第四章--化学驱与混相驱

第四章油层化学改造第二篇采油化学一、采油中存在的问题（1）采收率低地层非均质性波及系数洗油效率油层化学改造前言低（酸化压裂技术）蜡（清防蜡技术）水（调剖堵水技术）稠（稠油降粘开采技术）砂（防砂技术）油水井的化学改造一、采油中存在的问题（2）前言油水井问题波及系数：是指驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比值。原油采收率（ER）=采出储量（NR）/地质储量（N）×100％水驱采收率（ER）=波及系数（EV）X洗油效率（ED）×100％VVEswVVsw－驱油介质驱替到的容积；V－油藏总容积；前言二、原油采收率洗油效率：是指驱油剂波及到的油层所采出的油量与这部分油层储量的比值。油层改造有两个途径：提高波及系数提高洗油效率ooroDSSSESo－原始含油饱和度；Sor－残余油饱和度；前言二、原油采收率提高波及系数影响因素：不均质性、水油流度比提高波及系数的主要方法：改变驱油剂、油的流度。流度是流体通过孔隙介质能力的一种量度k前言提高洗油效率提高洗油效率的主要方法№1改变岩石表面的润湿性№2减小毛细管阻力效应的不利影响前言化学驱油法（化学驱）聚合物驱油法（聚合物驱）表面活性剂驱油法（表面活性剂驱）碱驱油法（碱驱）混相驱油法（混相驱）烃类混相驱油法（烃类混相驱）非烃类混相驱油法（非烃类相驱）热力采油法（热采）蒸汽驱油法（蒸汽驱）油层就地燃烧法（火烧油层）前言三、改造油层的方法本章主要内容4-1聚合物驱4-2表面活性剂驱4-3碱驱4-4复合驱4-5混相驱第一节聚合物驱第四章油层化学改造聚合物驱是以聚合物溶液为驱油剂的驱油法。也称为：聚合物溶液驱聚合物强化水驱稠化水驱和增粘水驱注聚第一节聚合物驱一、概念1.部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）油田主要用HPAM热稳定性好；剪切稳定性较差；化学稳定性较差；生物稳定性好第一节聚合物驱二、聚合物驱用聚合物*CH2*CHCOONa*CH2*CHCONH2*xy驱油用HPAM具有以下基本特征：（1）高分子量：一般驱油用HPAM的分子量为1千万到几千万；（2）多分散性：HPAM的分子量具有不均一性，是分子量不等的同系聚合物的混合物；（3）几何结构多样化：聚合物的几何结构有线型、支型和体型三种形态；（4）物化性能稳定：HPAM具有稳定的化学性质和特殊的物理性能，以满足驱油的要求。第一节聚合物驱2黄胞胶（XC）（生物聚合物）热稳定性差（71℃）；生物稳定性差（24小时，需加醛类杀菌剂）；剪切稳定性好（支链）。第一节聚合物驱增加水的粘度◎超过一定浓度，聚合物分子互相纠缠形成结构，产生结构粘度。◎聚合物链中的亲水基团在水中溶剂化（水化）。◎若为离子型聚合物，则可在水中解离，形成扩散双电层产生许多带电符号相同的链段（由若干链节组成，是链中能独立运动的最小单位），使聚合物分子在水中形成松散的无规线团，因而有好的增粘能力。三、聚合物对水的稠化能力滞留的两种形式:（l）吸附聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢键等作用力而聚集在岩石孔隙结构表面的现象。（2）捕集聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的聚合物分子的无规线团通过“架桥”而留在孔喉外的现象。四、聚合物在孔隙介质中的滞留第一节聚合物驱1、定义：盐对聚合物溶液粘度产生特殊影响（粘度降低）的效应。2、原因：盐加入后，羧基与钠离子形成的扩散双电层受到盐的压缩作用，使链段的负电性减小，HPAM分子形成紧密的无规线团，因而对水的稠化能力大大减小。最好用清水配注聚合物，且前后注淡水段塞。