表面活性剂驱的驱油机理与应用

《表面活性剂驱的驱油机理与应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面活性剂驱的驱油机理与应用（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、精细石油化工进展 ? ? ? ? !凡? !? ?第?卷第?期表面活性剂驱的驱油机理与应用关郭东红?中国石油勘探开发研究院油田化学所,北京? ? ?李森?中油油田科技工贸有限公司,廊坊肠?以?袁建国?中国石油华北油田公司第一采油厂,任丘? ? ?摘共通过对表面活性 剂分子在油水界 面的作用特征、水 驱后残余油 的受 力情况以及表面活性剂对残余油受力 状况影响的分析,对表面活性剂的驱油机理 进行了评述。根据对国内驱抽用表面活性剂研究现状的分析,结合目前开展的研 究工作,认为开发研 制廉价、高效表面活性剂是开展表面活性剂驱油及其相关驱油技 术的关键,并对表面活性剂及其相关驱油技术的应用前景进行了展

2、望。关扭侧表面活性剂驱驱油机理应用为了提高原油采收率,可采用聚合物驱、碱水驱、表面 活性剂驱以及复合驱?二元复合、三元复合?等化学驱方法。化学驱方法是 三次采油提高采收率的主要方法,其中,表面活性剂是提高采收率幅度较大、适用 面较广、具有发展潜力的一种化学驱油剂。以表面 活性剂体系为主体的驱油法叫表面活性剂驱油法,简称表面 活性剂驱。驱油用 的表面活性剂体系有稀表面 活性剂体系 ?如活性水、胶束溶液?和浓表面 活性剂体系?如微乳液体系? ?幻,本文讨论的是稀表面 活性剂体系。表面活性剂驱提高采收率的原理与碱驱大体相同?前者通过外加表面 活性剂起作用,后者通过碱与原油酸性成分就地产生表面活性剂起

3、作用。从表面活性剂的结构特征以及水驱后残余油 的受力情况出发,通 过分析表面 活性剂在油水界面 的分布特征以及表面活性剂与油藏地层、油藏流体等的相互作用 机理,评述了表面 活性剂驱 的驱油机理。通过对表面 活性剂驱以及相关驱油技术的对比分析,阐明了表面 活性剂驱的驱油特征。并对表面活 性剂及 相关驱 油技术的应用前景进行了展望。非极性部分,造成 表面活性剂分子在其水溶液 中很容易吸附于气一水?或油一水?界面上形成独特的定向排列的单分子膜。正是由于表面活性剂在溶液表面?或油一水界面?的定 向吸附,使表面 活性剂具有很多特有的表面 活性? ? 。国外学者在研究乳状液和微乳液类型时,提出 了分子间内

4、聚能比值?的概念? ? ,从分子间作用力的角度描述界面上表面活性剂分子的状态,表面活性剂分子在油水界面上两亲单分子膜 中的相互作用能见图?,其中?。为表面活性剂分子与油分子之间的内聚能?。为表面 活性剂亲 油基与油分子 间的内聚能? 。为表面活性剂亲水基与油分子 间的相互作用,? ? 。可 忽略?为表面活性剂分子与水分子间的内聚能,? 二?为表面活 性剂亲 油基与水分子间的相互作用,?二可忽略?。? ? 为表面 活性剂亲水基与水分子间 的相互作用。?值见计算式?。尺?一? ?一?二?,一?。一?式中,? ?为油分子与油分子间的内聚能,? ?表面活 性剂 分 子在油 水界面的作用特 征 与界面张

5、力的关系表面活性剂分子由性质截然 不同的两部分组成?一部分是亲水的极性部分,另 一部分是亲油 的收稿日期二?以犯扔一? ?作者简介?郭东红,高级工程 师,卫卯?年获 中国科学院 感光化学所物理化学博士学 位,?仪? ?年中国石 油勘探 开发 研究院博士后 出站,主要从事三次 采油用表面活性剂和 新型原油破乳剂的研究。二中国 石油天 然气 股份 有限公司科 技信息部资助项目 ?印?,? ? ? ? ?年?月郭东红等?表面活性剂驱的驱油 机理 与应用为表面活性 剂分子烃链与烃链间 的 内 聚能,? ?为水分子 与 水分子 间 的 内 聚能,?。为表面活性剂分子极性基团 间 的 排 斥力。在计算式?

