提高原油采收率原理(EOR)第五章-B
提高采收率(ERO)
一、球形曲界面压力差
1、球形曲界面压差的实验证明
p1
p2
p1 p2
2、球形曲界面两侧压差产生原因
• 表面能趋于减少，气泡表面倾向于收缩，必 然会产生一种作用，去阻碍气泡表面增大， 即表面能趋于减少的倾向会对鼓泡的方向施 加压力，阻碍表面增大，称为表面收缩压。 • 表面收缩压与鼓泡的压力平衡 • Δp = p 1 – p2
2.4 润湿性对采收率影响
（82-36） /82=0.56
（65-20） /65=0.69
3、 流度比
λw k w k o M wo= = / λo μ w μo
生产井
流度：流体通过孔隙介质能力的一种量度 油
λ=
水 油
k
油
μ
注入井
水 油
调剖堵水 K2>K3>K1
聚合物驱、热采
4、毛管数 • 定义 无因次准数
油湿 大于90 大于140 大于100
中性润湿 90 90~140 60~100
2.2 Amott指数法
IA(w)>0:水湿； IA(w)=0:油湿； IA(w)接近于0为中性润湿 IA(o)>0:油湿； IA(o)=0:水湿； IA(o)接近于0为中性润湿
2.3 USBM方法
W=lg(A1/A2) W正值：水湿 W负值：油湿 W为零：中性
3、球形曲界面两侧压差公式推导
对于液体下的一个气泡，半径为r，在Δp作用下试 图增加其体积，半径增加dr，体积增加 dV=4πr2dr，表面积增加dA= 8πrdr 按照热力学，此过程作功
W=ΔpdV=Δp 4πr2dr
按照表面能的概念，表面能增加
σdA= σ 8πrdr
容积功=表面能增加 Δp 4πr2dr= σ 8πrdr
聚合物驱提高原油采收率原理
聚合物驱提高原油采收率原理摘要:石油资源是我国重要的能源，与国民经济的发展和人们的生活都有着密切的联系。
随着油田资源的不断被开采，油田石油资源的不断开发，油井的含水率不断的上升，石油资源的开发难度逐渐的增加，如何有效的开采油藏的剩余原油，越来越受到研究人员的重视。
文章通过实验得到，通过采用高浓度和高分子量的聚合物可以提高原油的采收率，文章分析了聚合物驱油的作用过程，改善了聚合物驱油的效果，从而提高了油田原油的采收率，促进了油田开发效益的提高关键词: 聚合物驱油原油采收率方案实验石油资源关系到国家经济的发展命脉，在油田油藏的开采过程中，随着地层注水量的不断增加，油井采出的原油含水量不断增加，油井勘探开发效益逐渐降低，油田勘探开发的效益难以得到保证。
现阶段油藏原油的采收率还是非常低的，大约百分之六十以上的油藏资源还埋存地下没有被开采出来，所以如何将地层剩余原油高效的开采出来，已经成为研究人员重点研究的对象。
一般的情况下，聚合物驱采油技术中，随着注入聚合物浓度和分子量的增大，聚合物的注入压力也随之增高，这样就影响到了聚合物的注入效果，从而不能最大限度的提高聚合物驱油的效率。
研究结果表明，三次采油聚合物驱油技术中，如果聚合物的注入量一定时，通过改变注入空隙的体积倍数等方法都不能明显的增加原油的采收率。
室内实验研究结果的表明，采用大分子量和高浓度的聚合物进行驱油，可以显著的提高原油的驱替效果，在有些情况下甚至可以超过复合驱的驱油效果。
文章开展了高分子量和高浓度的聚合物驱油技术的研究。
一、聚合物提高驱油效率研究油藏经过水驱之后，在地层岩石上存在着油膜、残余油以及残余油滴等，利用地层剩余油在聚合物驱替下的作用机理分析，以及通过模型模拟可以得出，通过采用聚合物驱替采油的方法可以有效的将水驱残余油驱替出来，通过研究可以发现，聚合物驱替原油的主要作用力是聚合物对残余油的拉力，并不是聚合物流动过程中对于地层原油的推力。
提高采收率原理与方法 EOR
⑵降解 将高分子烃类降解为低分子的烃类，可降低原 油粘度和凝固点，增加原油的流动性。 3．产生气体 ①产生CO2、CH4、H2等气体，使油层压力增加； ②部分气体溶解在原油中，使原油体积膨胀，粘度
降低；
③产生的C02气体溶解于水生成碳酸，处理碳酸
盐岩地层，可提高孔隙度和渗透率。
4．解堵作用 就地发酵产生的有机酸和气体使井筒周围得到
包括：聚合物驱、活性剂驱、碱驱和复合驱。
1、聚合物驱
驱油机理
在注入水中加入水溶性高分子聚合物，增加水的粘度， 降低水相渗透率，减小流度比M，提高波及系数。此外可 以减小粘度指进，提高驱油效率。
药剂 聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、黄原胶
存在问题
聚合物：热降解、盐降解、剪切降解、地层吸附
2．活性剂驱
一次采油一次采油天然能量天然能量依靠依靠二次采油二次采油物理机械和力物理机械和力学等宏观作用学等宏观作用立足立足人工注水人工注水注气注气第二节提高采收率的方法三次采油三次采油强化采油强化采油化学物理热化学物理热力生物或联合力生物或联合微观驱油作用微观驱油作用应用应用化学驱化学驱混相驱混相驱热力采油热力采油微生物采油微生物采油一化学驱油法通过向油藏注入化学剂以改善流体和岩石间的物化特征如降低界面张力改善流度比等从而提高采收率
