第十二章碱及复合驱(1)详解
三元复合驱中碱提高采收率作用机理
第17卷第5期2017年2月1671 —1815 (2017)005-0047-08科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 17 No.5 Feb. 2017©2017 Sci.Tech.Engrg.三元复合驱中碱提高采收率作用机理魏云云1>2’3罗莉涛刘先贵M刘学伟3刘卫东3杨正明3(中国科学院渗流流体力学研究所1,廊坊065007;中国科学院大学2,北京100190;中国石油勘探开发研究院廊坊分院3,廊坊065007;清华大学环境学院4 ,北京100084)摘要研究三元复合驱中碱提高采收率作用机理，对更好地应用其具有重要技术指导作用。
设计了界面张力、吸附、乳化、润湿性等多组单一变量对比实验及微观模型、天然岩心驱油实验，研究了碱提高采收率作用机理。
结果表明：碱与原油反应生成的 表面活性剂。
快速地吸附在油水界面上;碱迫使更多的外加表面活性剂进入油水界面，从而增加了界面层中表面活性剂浓度，达 到了协同降低油水界面张力作用。
碱电离的阴离子与外加表面活性剂在储层基质表面竞争吸附，增加了基质表面负电荷，使其 对外加表面活性剂静电斥力加大，降低了外加表面活性剂吸附量。
生成的表面活性剂乳化油相，使碱具备了乳化作用。
在流动 剪切作用下，生成的表面活性剂不断滲入膜状残余油与基质之间，改变了油/基质间、7欠/基质间界面张力，破坏了油-水-基质之 间的原平衡体系，使润湿性由憎水亲油变成亲水憎油。
碱提高采收率幅度可达近5%，具备显著提高采收率效应。
关键词三元复合驱界面张力 吸附 润湿性 采收率中图法分类号TE357.46; 文献标志码A三元复合驱是20世纪80年代中后期发展起 来的三次采油技术[&3]，其体现了表面活性剂驱、碱水驱以及聚合物驱的特征，且充分发挥了三者 之间的协同作用共同提高采收率[4,5]。
利用表面 活性剂降低油水界面张力，提高驱油效率[6’7];利 用聚合物改善水油流度比，扩大波及体积[8_w];利 用碱与表面活性剂的协同效应；三者共同协同提 高采收率。
弱碱三元复合驱后油层动用状况及剩余油分布特点郭素格
弱碱三元复合驱后油层动用状况及剩余油分布特点郭素格发布时间：2023-05-27T06:23:05.606Z 来源：《中国科技信息》2023年6期作者：郭素格[导读] A开发区开展的三项弱碱三元复合驱试验取得提高采收率18个百分点以上的效果，2014年开始在A开发区逐步推广，针对这种形势研究弱碱三元复合驱后油层动用状况及剩余油分布规律显得尤其重要。
本文利用取心井、数值模拟资料，了解油层水淹规律，认识和掌握弱碱三元复合驱前后油层水淹特征，搞清了油层动用状况和剩余油分布特征，为弱碱三元驱后剩余油进一步挖潜提供科学依据。
大庆油田有限责任公司第三采油厂黑龙江大庆 163113摘要：A开发区开展的三项弱碱三元复合驱试验取得提高采收率18个百分点以上的效果，2014年开始在A开发区逐步推广，针对这种形势研究弱碱三元复合驱后油层动用状况及剩余油分布规律显得尤其重要。
本文利用取心井、数值模拟资料，了解油层水淹规律，认识和掌握弱碱三元复合驱前后油层水淹特征，搞清了油层动用状况和剩余油分布特征，为弱碱三元驱后剩余油进一步挖潜提供科学依据。
关键词：弱碱；三元复合驱；动用状况；剩余油1. 前言A开发区开展的三项弱碱三元复合驱试验取得了提高采收率18个百分点以上的好效果，尤其是①试验最终提高采收率到达29.02个百分点，②示范区预计提高采收率17.27%，并于2014年开始在A开发区逐步推广。
