提高采收率原理(李萍)

西北大学地质系硕士研究生课程作业提高采收率原理专业：固体地球物理学生：李萍年级：硕研2005学号：200521338二〇〇六年十一月表面活性剂驱油技术在三次采油中的应用进展目前，常规方法生产的原油产量不断下降, 提高采油率就成为石油开采研究的重大课题，三次采油就是提高采收率的一个重要方法，将在资源利用方面发挥重要作用[1]。

三次采油方法可分为四大类: 一是热力驱, 包括蒸汽驱、火烧油层等; 二是混相驱, 包括CO2混相、烃混相及其他惰性气体混相驱; 三是化学驱,包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱和注浓硫酸驱等; 四是微生物采油, 包括生物聚合物、微生物表面活性剂驱。

其中表面活性剂是提高采收率幅度较大、适用较广、具有发展潜力的一种化学驱油剂。

采用表面活性剂驱油为进一步开发利用现有原油储量展示了广阔的前景[2]。

表面活性剂单体一般是由一个非极性的亲油基和一个极性的亲水基构成[3]。

根据极性基团的性质可以把表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、两性型、非离子型和混合型[4]。

表面活性剂溶液具有降低表面张力、乳化、形成胶束、形成微乳液和增溶等作用[5]，一、三次采油对表面活性剂的要求使用表面活性剂水溶液可以降低油与水的界面张力, 增加洗油能力。

一般认为, 能使原油采收率大幅度提高的表面活性剂应具有以下条件[6]:①在油水界面上的表面活性高, 使油—水界面张力降至0.01~0.001mN/m以下, 具有适宜的溶解度、浊点、PH 值, 降低岩层对原油的吸附性。

②在岩石表面上的被吸附量要小。

③在地层介质中应有较大的扩散速度。

④当在水中浓度较低时, 应有较强的驱油能力。

⑤应具有能阻止其他化学剂副反应发生的能力, 即所谓的“阻化性质”。

⑥注水用表面活性剂应考虑到它与地层矿物组分、地层水注入水成分、地层温度以及油藏的枯竭程度等相互关系。

⑦应具有抗地层高温、高盐浓度的能力。

⑧具有较高的经济价值, 投入产出比具备优势。

二、表面活性剂溶液驱油的机理及油层条件注水采油后，还约有三分之二的原油滞留在油层中，由于毛细管力的作用，这部分油陷留在较细的毛管孔道中，要把这部分油驱替出来，单靠增加压差是很难办到的。

油水界面张力约为 3.0×10-2N.m-1，计算表明驱动所需的压差一般为9.81MPa*m,而注水时压差仅为(196.13～392.27)kPa.m，远小于驱动压差。

所以利用表面活性剂降低油水界面张力，使残余油变为可流动油，这是一个既可行又有前途的方法[7]。

然而，单独使用表面活性剂驱油存在着活性剂波及系数低、驱油效率差、吸附损失较为严重、活性剂用量大、成本高等缺点。

在表面活性剂-碱一聚合物三元复合驱油技术中，其特点是利用表面活性剂和碱之间的协同作用，使复合驱体系与原油形成超低界面张力，三元复合驱具有极高的驱油效率。

表面活性剂溶液驱油的油层条件包括:(1)岩石必须是砂岩。

(2)原油密度小于9.042kg.m-2。

粘度小于3.0×10-2Pa.s。

(3)地层温度不能太高，一般低于120℃(4)地层水的矿化度应尽可能地低。

(5)地层渗透率高于2.0×10-3μm2，而且不含裂缝。

三、表面活性剂溶液驱油作用机理类型根据所采用的体系不同，表面活性剂驱可分为:活性水驱、碱水驱、微乳状液驱、泡沫驱、增稠水驱、正向异常液驱等[1]。

3.1 活性水驱活性水驱是在油层中注入表面活性剂水溶液的采油方法, 其表面活性剂水溶液的作用如下: ①降低界面张力, 使残余油变为可流动油; ②改变地层表面的润湿性; ③增加原油在水中的分散作用;④改变原油的流变性, 降低原油熟度和极限剪切应力。