对于地层油中轻质组分（C2-6）较少的油藏，可注 入适量加入乙烷、丙烷和丁烷的天然气，富气中 的较重组分不断凝析到原油中，最终使注入气与 原油混相的驱油方法。
驱油过程是先注一段富气，再注一段干气，然后 用水驱动。
注富气混相驱油过程
3.高压干气驱油法
当地层中原油组分含轻烃组分较多时，可向油藏 高压注干气，与原油充分接触，油中的轻质组分 C2-6 逆行到气体前缘，并使之富化，富化的气体 在推进过程中不断与新原油接触，进一步被富化， 最后达到混相。
提高原油采收率EOR
1第一章1．波及系数：指注入流体波及区域的体积与油藏总体积之比。
2．洗油效率：指注入流体在波及范围内，采出的油量与波及区内石油储量的体积之比。
3．采收率：油藏累计采出的油量与油藏地质储量比值的百分数。
从理论上来说，取决于波及效率（系数）（EV ）和驱（洗）油效率（ED ） 。
因此，采收率（ER ）定义为：ER （η）=EV · ED4．影响采收率的因素：（1）地层的不均质性（2）地层表面的润湿性（3）流度比（4）毛管数（5）布井 5．流度比：指驱油时驱动液流度与被驱动液（原油）流度之比。
w ro orw w o o w o o w w o w wo k k k k /k /k M μμμμμμλλ====6．毛管数：粘滞力与毛管力的比值。
毛管数增大，洗油效率提高，使采收率提高（即剩余油饱和度减少）－影响残余油饱和度的主要因素。
σμd d V Nc =7．增大毛管数的途径： （1）减小σ水驱油时，毛管数的数量级为10-6。
从图1-8可以看到，若将毛管数的数量级增至10-2，则剩余油饱和度趋于零。
若油水界面张力由101mN.m-1降至10-3mN.m-1数量级，即满足此要求。
因此提出表面活性剂驱和混相驱的采油法。
（2）增加µd这也是提出聚合物驱的依据。
（3）提高Vd 但有一定限度。
8．、第二章1．2．在亲水地层，毛细管上升现象是水驱油的动力，在亲油地层，毛细管下降现象是水驱油的阻力。
233.Jamin 效应：是指液珠或气泡通过喉孔时由于界面变形而对液流产生的阻力效应。
)R 1R 1(2p p 2112-=-σ4.（1）Jamin 效应始终是阻力效应，亲水地层Jamin 效应发生在油珠或气泡通过喉孔之前；亲油地层Jamin 效应发生在油珠或气泡通过喉孔之后。
（2）Jamin 效应具有叠加作用即总的Jamin 效应是各个喉孔Jamin 效应的加和。
5.润湿现象：固体表面上一种流体被另一种流体取代引起表面能下降的过程。
提高原油采收率原理 103页PPT文档
2010年11月10日
资源学院石油系 Yuan Caiping
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热力采油的发展史
提高采收率原理 石油工程专业选修课
热力采油在EOR采油中的地位及潜力
几个主要国家稠油和沥青砂的储量：
加拿大：3820108t
委内瑞拉：2270108t
美国：300108t
中国：20108t 前苏联：242108t
第二节 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐开采过程 二、蒸汽吞吐机理 三、影响蒸汽吞吐的因素 第三节 蒸汽驱 一、蒸汽驱采油机理 二、影响蒸汽驱效果的因素 第四节 火烧油层 一、火烧油层的采油机理 二、火烧油层的采油方法
2010年11月10日
资源学院石油系 Yuan Caiping
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第八章 热力采油
2010年11月10日
本章重点：
1、稠油 2、蒸汽吞吐 3、蒸汽驱
资源学院石油系 Yuan Caiping
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热力采油的发展史
提高采收率原理 石油工程专业选修课
热采发展史
任何技术的发展都是以生产的需要为动力，生产的 需要是热力采油技术发展的原动力。由于发现的稠油 无法用天然能量和注水进行正常开发，人们开始了研 究新技术。早期的研究包括：
• 中 国：2019年初：EOR的产量:40万桶/d 注蒸汽产量占50％
2010年11月10日
资源学院石油系 Yuan Caiping
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第一节 基本理论
提高采收率原理 石油工程专业选修课
一、基本概念
1、热力采油方法：是指利用热能加热油藏, 降低原油的粘 度, 将原油从地下采出的一种提高采收率的方法。