6、 中?为斥力,为负值?其他均为内聚能,为正值。人人。? ? ? ? ? ? ?州州州州、产沪沪油相?认双亲 单分 子膜? ? ?水相?膜状残余油? ? ?二? ?。?洲?二图?表面活 性剂在油 水界 面 的相互 作用能示意图?时,表 面 活性 剂分子倾向于分配 在 水相?时,表面 活性剂分子倾向于分配 在 油相?时,表面活性 剂分子在 油水两相 的溶 解能力 大致相当,此时界面 上 富集的表面 活性 剂 浓度最大,界面 张力低。界 面张力降低是表面 活性剂的两 亲分子取代界面溶剂分子 的结果。界面 上富集的两 亲分子 越多,两 亲分子与油 相分子 和水相分子 间 的作用 越接 近 相等且 绝对

7、值越 大,则 界 面 张 力就可能 越低阁。因此,混合表面活性剂 在降低 界 面 张力 方面 的协同效应最终由表面活性剂分子 间及其与 油分子和水分子 间 的相互作用决定。对于给定 的表面活性剂体系来说,随着 油相性质、水相性 质及油藏环境?温度、矿化度 等 ?的改变,其分子 间 内聚 能比值?也会有 所 改 变,因此,其降低油 水 界面张力 的能力 也会发生 相应 的变化。?柱状 残余油?水驱后 残余 油的 受力状况? ? ,?微观水驱油试验 表 明,水 驱 后 油层 中 一般 还有 ? ?以上 的 残余油。在注人水 波及到的范围内,残余油以膜状、柱状、簇状等几种形 态滞留在油层 中?如图?

8、所示 ?,这 些滞留在 油 层中的油 由于受到毛细管 力、粘 附力 和内聚力的作用 而成为残余油。如果在 注人水 中加人表面活性 剂进 行活性水 驱,毛细 管力、粘附力和内聚力 可 大 大降低。表 面 活性剂驱油 ?包括 一些其他三次 采 油方法 ?的主 要目的就 是要降低 这部 分残余油 饱和度。?簇状残余油图?滞 留在油层 中不 同形式 的残余油?毛细管力毛细管力 是孔 喉道 中非润湿相 流体驱 替 润湿相流体所 受到 的阻力,计算公式 如下?尸。二?。? ? 夕?式 中,尸。一毛细 管 力,。一油水界 面 张 力,?一水相润湿 接触角,?一毛细管半 径。毛细管 力是 驱替柱状、簇状残余油

9、以及使大油珠 通过细孔 道须克服的力。研究表 明,表 面活性剂体系可使油水 界面 张力降到?一? ?。采用 表 面活性剂 后,由于界面张力。和 接触角?的改 变,与水驱相比,毛细 管力可大 大降低。?粘附力粘附力是原油 在岩石表面的附着力。由于存在粘 附力,将油从岩石表面剥离下来,就需 要 克服粘附力。粘附 功?可用下式计算?二?一。? ?粘 附力是 驱替 膜状、盲状 残余油须 克服 的力。采用 表面活性剂 驱后,由于界面张 力?和接触角?的改变,与 水驱 相比,粘 附功可大大降低。精细石油化工进展 ? ? ?,? ! ?#璐第?卷 第?期?内聚力内聚力是原油分子 间的作用力。微观驱 油试验表

10、明,大的孤岛状残余油不能直接通过 细孔道,表面活性剂体系能将大 油滴分散成较 小油滴带走,此过程须克服内聚力而做分散功。设将半 径为?的油滴块分散成若干等半径?的 小 油滴,所作功可 用下式计算?二? 。?一。?式 中,?一分散功,?一油滴数,?一分散前的油滴半径,?一分散后 的油滴半径。采用表面活性剂驱后,由于界面 张力。降低,与水驰 相比,分散功可大大降低。?表面活性剂 的驱 油机理“一? ? 通过考察表面 活性剂分子 在油水界面 的作用特征、水驱后 残余油 的受力情况以及表面活性剂对残余油受力状况 的 影 响,认为表面活性剂 驱 主要通过以下几种机理提高原 油采收率。?降低油水界面 张力

11、机 理在影响石 油采 收率的众多决定性因素中,驱油剂的波及效率和洗油效率是最重要 的参数。提高洗油效率一般通过增加毛 细管准数实现,而降低油水界面 张力则 是 增 加 毛 细管准数的 主 要途径。毛细管准数与界面 张力 的关系? ? 见 下式?。二? , ?。?。?式 中,? ? 一毛细管准数?。一驱替速度,而?产,一驱替液枯度,?卫?。一油和驱替液间 的界面 张力,? ?。?。越大,残余油饱和度越小,驱油效率越高。增加产,和。,降低。? ?可提高?。 。其中降低界 面张力是表面 活性剂驱的 基本依据。在 注 水 开发后期,?。一般在?一?一? ?“?,?。增加将显著提高原油 采收率,理想状态

