提高原油采收率原理 EOR第五章

EOR原理
第五章 碱 驱
Alkaline Flooding
第五章 碱 驱
本章主要内容 ☆碱驱提高采收率的基本机理 ☆界面张力与碱质量分数关系曲线及其应用 ☆什么原油适合于碱驱 ☆碱与地层和地层流体作用 ☆碱驱存在的问题、改善方法
第一节 碱驱概述
碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。
●碱驱是一种提出最早（1917年） ●1927年申请第一个专利 ●试验最早（1930年），化学剂最便宜，操作最简单 ●美国进行了50个碱驱矿场试验，都未获得工业成功。驱 油机理最复杂，限制也多，因此矿场试验的规模和范围远 小于聚合物驱的一种提高采收率方法。
C17H35COOH
研究表明，原油中含 有脂肪酸、环烷酸和芳香 酸等各类羧酸。
脂肪酸主要是正构的，
现已鉴定出碳数到34的全
部正构脂肪酸，但也存在
少量轻度异构的脂肪酸。
R
*
COOH
COOH
CH2
COOH
n
原油中的石油酸Leabharlann 沥 青 质 模 型原油中的部分酸性物质可以和碱反应，生成 具有一定亲水亲油平衡能力的表面活性剂。
（3）碱水突破前采油量可以增加；
（4）油珠的聚并性质对过程有有利的影响。
四、由油湿反转为水湿（OW
（碱含量1%～5%,盐含量﹤5% ）
WW）机理
在高的碱质量分数和低的盐含量下，碱可通 过改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性剂在 水中的溶解度而解吸，恢复岩石表面原来的亲 水性，使岩石表面由油湿反转为水湿，提高洗 油效率，同时也可使油水相对渗透率发生变化， 形成有利的流度比，提高波及系数。
从粘附功公式可以看到，油水界面张力低意味着粘附功小，即油易从岩 石表面洗下来，提高了洗油效率。
w粘附＝ 油水（1＋ cos ）
式中， w粘附－粘附功； σ油水－油水界面张力； θ－油对岩石表面的润湿角。
碱与石油酸反应生成活性剂，降低了界面张力， 提高了洗油效率。
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
原油中的石油酸
1
1% Na CO
2
3
0.8% Na CO
2
3
0.6% Na CO
0.1
2
3
IFT/(mN/m)
0.01
1E-3 0
20
40
60
80
100
t/min
不同浓度碳酸钠与陈庄13-15的动态界面张力
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
影响碱水—原油界面张力的因素
原油中的酸性物质 碱 量 水中的含盐量
原油中的酸性物质
随着盐含量升高，低界面张力区增大，继 续升高，低界面张力区变窄，所以要有一
个最佳盐含量。 最佳盐含量在10000mg/L以下
图5－3 不同盐含量下界面张力与氢氧化钠质量分数的关系
二、乳化-携带（Emuls-Entrain)机理(碱含量小于
1%,盐的含量0.5～1.5%）
在低的碱质量分数和低的盐含量下，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， 形成微分散状的O/W型乳状液，并被碱水携带着通 过地层。 按此机理，碱驱应用有如下特点： （1）可以形成油珠相当小的乳状液； （2）通过乳化提高碱驱的洗油效率； （3）碱水突破前采油量不可能增加； （4）油珠的聚并性质对过程有较大影响。
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
w(NaOH ) :1 0(水驱）；2 0.005%; 3 0.01%;4 0.05%
碱驱与水驱的驱油效果对比
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
一、低界面张力（LIFT）原理
在低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下，碱与原油中酸性成分反应生
成表面活性剂，可使油水界面张力降至10－2mN·m-1以下。
第一节 碱驱概述
☆最好用在三次采油的早期阶段，因为这时含油 饱和度高，油多，油中的酸与碱反应生成的表面活
性物质也高；而且此时的krw低，λw低，Mwo低，
波及系数高，采收率高。
图5－1 碱驱的段塞图 1－剩余油；2－淡水；3－碱溶液；4－聚合物溶液；5－水
由于地层中的钙镁离子可与碱反应而消耗碱， 因此在注碱溶液前需注入一段塞的淡水；之后再 注入聚合物段塞以控制流度。
五、由水湿反转为油湿（WW OW）机理
（碱含量1%～5%,盐含量5～15% ）
（1）在高的碱质量分数和高的盐含量下，碱与石油酸反应生成 的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上来，使岩石表 面从水湿转变为油湿。这样，非连续的剩余油可在其上形成连续 的油相，为原油流动提供通道． （2）碱驱生成的表面活性剂的亲油性和它产生的低界面张力， 导致油包水乳状液的形成 （3）乳状液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人压力提高．高的 注入压力迫使油从乳化水珠与岩石表面之间的连续油相这条通道 排泄出去，留下高含水率的乳状液，达到提高原油采收率的目的。
酸性物质亲油基较小
酸性物质亲油基适中 酸性物质亲油基较大
酸性物质与碱反应 速度较快
酸性物质与碱反应 速度适中
酸性物质与碱反应 速度较慢
生成物亲水能力较强
生成物亲水亲油能力 平衡
生成物亲油能力较强
降低界面张力能力差 降低界面张力能力最好 降低界面张力能力差
通常认为C数为12-18时，像带有COO-的表活剂的活性最好
碱量
碱量低
碱量较高
碱量高
先和酸性较强的 石油酸反应
最佳碱量
相继和酸性较弱的 石油酸反应
增加水相极性
形成亲水能力较强的 界面张力超低 表面活性剂
相继形成亲油能力 较强的表面活性剂
增加界面张力
低界 面张 力区
图5－2 一种原油的界面张力与氢氧化钠质量分数关系
碱的质量分数一般低于0.01
盐含量/(mg·L-1)： （1）－3.5×104；（2）－3.0×104 ； （3）－2.0×104 ；（4）－1.0×104 ； （5）－0.5×104 ；（6）－0.1×104 ； （7）－0。
图5－5 通过WW OW机理提高采收率
六、自发乳化与聚并机理
在最佳的碱质量分数下，原油可自发乳化到碱水之中。 这种自发乳化现象是由于油中的石油酸与碱水中的碱在 表面上反应产生表面活性剂，先是浓集在界面上，然后扩 散至碱水中引起的。 油中的石油酸主要为羧酸，它可与碱（氢氧化钠）反应 产生羧酸钠。羧酸钠在水中的聚集状况，决定于它的质量 分数。
三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
（碱含量﹤1%,盐含量﹤0.5% ）
在低的碱质量分数和低的盐含量下，由于低界面张力使油乳化 在碱水相中，但油珠半径较大，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，提高了采收率。
按此机理，碱驱应有如下特点： （1 ）油可在碱水相中形成乳状液； （2）分散的油珠会被捕集在较小孔道，改善了碱驱的波及系数；