活性水驱所用的表面活性剂HLB 为8～13, 为亲油性, 优先采用的是耐碱性好的表面活性剂。

一般来讲, 使用复配的表面活性剂更为有效、有时还使用一些聚合物和其他助剂来提高效果。

如: 联邦德国专利359355 合成海水中加w = 2%的羟甲基化环氧乙烷加成物、w = 2%的异辛基丁基苯磺酸盐和w = 4%的异丁酸, 注入地层可使原油采收率达85%。

3.2 泡沫驱利用表面活性剂发泡性配成驱油剂进行采油的方法称为泡沫驱。

泡沫驱油法是在注人活性水中通人气体(如空气、烟道气或天然气)形成泡沫，利用贾敏效应(气阻效应)，使水不能任意沿微观大孔道、宏观高渗透层或高渗透区窜流，从而改善波及系数提高采收率的方法，这种方法也称注混气水提高采收率法。

泡沫驱是由水气混注可提高采收率而得到启发。

它是通过降低水相的有效渗透率(Kw)和提高水相的视粘度（μw）而达到降低水流度的目的。

但水气混注遇到的困难是由于气体分散在水中是一个不稳定体系，气体很难均匀地分布在水中并保持一定的稳定时间。

为了改进混气水的稳定性，常采用泡沫剂来降低体系表面能，这即有利于泡沫的形成，也有助于泡沫体系处于低能位而较为稳定。

泡沫驱油机理是依靠迭加的气阻效应，提高微观波及效率，即排驱效率。

进人地层的泡沫液首先窜入大孔道，由于液膜层的异常粘度和孔道半径改变，大孔道将逐渐被堵塞，阻力不断增大，迫使泡沫依次进人较小孔隙驱油。

具有假塑性的泡沫可填塞孔隙的畸形异物，将残余油滴等携带运移。

由于地层油会不断使泡沫破灭，故泡沫液更宜于水淹后的油藏。

泡沫在地层孔道中移动时，会不断破裂，又不断再生，前缘便不断聚集起一个富油带，并被推向油井。

泡沫驱油的另一个作用是提高波及系数。

在油层注入一定体积的泡沫液，就可以在随后注人的驱动剂(水或气)的前缘形成一粘度较高而流度小的段塞，减少与地层油的流度比，削弱粘性指进，从而提高了宏观波及系数和采收率。

由于泡沫驱油因含有活性剂，既可提高洗油(排驱)效率，又可提高波及系数，故相对来说，有较高的采收率。

如我国玉门、新疆等油田都进行过有关泡沫驱的室内和矿场试验，取得了不少认识。

泡沫驱油剂的粘度比水大, 由于气阻效应, 故驱油效果比水好。

常用的品种有烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基萘磺酸钠等。

如: 美国专利4676316 用CO2泡沫驱采油时, 添加0.05% 汉生胶生物二聚物和0.5%硫酸酯型泡沫剂, 可以提高二氧化碳的穿透体积和最大压降。

3.3 碱水驱碱水驱是使原油中的环烷酸与碱作用形成皂类表面活性剂。

它的驱油机理是:①在低浓度的碱性水驱中，降低油水界面张力。

②高浓度碱性水驱时，碱与原油中的有机酸反应产生的活性剂被吸附在岩石表面，从而改变岩石的润湿性。

③碱性水与原油中以环烷酸为代表的有机酸反应生成水包油型乳化剂。

④乳化捕集作用：乳化剂的存在会使原油与水乳化而生成水包油型乳化液，将油以雾沫形式随水带出，当遇到狭窄的岩石孔隙时，就会遇阻，乳化液被捕集，结果使水的流度降低，抑制水驱粘性指进，提高了垂向与水平波及系数。