热采的总的目的：加热油层提高原油温度，使原油易于流动。
学术硕士提高采收率原理与方法EOR思考题(2013)
第一章习题1. 与国外大型油田相比，试分析我国大型油田水驱采收率偏低的主要原因。
答：储层物性差——非均质性储层结构复杂（如小断块等）高温高盐原油性质差——粘度高、含蜡高、胶质和沥青质含量高2. 试分析我国EOR技术发展与应用的潜力。
3. 我国的石油资源有哪些特点，这些特点对于石油采收率有何影响？答：特点：我国油气资源相对短缺；水驱采收率低；东部原油产量已出现总递减，西部产量持续上升，保持了中国石油原油产量稳中有升；已开发油田大多数已处于高含水和高采出程度的双高阶段已开发储量；储采比略有下降。
影响：1）.油藏地质特点是选择提高采收率方法的基础2）.物料来源决定提高采收率发展的方向3）.油价决定提高采收率的规模和时机4）.地质和油藏工程研究是提高采收率技术成败的关键5）.国家鼓励政策是促进提高采收率工作发展的保证第二章习题1. 简要分析裂缝对于油田开采和提高采收率的利与弊。
裂缝对于油田开采的利弊：利：驱油通道——尤其是特(超）低渗透油藏，裂缝是有效开采的必要条件。
弊：水窜通道——暴性水淹、注入水无效循环的原因。
提高采收率技术思路之一：在油藏深部封堵窜流通道2. 影响均匀厚油层水驱波及厚度的主要因素有那些？简单分析其影响机理。
①重力影响——对于地层倾角不大的均匀厚层在水驱油开发过程中，造成水波及厚度小的原因之一是重力效应。
注入水将优先沿油层底部推进，到油井见水时，上部有相当的厚度未被水波及。
②油水粘度比——油水粘度比越大，无水开采期的垂向波及厚度越小?重力差、油水粘度比增大→波及厚度减小③毛管力影响——3. 简述正韵律油层和反韵律油层的水驱特点。
①正韵律油层-----底部渗透率高，底部水洗程度高，垂向波及效率低。
②反韵律油层----上部渗透率高，底部水洗程度相对低些，垂向波及效率相对高些4. 在微细层理发育的油藏中，油水井的布置应注意什么问题？为什么？①对于板状交错层，水驱方向不能平行于斜层理走向，而应斜交，且角度大些更好，最好垂直（90˙)②若斜理延伸较远，注采井最好不要分布在同一倾斜层，这样有利于提高水的波及厚度。
油田应用化学第五章 油层的化学改造
油田应用化学 11
一、基本概念
剩余油和残余油的多少直接反映采收率的高低，对 剩余油和残余油的多少直接反映采收率的高低， 的多少直接反映采收率的高低 于注水开发油田的开发而言， 于注水开发油田的开发而言，采收率又是由注入水在油 波及效率和对原油的洗油效率决定的 层中的波及效率和对原油的洗油效率决定的。 层中的波及效率和对原油的洗油效率决定的。几个基本 概念： 概念： 1、剩余油：由于注入流体波及系数低，注入流体尚未 剩余油 由于注入流体波及系数低， 波及到区域内的原油。其特点是宏观上连续分布。 波及到区域内的原油。其特点是宏观上连续分布。 宏观上连续分布 2、残余油：在注入流体波及区域内或孔道内已扫过区 残余油： 域内残留的、未被流体驱走的原油。其特点是宏观上不 域内残留的、未被流体驱走的原油。其特点是宏观上不 连续分布。 连续分布。
油田应用化学 20
（4）粘性指进：在排驱过程中，排驱前缘不规则地呈 粘性指进：在排驱过程中， 指状穿入油区的现象。 指状穿入油区的现象。
生产井
油 水 油
注入井
K1
水
油
K2 K3
油
K2>K3>K1
（5）舌进：油水前缘沿高渗透层凸进的现象。 舌进：油水前缘沿高渗透层凸进的现象。
油田应用化学 21
（6）流度：一种流体通过孔隙介质能力的量度。在 流度：一种流体通过孔隙介质能力的量度。 有效渗透率(k)除以粘度(μ)， 数值上等于流体的有效渗透率(k)除以粘度(μ) 数值上等于流体的有效渗透率(k)除以粘度(μ)，以 λ表示。 表示。
油田应用化学 1
二次采油（ recovery） 2. 二次采油（secondery recovery） 是指一次采油后，向油层注水（或气） 是指一次采油后，向油层注水（或气）提高油层压 力而进行的采油。 力而进行的采油。 开始注水只是为了延缓或防止油层压力下降， 开始注水只是为了延缓或防止油层压力下降，这样可 延缓或防止油层压力下降 以维持较高的采油量和较长的生产时间。后来又认识到， 以维持较高的采油量和较长的生产时间。后来又认识到， 注水除了能维持油层压力外，还能从岩石孔隙中驱替出 注水除了能维持油层压力外， 部分原油，并将其驱入生产井。 部分原油，并将其驱入生产井。 随着注水时间的延长，油井含水不断升高， 随着注水时间的延长，油井含水不断升高，当油井产 水率达到95---98%时，继续注水是不经济的，这时将被 时 继续注水是不经济的， 水率达到 迫停止注水，这时的采收率一般小于 采收率一般小于40%。 迫停止注水，这时的采收率一般小于 。
提高采收率原理
ED
1
Sor Soi