第一节聚合物驱五、盐敏效应提高了平面的波及系数第一节聚合物驱六、聚合物驱与水驱的对比提高了纵向的波及系数第一节聚合物驱1波及系数与水油流度比的关系定义：水油流度比第一节聚合物驱七、聚合物驱的EOR原理随着MWO的减小，波及系数增大，采收率提高第一节聚合物驱2聚合物降低水油流度比的原因（Ⅰ）I增加水的粘度缠绕+亲水基团的溶剂化+离子型聚合物的解离→稠化增粘→减小了λW→减小了MWO→增大了EV→提高了ER第一节聚合物驱Ⅱ减小孔隙介质对水的渗透率滞留＝吸附和捕集→增大了水的流动阻力→减小水的KrW→提高EV→提高了ER2聚合物降低水油流度比的原因（Ⅱ）第一节聚合物驱通过对水的稠化→增大水的粘度在孔隙中滞留→减小了对水的渗透率降低了水的流度→减小了水油流度比→抑制水沿高渗透层的指进→增大了波及系数→提高了原油采收率3、基本原理第一节聚合物驱前后的段塞主要是防止聚合物的盐敏效应第一节聚合物驱八、聚合物驱段塞图九、一个实例第一节聚合物驱（1）原油：稀油，密度＜0.966,粘度＜150mPa.s;（2）水质:矿化度＜40000mg/L，钙镁离子含量＜500mg/L；最好不含三价的金属离子(最好为清水)；（3）油藏：温度＜93℃（最好＜70℃），深度＜2740m，油田整装，油层较厚，油水井对应关系较好，尚有增产潜力的油藏。第一节聚合物驱十、聚合物驱适用条件聚合物驱小结一、基本概念：聚合物驱；采收率；波及系数；洗油效率；流度；流度比；聚合物的盐敏效应。二、基本原理：①聚合物驱提高采收率的基本原理。②驱油用聚合物及其重要性质与要求。③聚合物驱的适应范围与条件。④聚合物驱的基本段塞。第一节聚合物驱第二节表面活性剂驱第四章油层化学改造1.定义以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油法2.表面活性剂体系稀表面活性剂体系（c2%）活性水胶束溶液浓表面活性剂体系(c2%)水外相微乳油外相微乳中相微乳第二节表面活性剂驱一、概念与分类二活性剂驱用活性剂1、磺酸盐型表面活性剂合成磺酸盐是另一类重要的磺酸盐型表面活性剂。可由相应的烃类（如烷烃、烷基苯、烷基甲苯、烷基二甲苯等）用相应的合成方法制得。烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、-烯烃磺酸盐等属这一类磺酸盐。第二节表面活性剂驱2、羧酸盐型表面活性剂第二节表面活性剂驱3、聚醚型表面活性剂第二节表面活性剂驱4、非离子-阴离子型两性表面活性剂耐盐性能好，耐高价金属离子常用阴离子型及非离子型表面活性剂第二节表面活性剂驱三、活性水驱1定义：以活性水作为驱油剂的驱油法叫活性水驱。活性水：属稀表面活性剂体系，其中的表面活性剂浓度小于临界胶束浓度。第二节表面活性剂驱2活性水驱的EOR原理（1）低界面张力机理表面活性剂在水油界面吸附，可以降低水油界面张力▽降低岩石对原油的粘附力，提高洗油效率▽增大毛管数▽减少亲油油层的毛细管阻力第二节表面活性剂驱（2）润湿反转机理亲水性活性剂→使原来亲油的表面转化为亲水的表面→油对地层表面的润湿角增大→粘附功减小→洗油效率提高第二节表面活性剂驱（3）乳化机理驱油用的表面活性剂的HLB值一般在7～18范围，可形成稳定水包油乳状液。乳化的油在向前移动中不易重新粘附回地层表面，提高了洗油效率。乳化的油在高渗透层产生叠加的Jamin效应，可使水较均匀地在地层推进，提高了波及系数。活性剂→形成O/W乳状液→乳化油移动而不易粘附→洗油效率提高；乳化油在高K地层的Jamin效应→提高了波及系数第二节表面活性剂驱（4）提高表面电荷密度机理阴离子活性剂的吸附提高了表面的电荷密度,增加了油珠与岩石表面的静电斥力,油珠易被带走,提高了洗油效率第二节表面活性剂驱（5）聚并形成油带机理第二节表面活性剂驱活性水中的表面活性剂浓度较低，加上在地层表面的吸附会引起损耗，所以，要使活性水驱要取得良好的效果，就必须使用大段塞大剂量。可用牺牲剂减少表面活性剂的吸附。牺牲剂是指以自己的损耗减少其他药剂损耗的廉价化学剂。可用的牺牲剂有：1)碱性物质；2)多元羧酸及其盐；3)低聚物与高聚物；4)木质素磺酸盐。第二节表面活性剂驱四、胶束溶液驱1、定义：以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱。2、胶束溶液：属稀表面活性剂体系，其中表面活性剂浓度大于临界胶束浓度，但其质量分数不超过2×10-2。