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1、定边油田表面活性剂驱油技术研究西安石油大学2011年3月汇 报 目 录定边油田表面活性剂驱油技术研究1. 前 言2. 表 面 活 性 剂 驱 油 机 理3. 表 面 活 性 剂 溶 液 驱 油4. 新 型 高 效 表 面 活 性 剂 复 配 体 系 设 计5. 新 型 表 面 活 性 剂 驱 油 体 系 配 方 确 定6. 表 面 活 性 剂 驱 油 优 化 工 艺 技 术 研 究7. 油 田 试 验 区 概 况8. 矿 场 试 验9. 结 论定边采油厂所属油田位于鄂尔多斯盆地以南，为低压、低渗透油藏。低渗透油藏的主要特征是其渗透率低、油气水赖以流动的通道微细、渗流的阻力大、液固界面及液液界面
2、的相互作用力显著。它导致渗流规律产生某种程度的变化而偏离达西定律。这些内在的因素反映在油田生产上往往表现为单井日产量小，甚至不压裂就无生产能力，稳产状况差，产量下降快，注水井吸水能力差，注水压力较高，而采油井反应出的注水效果较差。油井见水后，随着含水上升，采液指数和采油指数急剧下降，给油田稳产造成很大困难。如何遏制含水率上升，并提高采收率，成为开发中迫切需要解决的问题之一。1、前 言定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1 2.1 渗吸驱油机理渗吸驱油机理l l在多孔介质中，润湿相流体依靠毛管力作用置换非润湿相流体的过在多孔介质中，润湿相流体依靠毛管力作用置换非润湿相流体的过 程称为渗吸，它是毛管
3、力作用下的一种常见的多相流现象。程称为渗吸，它是毛管力作用下的一种常见的多相流现象。l l渗吸是多孔介质自发地吸入某种润湿流体的过程。当已饱和流体的渗吸是多孔介质自发地吸入某种润湿流体的过程。当已饱和流体的 多孔介质侵入或者接触另一种润湿能力更强的液体时，同样可以发多孔介质侵入或者接触另一种润湿能力更强的液体时，同样可以发 生自发吸入过程，这种液体在润湿并吸入多孔介质的过程中将置换生自发吸入过程，这种液体在润湿并吸入多孔介质的过程中将置换 出原有的非润湿流体。出原有的非润湿流体。l l对表面活性剂在渗吸驱油中的作用，大致分为两个方面：一是以降对表面活性剂在渗吸驱油中的作用，大致分为两个方面：一
4、是以降 低界面张力为目标，另一方面则侧重于改变润湿性。低界面张力为目标，另一方面则侧重于改变润湿性。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1.1 2.1.1 低渗岩心中的自发渗吸低渗岩心中的自发渗吸低渗介质具有小孔细喉或细孔微喉，孔喉比很高，毛管渗吸驱低渗介质具有小孔细喉或细孔微喉，孔喉比很高，毛管渗吸驱油过程中，连续油柱往往发生卡断，产生大量油珠，油珠变形而产油过程中，连续油柱往往发生卡断，产生大量油珠，油珠变形而产生贾敏效应，生贾敏效应，这成为孔隙介质中不可忽略的渗流阻力。如果油珠较这成为孔隙介质中不可忽略的渗流阻力。如果油珠较大，通过喉道时变形能力弱，那么它就会阻碍毛
5、管渗吸驱替，降低大，通过喉道时变形能力弱，那么它就会阻碍毛管渗吸驱替，降低驱油效率。驱油效率。通过渗吸速度的变化和采收率曲线可以看出，岩心介质的原始通过渗吸速度的变化和采收率曲线可以看出，岩心介质的原始润湿条件制约着水相吸入的速度和吸入量。亲水岩心的渗吸速度最润湿条件制约着水相吸入的速度和吸入量。亲水岩心的渗吸速度最高。高。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1.2 2.1.2 渗吸机理分析渗吸机理分析渗吸驱油过程是毛管力、油水重力差等作用力综合作用的结果，渗吸驱油过程是毛管力、油水重力差等作用力综合作用的结果，渗吸机理是对这种综合作用的反应。因此，渗吸机理的判别参数不仅