Oil Grains
Water
Swept Area
第二十页，共209页。
1.1.1 孔隙介质中原油的捕集 孔隙介质中原油或其它流体的捕集作用不是非常清
楚，同时也不能以数学的方法给以精确(jīngquè)的描述， 但已知捕获机理依赖于：
第二十六页，共209页。
2.双孔隙(kǒngxì)模型
在水润湿岩心中被俘留的剩余油呈多种形态（如珠状或滴状），并被封闭在 单孔隙或多个(duō ɡè)孔隙中。当流动水施加在油上的力不能克服水优先润湿产生 的毛细管力时，原油就会被捕留住。
(1.6) (1.7)
h1、h：为图中液体的高度，cm；
ρo、ρw：分别为油水密度， g/cm3；
Patm
h1 po 油
h pw
水
g：是重力加速度，980cm/s2。
图1。6 界面(jièmiàn)力导致的毛管压力图
第十五页，共209页。
水的压力可以通过穿过油的总压头减去水头计算得到。容器中油水 界面处的压力，采用与毛管中相同高度水的压力值，用方程(1.6）(1.7） ，则：
提高(tí gāo)原油采收率 Enhanced Oil Recovery
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绪论
Introduction
第二页，共209页。
中国提高(tí gāo)采收率技术的必要性
东部已开发的老油田大多(dàduō)进入高含水阶段，未开发的油田多为低渗透、 特稠油、超稠油，开采环境日趋恶劣，开采成本越来越高。 老油田经过长期注水开发（大庆1959年，胜利1964年），现在已经进入高含 水期，目前胜利综合含水达到89.8%。老油田注水开发的效率越来越低，如胜 利油田年产量为2625万吨（7.19万吨/ 日），日注水61.07万立方米，采1吨 原油需注水8.49立方米。
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饱和度的目的。
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图5－5 通过WW OW机理提高采收率
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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。
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；
（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。
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四、由油湿反转为水湿（OW→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。
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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后续水驱的流度。
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第二节 碱驱提高采收率的作用机理
一、低界面张力（LIFT）原理
这机理认为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的表面活性剂，（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。
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
在高的碱质量分数和低的盐含量下
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可提高油湿 油层和高含 水油层的采 收率
图5－4 通过OW WW机理提高采收率
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五、由水湿反转为油湿（WW OW）机理
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
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三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
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。