第二节表面活性剂驱胶束溶液的配制表面活性剂加入醇（如异丙醇、正丁醇）（或）盐（如氯化钠）醇和盐等助剂的加入是为了调整油相和水相的极性，使表面活性剂的亲油性和亲水性得到充分平衡，从而最大限度地吸附在水油界面上，产生超低界面张力（小于10-2mN·m-1的界面张力），强化了胶束溶液驱油的低界面张力机理。第二节表面活性剂驱3胶束溶液驱的EOR机理具备活性水驱的全部机理胶束存在→增溶机理由于活性剂的浓度较高，而且醇和盐的存在，界面张力可以降到超低，强化了低界面张力机理。第二节表面活性剂驱第二节表面活性剂驱五微乳驱1、微乳分类水外相微乳水外相微乳用水溶性表面活性剂配得溶有油的表面活性剂胶束分散在水中所形成的分散体系油外相微乳油外相微乳用油溶性表面活性剂配得溶有水的表面活性剂胶束分散在油中所形成的分散体系中相微乳第二节表面活性剂驱2、微乳类型的相互转化微乳类型决定于：活性剂的类型、使用温度、油的性质（如烃的碳数）、水中的电解质（种类和浓度）、体系中的助表面活性剂（种类和浓度）第二节表面活性剂驱(1)中相微乳与油的界面张力(σMO)和中相微乳与水的界面张力(σMW)处在相等的最低值。由于毛管阻力取决于最大一个界面张力，所以当σMO=σMW且处于最低值时最好。(2)表面活性剂的滞留量最小。这是由于油水界面张力越低，表面活性剂在界面层堆积越紧密，因而电荷密度越大。由于静电斥力，使表面活性剂在地层中的吸附量减少，在界面张力处于相等的最低值下，将对应着表面活性剂在地层最小的吸附量(滞留量)。处于最佳盐含量下的中相微乳有许多特点：第二节表面活性剂驱(3)增溶参数VO／VS(单位体积表面活性剂增溶油的体积)与VW/VS((单位体积表面活性剂增溶水的体积)达到相等的最大值，因这时表面活性剂对油和水有着最适宜的平衡关系。(4)采收率最高。处于最佳盐含量下的中相微乳有许多特点：中相微乳M驱比油外相微乳驱U、水外相微乳L驱的驱油效果好。第二节表面活性剂驱3、微乳与乳状液的区别、转化微乳：热力学稳定体系，油水间不存在相界面乳状液：热力学不稳定体系，油水间存在相界面第二节表面活性剂驱4、微乳的配制三个主要成分油：原油或它的馏分（如汽油、煤油、柴油）水：淡水或盐水表面活性剂：阴离子型、非离子型和非离子－阴离子型表面活性剂，最好用石油磺酸盐（钠盐或铵盐）第二节表面活性剂驱两个辅助成分助表面活性剂：最好用醇，也可用酚调整水和油的极性，参与形成胶束，增加胶束增溶能力电解质：无机的酸、碱、盐，但最好用盐减小表面活性剂和助表面活性剂极性部分的溶剂化程度，使胶束在更低的表面活性剂浓度下就可形成，可使微乳与油或水产生超低界面张力第二节表面活性剂驱4、微乳的配制5、微乳驱EOR机理微乳驱有胶束溶液驱的全部机理，即(1)低界面张力机理；(2)润湿反转机理；(3)乳化机理；(4)增溶机理；(5)提高表面电荷密度机理；(6)聚并形成油带机理。由于微乳属浓表面活性剂体系，所以微乳驱在增溶机理和提高表面电荷密度机理上比胶束溶液驱更突出。第二节表面活性剂驱5、微乳驱EOR机理（水外相微乳为例）当微乳与油层接触时，由于它是水外相，可与水混溶（均相），而它的胶束可增溶油，所以也可与油混溶（均相），混相微乳驱当微乳进入油层并当油在微乳的胶束中增溶达到饱和，微乳与被驱动油之间产生界面。这时，混相微乳驱就转变为非混相微乳驱当微乳进一步进入油层，被驱动油进一步进入胶束之中，原来的胶束转化为油珠，水外相微乳转化为水包油乳状液。第二节表面活性剂驱5、微乳驱EOR机理（水外相微乳为例）驱油机理复杂，主要是由于水和油进入微乳中，使它产生相应的相变化引起的。微乳与水和油没有界面→无毛细管阻力，提高了波及系数；微乳与油完全互溶→提高了驱油效率。第二节表面活性剂驱6、微乳驱段塞图预冲洗段塞：盐水段塞（除去地层中Ca2+、Mg2+等可交换阳离子），或是牺牲剂段塞减少表面活性剂在地层中的损耗）第二节表面活性剂驱六、泡沫驱1.定义：泡沫驱是以泡沫做驱油剂的驱油法。2.泡沫配制：水：淡水，也可用盐水气：氮气、二氧化碳气、天然气、炼厂气或烟道气起泡剂：主要是表面活性剂如烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯烷基醇醚-15、聚氧乙烯烷基苯酚醚-10、聚氧乙烯烷基醇醚硫酸