6、渗吸机理是对这种综合作用的反应。因此，渗吸机理的判别参数不仅要反映渗吸作用发生的机制，更要反映毛管力与重力等综合作用的结要反映渗吸作用发生的机制，更要反映毛管力与重力等综合作用的结果。果。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2 2.11.2 2.1 .1 判别参数判别参数就是毛管力与重力之比：就是毛管力与重力之比：油水界面张力，油水界面张力，mN/mmN/m。 多孔介质的孔隙度；多孔介质的孔隙度；K K 多孔介质的渗透率，多孔介质的渗透率，mm2 2；油水密度差，油水密度差，g/cmg/cm3 3；g g 重力加速度，重力加速度，cm/scm/s2 2；H H 多孔介质的高度
7、，多孔介质的高度，cmcm；C C 与多孔介质的几何尺寸有关的常数，对圆形毛管，与多孔介质的几何尺寸有关的常数，对圆形毛管，C=0.4C=0.4。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1.2.2 2.1.2.2 影响渗吸过程的实验条件与因素影响渗吸过程的实验条件与因素1 1润湿性润湿性饱和油的油湿岩心介质，很难发生水的自发渗吸驱油。多孔介质的饱和油的油湿岩心介质，很难发生水的自发渗吸驱油。多孔介质的润湿性制约着渗吸过程的发生，总是促使湿相流体发生渗吸。润湿性制约着渗吸过程的发生，总是促使湿相流体发生渗吸。2 2束缚水饱和度束缚水饱和度束缚水饱和度对自吸速度的影响，可归结为自
8、吸毛管力下降以及改束缚水饱和度对自吸速度的影响，可归结为自吸毛管力下降以及改变油、水相对渗透率。变油、水相对渗透率。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1.3 2.1.3 表面活性剂对渗吸过程的影响表面活性剂对渗吸过程的影响水相在多孔介质中的渗吸驱油过程是液水相在多孔介质中的渗吸驱油过程是液液、液液、液固界面相互作用固界面相互作用的结果。有利的渗吸体系与介质表面应该存在有利的润湿条件，油的结果。有利的渗吸体系与介质表面应该存在有利的润湿条件，油水界面之间应该存在有利的界面张力，这是使渗吸体系顺利吸进多水界面之间应该存在有利的界面张力，这是使渗吸体系顺利吸进多孔介质，从介质
9、中驱替油的必要条件。因此，表面活性剂溶液的界孔介质，从介质中驱替油的必要条件。因此，表面活性剂溶液的界面张力参数（动界面张力、平衡界面张力等）和润湿性参数（接触面张力参数（动界面张力、平衡界面张力等）和润湿性参数（接触角）是反映表面活性剂影响渗吸过程的基本物理化学参数。角）是反映表面活性剂影响渗吸过程的基本物理化学参数。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1.3.1 2.1.3.1 表面活性剂溶液表面活性剂溶液原油界面张力研究原油界面张力研究l l表面活性剂溶液对界面张力的影响，主要体现在降低界面张力的能表面活性剂溶液对界面张力的影响，主要体现在降低界面张力的能力和效率两
10、方面。力和效率两方面。l l降低界面张力的能力是指该表面活性剂能把流体之间的界面张力降降低界面张力的能力是指该表面活性剂能把流体之间的界面张力降到的最低值，也就是该表面活性剂溶液与原油之间的最低界面张力到的最低值，也就是该表面活性剂溶液与原油之间的最低界面张力。l l表面活性剂降低界面张力的效率则是指它把油水的界面张力降低到表面活性剂降低界面张力的效率则是指它把油水的界面张力降低到一定程度所需要的浓度。表面活性剂降低界面张力的能力和效率可一定程度所需要的浓度。表面活性剂降低界面张力的能力和效率可以有很大的差异，这主要取决于其分子结构。以有很大的差异，这主要取决于其分子结构。2、表面活性剂的驱油
11、机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2、表面活性剂的驱油机理图图图图2-1 2-1 不同不同类类类类型化学型化学剂剂剂剂的的动态动态动态动态 界面界面张张张张力力变变变变化化图图图图由图由图2-12-1可见，界面张力经历一个最小值后，可见，界面张力经历一个最小值后， 在油相与表面活性剂溶液之间建立平衡。不同的在油相与表面活性剂溶液之间建立平衡。不同的 表面活性剂溶液与模拟油之间的时间效应是不同表面活性剂溶液与模拟油之间的时间效应是不同 的。的。随着浓度的增加，油水平衡界面张力先降低随着浓度的增加，油水平衡界面张力先降低 后略有升高。表面活性剂浓度大，降低界面张力后略有升高。表面活性剂浓度大，降低