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三、乳化-捕集 (Emuls-Entrap)机理
EOR原理
第五章 碱 驱
Alkaline Flooding
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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 ☆碱会与地层和地层流体作用 ☆碱驱存在的问题、改善方法
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第一节 碱驱概述
碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。
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二、乳化-携带（Emuls-Entrain)机理
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，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。
面张力降至10－2mN·m-1以下。
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）
碱与石油酸反应生成活性剂，降低界面张力，提 高洗油效率。
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？？？
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
(II)
H2O≒H++OH- (III)
在上述物质中，只有A－能有效地降低油水界面张力。 HA、NaA均没有A－那种界面活性。
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当水中无碱时，A－来源于反应（Ⅰ）。由于HA 在水中解离度很小，所以A－含量很少，油水界面 张力高。
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第二节 碱驱提高采收率的作用机理
碱驱机理实现的条件
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第三节 界面张力与碱质量分数曲线 的解释与应用
界面张力与碱质量分数的关系是碱驱的基础。
设原油中的酸性成分为HA，它可在水中解离：
HA≒H++A- (I)
HA与NaOH反应生成的表面活性剂NaA，也可在水中解
离：
NaA≒Na++A-
●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。
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第一节 碱驱概述
碱驱是一种二次采油法，也是一种三次采油法。 ☆最好用在二次采油的早期阶段，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。 ☆碱驱常用聚合物控制流度。
余油变成连续的油相，为原油流动提供通道。与此同时，
在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形
成，这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用，
并在有水珠堵塞的孔隙介质中产生高的压力梯度。这高
的压力梯度能克服被低界面张力所降低的毛管阻力。油
是从乳化水珠与砂粒之间的连续油相这条通道排泄出去，
而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地层剩余油
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十二酸钠浓体系增加水 的质量分数时胶束所经 历的变化
图5－6 十二酸钠 －水体系相图
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层状胶束、棒状胶束六角束、棒状技术、 球形胶束都可以增溶油 最佳碱体系驱替时，体系经历自乳化至聚 并，因此可以采取水驱难以采出的油。
图5－8 水驱难以采出的油
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七、增溶刚性膜机理
在三次采油时，油处在分散状态，沥青 质可在油水界面上形成一层刚性膜。这种 膜的存在，使油珠通过孔喉结构时不易变 形通过，使水不能有效排驱剩余油。碱水 的注入，增加了沥青质的水溶性，使它刚 性减小，提高了剩余油的流度能力。