根据①试验区完钻的2口检查井资料、数值模拟资料，对弱碱三元复合驱后油层动用状况和剩余油分布特点进行分析。
2.弱碱三元复合驱前后油层水洗状况井1目的层钻遇有效厚度5.0m，其中水洗厚度3.43m，占68.6%，水洗程度以弱、未水洗为主，弱、未水洗厚度2.82m，占水洗厚度的56.4%，纵向上以弱未水洗为主，主要存在于厚油层顶部，由于层内0.2m岩性夹层的遮挡和岩性变差，其夹层下部存在未水洗段，具有一定的剩余油潜力。
井2目的层钻遇有效厚度6.6m，其中水洗厚度6.42m，占97.3%。
提高采收率原理资料
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
类型 微乳状液驱、活性水驱、胶束溶液驱和泡沫驱等。
⑴降低油水界面张力；
驱 油
⑵改变亲油岩石表面的润湿性；
机 ⑶使原油乳化，产生迭加的液阻系数（贾敏效应），
理 增加高渗层的流动阻力，减小粘度指进现象。
第十二章 提高采收率原理与方法
第一节 采收率及其影响因素
一、影响采收率的因素
最终采收率＝
可采储量 地质储量
100％
可采储量综合体现了油藏岩石和流体 性质与所采取的技术措施的影响
油藏采收率的高低与油藏地质条件和开采技术有关
(一)油藏地质因素
客观因素
★油气藏的地质构造形态；
★天然驱动能量的大小及类型； 水驱采收率最大，溶解气驱采收率最小；
二、波及系数与驱油效率
采收率可以表示为：
ER
VswSo VswSor VSo
Vsw V
So Sor So
EV ED
VESswov－－－原体工始积作含波剂油及的饱系驱波的和数替及体度；体系积；积数与；：油洗驱指藏SEVoD油替r总工－－－油效出体作洗残的藏油余率的积剂波总效油：原之驱体及率饱油指比到积。和体体在；度积积波；之与及比工范作围剂内
降低M的措施： 增大μw；减小μo；增大Ko；降低Kw。
⒉油层岩石宏观非均质的影响
实际油层是在水流冲刷过程中沉积形成的
顺水流方向与垂直水流方向的渗透率必然有差异 流体沿渗透率好的方向流动快
形成不轨则驱动前缘 注采井网安排不当
油井会过早水淹，油藏留下一些“死油区”
(二)驱油效率
1驱油剂
11 溶液粘度下降，甚至形成凝聚而沉淀。
5. 发展趋势 (1)在结构中引入环结构，提高它的热稳定性，如
12
13
14
(2)在结构中引入支链，提高HPAM的刚性， 从而提高它的抗剪切能力，如
由于碱耗与碱的碱性强弱直接相关，因此碳酸钠和
碳酸氢钠等弱碱将是更有应用前景的碱。 (2)用缓冲碱 由于缓冲碱可使碱驱保持在一个恒定的pH值下进 行，因此有更好的碱驱效果。
碳酸钠和碳酸氢钠可通过
反应起pH值缓冲作用，它们是一对缓冲物质。因此可 用碳酸钠和碳酸氢钠复配，产生缓冲碱，用于驱油。
27
6. 助剂 碱驱的重要助剂是盐。 盐可改变碱驱生成表面活性剂的亲水亲油平 衡，产生超低界面张力（达到10-3 mNm-1）， 因而有更好的驱油效果。
194t，累计增油10.42104 t
五．复合驱
大庆油田三元复合驱矿场试验提高采收率 20%以上
中区西部先导性矿场试验，1994年9月注入三元体系，
1996年5月结束，累计注入化学剂0.603PV，全区累积
产油59366t，累积增油10804t，比水驱提高采收率 21.4% 杏五区中块先导性矿场试验，1995年1月注入三元体 系，1997年4月结束，累积注入化学剂0.67PV，四口 采油井累积产油22988t，累积增油13774t，比水驱提 高采收率25%。