12、 下?。增 至?一?时,原 油采 收率可 达? ?。通 过降低油水界 面 张力,可使?。有?一?个数量级的变化。油水 界 面张力 通常为? ?一? ? ?,理想的 表 面 活性剂可使界 面张力降至? ?一?一? ?一? ?,从而大大降低或消除地层 的毛细管作用,减 少 了剥 离 原 油所需 的 粘附功,提高了洗油效率。目前,应用化学 驱 驱 油技 术 大 幅 度提高采 收率的同时,生产成 本也不断增 加。因此,结合油田化学驱 实际效 果,通 过室内试 验对比研究,确定适合某些 地 层 化 学 驱 的界面张力的 技 术和经济界限,在提高驱油效率的同时不增加成本,这对于化学 驱 ?包括表 面 活性

13、剂驱?技术的推广应 用具有重要意义。室内宏 观 驱 油物理模拟试验结果表明,在油水界面张力最低的情况下,驱油效率并非最高,这也表明油水界面 张力存在 最佳值,此时驱油效率最高。目前国 内已经有人研究在 油水界面 张力并非超低的情况下,通过 改 变 润 湿性提高驱油效率的方法? ? ?。在表 面活性剂驱 室内实验 及先导试验 中,应准确掌握表 面 活性剂降低 油水界面张力的合理尺度,即表面 活性剂用于驱油 时,特定条件下存在降低 油水界面张力的最佳数值范围,其应 满 足以下条 件? 表 面 活 性剂作 用 于 油藏地层中的油 水后,其有效时间应 稍大于油 水乳状液 运移至 地面的时间? 采出液

14、油水乳状液易 于破乳,不 需作特别 处理,不 为 原油 脱 水、运 输、炼制 增 加任何特殊负担。?乳化 机理表面 活性剂体系 对 原 油 具 有 较 强 的乳化能力,在水油两相 流动剪切 的条件下,能迅速将岩石表面的原油分散、剥离,形成水包油 ?型乳状液,从而 改善油水两 相 的流度比,提高波 及 系数。同时,由于表面 活性 剂 在 油滴表 面 吸附 而使油滴带 有 电荷,油滴不易重 新粘回到地 层表面,从而被活性水 夹带 着流 向采油井。?聚并 形成 油带 机理从地层 表面洗下来的油滴越来越 多,它们在向前移动时可相互碰撞,使油珠聚并成油带,油 带又 和更多 的油 珠合并,促使残余油向生

15、产井进 一步驱替。注 人表面活性剂期间油 珠聚并 形成 油带以及油带的运动情 况见 图?和图?。图?驱 油过 程 中被 驱替 油滴的聚并图?驱油过程中油带的不断扩大?叨?年?月郭东红等?表面 活性剂驱 的 驱油机理与应 用? ?改变岩石表 面的润湿性 【 润湿反转机理 ?研究结果表 明,驱油效率与岩石 的润 湿性密切相关。油 湿表面 导致驱 油效率差,水湿 表 面导致驱 油效率好。合适的表面 活 性剂,可以使原油与岩石 间 的润 湿接触 角增 加,使岩石表面 由油湿性向水湿性转变,从而降低油滴在 岩石表面 的粘附功 ?如 图?所示 ?。注水中的表一部分表面活 性剂溶人油中,吸 附在沥青质点上,可以增 强其溶剂化外壳的 牢固性,减 弱 沥青 质点间的相互作用,削弱原 油中大分子 的网状结构,从而降低原 油 的极 限动剪切 应力,提高采收率。?表面活性剂分子相互作用的微观示意图? 表面活 性剂段塞?表 面活性剂段塞 戒瀚川?表面活性剂相互作用 的实际效 果图?表面活 性剂 使地层表 面润湿反转?提高 表面 电荷密度 机理当驱 油表面 活性剂为 阴离子?或非离 子一阴离子型 ?表面活性剂时,它们吸附在油滴和岩石 表面上,可提高表面 的电荷密度,增加 油滴与岩石 表面 间的静电斥力,使油滴易被 驱替介 质带走,提高了洗油效率。?改变