这一驱油机理适用于非均质的稠油油藏。

这种采油方法成本低, 但一般还需加入一些辅助表面活性剂更有效。

如加入NO2—C6H4—(O C3H6) n —(O C2H4)m —OH (n= 3—4,m = 5—10)。

3.4 微乳状液驱微乳液驱是EOR 中的—种较先进的方法,可使原油采收率提高到80～90% , 但成本较高。

它是将表面活性剂溶解到水中形成0. 01～0.2μm大小的粒子, 它具有热力学稳定性。

微乳状液注入地层形成段塞, 溶解残留在地层孔隙中的原油, 达到饱和后再分离成油相从井中采出。

主胶束—微乳液驱油机理：①利用胶束增溶的性质，消除油水界面。

胶束溶液驱油主要具有消除驱替液和被驱替原油之间界面，达到与地层油的混相作用，从而提高洗油效率，提高采收率。

②利用胶束所表现的正异常液特性，消除剖面、平面、结构上的非均质性对采收率的影响。

用活性剂、助剂、电解质、油、水配成的胶束一微乳液溶液，严格说来是一种非牛顿液。

这种流体在岩石孔隙中流动时所表现的粘度称为视粘度或达西粘度，其数值大小与流动速度有关。

人们利用正异常的胶束液可望有这样的驱油效果，即在剖面上胶束液先进人高渗透层，由于流速增大，粘度亦增大，迫使这种溶液自行进入低渗透层驱油，可以提高垂向剖面的波及系数。

在平面和微观孔道中亦可望有类似的特性，从而可以提高波及面积和洗油效率，消除渗透率差异和孔隙结构上非均质的不良影响。

国内外常用石油磺酸盐或石油磺酸盐与聚氧乙烯醚磺酸盐的复配物以及磺化甜菜碱等配制微乳状液,如:美国专利3506071 石油磺酸盐: w = 40%; w(烃) = 1- 50%;w (水介质) = 9- 40%;w (半极性化合物) = 0. 01%～5%; w (电解质) < 4%。

3.5增稠水驱利用增稠剂提高原油采收率, 可以用部分水解聚丙烯酰胺作为注入水的增粘剂, 有时也采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐或磺酸盐以及表面活性剂混合物做增稠剂。

例如注入0.25%聚丙烯酰胺和0.05%的O P—10 水溶液,可使原油采收率提高30% 以上。

3.6 正向异常液驱正向异常液驱是一种具有特殊流变性质的液体, 用作采油的注入液可提高原油采收率。

配制这种正向异常液时需要使用一些可溶于水的阴离子皂类, 如硬脂酸皂、棕榈酸钠、油酸钠等。

四、表面活性剂的种类由于三次采油利用了表面活性剂降低油水界面张力，可使原油采收率提高到80%～90％，因此，这是一种既可行又有前途的方法。

口前三次采油研究中所用表面活性剂的种类以阴离子型最多，其次是非离子型和两性离子型，应用最少的是阳离子型，以下分别讨论它们的应用及其特点[8]。

4.1阴离子表面活性剂三次采油中应用的阴离子表面活性剂，其分子结构中离子性亲水基为阴离子，这类阴离子亲水基组成的盐有磺酸盐、胶酸盐、硫酸(酉旨)盐、磷酸(酷)盐。

阴离子表面活性剂可用于各种表面活性驱中，其中应用磺酸盐型最多，而在磺酸盐型阴离子表面活性剂中，以石油磺酸盐型最为普遍。

这是因为它的浊点很高，在砂岩表面上吸附少，成本较低，界面活性高，耐高温性能好，但抗盐能力差，临界胶束浓度(cmc)较高，在地层中的吸附、滞流和与多价离子的作用，导致了在驱油过程中的损耗。

4.2非离子表面活性剂其亲水基为非离子性基团，常见的有醚键、酯键、酰胺键或羟基等，该类基团的种类、数量或长度，以及两亲水基之间的碳链都可不同。

由于非离子性基团的亲水性比离子性基团差得多，因此，非离子性表面活性剂要保持较强的乳化作用，其分子结构中一般含有多个非离子性亲水基，形成含许多醚键、酯键、酰胺键或羟基或者它们相互组合的结构。

4.3两性表面活性剂这类表面活性剂分子中既有阴离子亲水基又有阳离子亲水基而呈现两性，常用的有甜菜碱型两性表面活性剂等。

这类表面活性剂的优点是抗盐能力强、耐多价阳离子的性能好，cmc（临界胶束浓度)低。

由于该种表面活性剂对金属离子有鳌合作用，因而大多数都可用于高矿化度、较高温度的油层驱油，且能大大降低非离子型与阴离子型活性剂复配时的色谱分离效应。