史上的奇迹。
6
二．聚合物驱用剂
胜利油田 1992年，开始在孤岛油田进行先导试验。 1994年，又在孤岛和孤东地区开展注聚扩大试验；
1997年，工业化推广聚合物驱；
碱剂在三元复合体系中的作用
碱剂在三元复合体系中的作用作者：胡学均来源：《中国科技博览》2015年第11期[摘要]三元复合驱作为一种既经济又有效率的强化采油技术被各大油田广泛采用。
三元复合驱利用表面活性剂和碱的协同作用，使复合体系/原油形成超低界面张力。
碱可以大幅度降低价格昂贵的表面活性剂的用量，它不仅可以部分替代表面活性剂，而且还可以减少活性剂和聚合物在油藏中的损耗。
为了进一步了解这项技术，以便更好的应用于实践，本文对其进行了更深入的研究。
论述了碱在三元复合体系中的作用。
[摘要]三元复合体系碱采收率界面张力中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0088-011、降低油/水界面张力与原油中的有机酸发生皂化反应生成有机酸皂，其反应的通式为：T.F.Yen及D.T.wasan等人的研究发现，这些皂化反应物是复杂的有机酸皂的混合物，是由不同烷烃链羧酸皂、环烷酸皂组成的分子量分布范围较宽的不同化学特性的表面活性剂，它们能够在油/水界面上吸附降低油水界面张力，并能与外加的合成表面活性剂产生协同效应，增加活性，减少表面活性剂的用量，形成超低界面张力，并能拓宽表面活性剂的活性范围。
决定单位油层体积中潜在产量的能力可用毛管数Nc来描述，毛管数越大则采收率越高，一般毛管数需在10-3至10-2左右，对于正常水而言，毛管数仅为10-6至10-5，可见要把毛管数增大到10-3至10-2，单靠增加压力降或增加粘度是不行的，而必须降低界面张力。
碱与原油中的有机酸反应生成的表面活性剂与合成的表面活性剂产生协同效应使油水界面张力大幅度降低，碱和表面活性剂都可显著降低油/水界面张力，因此利于采油。
界面张力降低后主要以两种方式来提高原油采收率：一种是乳化和挟带，油和水间的界面被破坏，形成水包油，随流动的水带出地层；第二种是捕集，油滴聚并成大油滴，进而形成可流动的连续油带，提高油的流度，降低水的流度，从而提高驱替剂驱油能力与波及效率，达到提高原油采收率的目的。
复合驱
wb 水的粘度
wa 聚合物溶液的粘度
2).残余阻力系数：聚合物溶液降低渗透率的能力。它是 聚合物驱油前后岩石水相渗透率的比值，也可解释叫渗透率 下降系数,用Rk表示。
Rk Kw / K p
K w 聚合物驱油前水相渗透率 K p 聚合物驱油后水相渗透率
低。
4.阻力系数和残留阻力系数
表1，Rf 和Rk 的测定结果
5.室内模拟驱油试验
恒 温 箱 平流泵
水
油
聚 合 物
压力表
岩心
物理模拟实验流程示意图
5.室内模拟驱油试验
岩心图片
化学驱动态模拟装置
5.室内模拟驱油试验
表2，聚合物岩心驱替试验结果汇总表
Part 4. 复合驱存在的问题
组合驱油成分带来的问题；色谱分离现象。
动力滞留
Q
RPV V p C0 w
图6，动态滞留量的确定
4.阻力系数和残留阻力系数
1).阻力系数：降低水油流度比的能力。它是水的流度 与聚合物溶液流度之比，用Rf表示。
wb K wb K wa Rf / wa wb wa
wb 水的流度
K wb 水相渗透率
wa 聚合物溶液的流度
1，复合驱基本原理
碱的作用：
1). 碱可提高聚合物（HPAM）的稠化能力．
2). 碱与石油酸反应产生的表面活性剂，可将油乳化，提高了驱油 介质粘度，因而加强了聚合物控制流度的能力。