12、界面张力 的能力不一定强。的能力不一定强。界面张力超低，毛管力很小，不利于液体向界面张力超低，毛管力很小，不利于液体向 孔隙介质中自发渗吸，因此，表面活性剂体系的孔隙介质中自发渗吸，因此，表面活性剂体系的 油水界面张力不宜超低，以保证渗吸过程的发生油水界面张力不宜超低，以保证渗吸过程的发生 ，研究结果将油水张力选择为，研究结果将油水张力选择为1010-1-11010-3-3mN/mmN/m。应以改变残余油的流动能力为主要目的。应以改变残余油的流动能力为主要目的。定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1.3.2 2.1.3.2 表面活性剂对界面润湿性的改善表面活性剂对界面润湿性的改善渗吸过程中，水或
13、表面活性剂溶液依赖毛管力进入到岩石孔喉，渗吸过程中，水或表面活性剂溶液依赖毛管力进入到岩石孔喉， 这是一种毛细润湿现象。这是一种毛细润湿现象。改善润湿性有两个途径：固体的表面改性和添加润湿剂。润湿剂改善润湿性有两个途径：固体的表面改性和添加润湿剂。润湿剂 主要是表面活性剂，它通过降低界面张力或在固体表面形成一定结构主要是表面活性剂，它通过降低界面张力或在固体表面形成一定结构 的吸附层改善介质的润湿条件。的吸附层改善介质的润湿条件。润湿性的改善，可以使表面活性剂吸附在原来吸附原油的表面，润湿性的改善，可以使表面活性剂吸附在原来吸附原油的表面， 原油则被表面活性剂溶液置换，从而改善了油水在孔隙中的
14、分布，增原油则被表面活性剂溶液置换，从而改善了油水在孔隙中的分布，增 加渗吸波及，提高渗吸深度，改善渗吸采收率。表面活性剂体系要具加渗吸波及，提高渗吸深度，改善渗吸采收率。表面活性剂体系要具 有较好的吸附性能，能有效地改善液固界面的润湿性。这是改善渗吸有较好的吸附性能，能有效地改善液固界面的润湿性。这是改善渗吸 效果的关键因素。效果的关键因素。不同的表面活性剂具有不同的润湿性反转能力。不同的表面活性剂具有不同的润湿性反转能力。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究2.1.3.3 2.1.3.3 表面活性剂对粘附功的影响表面活性剂对粘附功的影响有效的表面活性剂既要降低油水界面张力
15、，又要改善岩石表面的润湿有效的表面活性剂既要降低油水界面张力，又要改善岩石表面的润湿 性，这两者的综合效应，可用界面粘附功降低程度来表达。性，这两者的综合效应，可用界面粘附功降低程度来表达。采油过程中油相粘附功与接触角的关系为：采油过程中油相粘附功与接触角的关系为：式中式中: W: W粘粘 水水油油岩石体系中油在岩石表面的粘附功；岩石体系中油在岩石表面的粘附功；油水界面张力；油水界面张力； 水水油油岩石体系中水在岩石表面的接触角。岩石体系中水在岩石表面的接触角。毛管渗吸驱油过程中，洗油相当于将油从岩石表面拉开，因此粘附功毛管渗吸驱油过程中，洗油相当于将油从岩石表面拉开，因此粘附功 越小，对洗油
16、越有利。油水界面张力越小，粘附功越小，洗油效率越越小，对洗油越有利。油水界面张力越小，粘附功越小，洗油效率越 好；接触角好；接触角 越小，即岩石越亲水，粘附功越小，油越易被洗掉。越小，即岩石越亲水，粘附功越小，油越易被洗掉。2、表面活性剂的驱油机理定边油田表面活性剂驱油技术研究综上所述，向渗吸液中加入表面活性剂，使渗吸过程出现新的特征：综上所述，向渗吸液中加入表面活性剂，使渗吸过程出现新的特征：降低粘附功，使洗油效率提高；降低粘附功，使洗油效率提高；孔隙表面亲水性增强，使吸附在孔隙表面的油膜厚度减小，有利于孔隙表面亲水性增强，使吸附在孔隙表面的油膜厚度减小，有利于 水在孔隙表面的铺展，渗吸波及扩大；水在孔隙表面的铺展，渗吸波及扩大
