中通过下列反应产生 ，所以它们都可称为潜在碱：,第三节 碱驱,一、碱驱的概念 碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。 碱驱也叫碱溶液驱或碱强化水驱。,它们是一对缓冲物质，因此可用碳酸钠与碳酸氢钠复配，产生有缓冲作用的碱体系。同理， 与 也是一对有缓冲作用的碱体系。,由于碳酸钠与碳酸氢钠可通过下面反应对体系pH值起缓冲作用：,原油中的石油酸

14、如脂肪酸、环烷酸、胶质酸和沥青质酸等可与碱（如氢氧化钠）反应，生成相应的石油酸盐：,三、石油酸与碱的反应,（图4-18）是碱驱与水驱的驱油效果对比。从（图4-18）可以看到，碱驱有比水驱高的采收率。,四、碱驱与水驱的对比,1低界面张力机理 该机理认为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 以下（图4-19），使碱驱产生与表面活性剂驱同样的效果。,碱驱机理复杂，至今已提出如下几种机理解释碱驱之所以能提高原油采收率的原因：,五、碱驱提高原油采收率机理,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。按此机理，碱驱应有如下特点：,2乳化-携带机理,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。按此机理，碱驱应有如下特点：,