3). 碱与石油酸反应产生的表面活性剂与合成的表面活性剂有协同 效应。 4). 碱可与钙、镁离子反应或与粘土进行离子交换，起牺牲剂作用， 保护了聚合物与表面活性剂。
性能指标 大庆2B838 相对分子质量 (10^4) 1700 水解度 (%) 26.8 水溶液粘度 (mPa.S) 48.2 溶解速度 (h) <2
大学有机化学 第二版 叶非 袁光耀主编 课后习题答案第12章
第 12 章 杂环化合物
(1) α-呋喃乙酸 (2) α-噻吩磺酸 (3) 4-甲基咪唑 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 > 四氢吡咯>吡啶>苯胺>吡咯 习题
12-1 (1) 2,4-二甲基噻唑 (2) N-甲基吡咯 (3) 5-溴-2-呋喃甲酸 (4) 3,5-二甲基吲哚 (5) 3,5-二溴吡啶 (6) 8-羟基喹啉 (7) 6-氨基嘌呤 (8) 2,3-吡啶二甲酸 (9) 2-氨基嘧啶 12-2
3-呋喃甲醛
12-3
12-4 (1) 六氢吡啶>氨>吡啶>吡咯 (2) 甲胺>γ-甲基吡啶>吡啶>苯胺 12-5 (1) 加入盐酸，吡啶与盐酸成盐，过滤后得甲苯 (2) 加苯磺酰氯，与六氢吡啶生成沉淀，过滤后得吡啶 (3) 加入浓硫酸，与噻吩生成噻吩磺酸而溶于硫酸中，分液得苯 12-6
12-8 2-呋喃甲醛 或
油层的化学改造—复合驱
知识点5：存在问题
色谱效应
三元复合驱体系在填砂管中的色谱分离现象 1—HPAM;2—NaOH;3—石油磺酸盐
牺牲剂在地层的吸附可以减缓色谱分离效应。
任务四：复合驱
知识点 01
定义
知识点1：定义
复合驱 是指两种或两种以上驱油成分 组合起来的驱动
任务四：复合驱
知识点 02
驱油效果对比
知识点２：驱油效果对比
驱动方式的对比
二元复合驱与单一驱动
知识点２：驱油效果对比
驱动方式的对比
复合驱效果对比
知识点２：驱油效果对比
驱动方式的对比
三元复合驱效果好的原因是 由于各组份之间的协同效应
数，从而提高原油采收率。
•可以与地层表面的钙镁离子反应或与黏土进
2
行离子交换，其牺牲剂的作用，保护聚合物
与表面活性剂。
3
•还可以提高地层表面负电性，减少砂岩表面 对聚合物和表面活性剂的吸附。
知识点2：实训原理
影响因素
不同碱对聚合物的增粘效果不同 碱的用量对增粘效果也有影响
本次实训利用单因素评价氢氧化钠、硅酸钠 对HPAM 的增粘效果，并且评价了不同用量时 氢氧化钠或硅酸钠对HPAM的增粘效果。
任务四：碱和聚合物的协同效应
知识点 05
实训数据和处理
知识点5：实训数据和处理
一、数据处理记录
1、不同碱和HPAM的协同效应数据记录
样品号
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
600读数 格
表观粘度 mPa·S
知识点5：实训数据和处理
一、数据处理
2、碱的加量对HPAM协同效应的影响数据记录
样品号
2-1
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3. 三元复合驱油体系
2）ASP三元复合驱油存在的主要问题
（2）在保持界面张力性能不变的条件下，用部分盐 代替碱，可减少碱剂的用量。
3. 三元复合驱油体系
ASP三元复合驱的驱油机理
三元复合体系大幅度地提高驱油效率的原因是： (1)聚合物提高了波及系数； (2)表面活性剂和碱的协同效应降低了油水界面张力
并改变岩石的润湿性； (3)残余油受力状况发生了改变。
3. 三元复合驱油体系
1）ASP三元复合驱的驱油机理
（a）水驱结束
（b）三元复合驱结束
因此，碱水驱使原油的采收率提高的幅度有 限。
碱—聚合物驱油就是在碱水驱的基础上， 用聚合物进行流度控制，来达到提高采收率的 目的。
与聚合物溶液、碱性水驱油一样，碱—聚合 物溶液驱油效果也受到地层水的矿化度、岩石 的矿物组成、地层的温度等因素的影响。
3. 三元复合驱油体系
三元复合体系驱是指在注入水中加入低浓度的 表面活性剂、碱和聚合物的复合体系驱油的一种提 高原油采收率方法。碱/表面活性剂/聚合物(ASP) 复合体系驱是80年代初国外出现的化学采油新动向。
但由于表面活性剂和助剂成本太高，该方法一 直没有发展成为商业规模。而碱/聚合物驱降低界 面张力一般高于10－2mN/m的范围，而且其适用性 还受原油酸值的影响。
3. 三元复合驱油体系
ASP复合体系驱是从二元复合驱(活性剂/聚合物、 碱/聚合物)发展起来的。 ASP三元复合体系的优点： 1. 所需要表面活性剂和助剂总量少 ASP复合体系所加入的表面活性剂与碱具有良好的协 同效应，能降低界面张力到10－2mN／m的范围，而 且可保持长时间的低表面张力驱过程。并对低酸值的 陆相生成的中等原油也是适用的。
在上述化学剂中，氢氧化钠和原硅酸钠的驱油 效果最好，而且经济效果也比较好。此即人们通常 所说的“苛性碱水驱”。
1.碱水驱机理
1）降低界面张力
当碱性水与原油中的有机酸混合时，则会生成表 面活性剂。因此，碱水驱油时，若降低油水界面张 力，原油中必须有一定的有机酸。
原油酸值是指中和1g原油(pH＝7)时所需氢氧化 钾的毫克数。
（3）通过提高聚合物的相对分子质量及调剖手段， 可减少聚合物的用量。
（4）通过三元体系段塞、浓度优化来降低三元体系 的化学剂用量，提高复合驱的经济效益。
1.碱水驱的机理
注碱水驱油是强化采油的另一种方法。该方法 是通过将比较廉价的化合物，如氢氧化钠，掺加到 注入水中，以增加其pH值。
碱与原油的某些成分发生反应，降低水与原油 之间的界面张力，从而提高原油的采收率。
1.碱水驱的机理
在碱水驱中，可以作为碱剂的化学剂主要有： 氢氧化钠、原硅酸钠(Na4SiO4)、氢氧化胺、氢氧 化钾、磷酸三钠、碳酸钠、硅酸钠(Na2SiO3)，以 及聚乙烯亚胺。
一般说来，若要碱水驱使界面张力显著下降， 原油的酸值应大于0.5mg／g。
1.碱水驱机理
2）油层岩石的润湿性发生反转
碱水驱生成的表面活性剂除聚集在油水界面外， 还有一部分表面活性剂吸附在岩石表面，改变岩石 表面的润湿性。
岩石表面的润湿性由亲油转变为亲水时，水变 为润湿相，油和水的相对渗透率向有利于提高采收 率的方向转化。
2. 碱—聚合物复合驱油法
尽管碱水驱的成本较低，工艺比较简单，但这种方 法效果并不明显。
其主要原因是： 1.碱虽然可以降低界面张力，但界面张力的降低
程度明显受原油性质、地层条件的影响；
2.碱液的粘度没有增加，即碱水驱仅仅部分地提 高了洗油效率，并没有大幅度地提高驱替液的波及系数。
2. 碱—聚合物复合驱油法
水驱簇状残余油被三元复合体系驱替
6. 三元复合驱油体系
1）ASP三元复合驱的驱油机理
（a）水驱后的油膜
（b）油膜上端被剥离，下端拉出油丝
（C）油丝被拉断
（d）油膜被驱替干浄
3. 三元复合驱油体系
2）ASP三元复合驱油存在的主要问题 1．三元复合驱体系配方优化、降低化学剂用量及 提高经济效益问题，可以从以下几个途径入手。 (1)表面活性剂国产化是提高三元复合驱经济效益的 主要途径之一。