采油化学——化学驱与混相驱

第四章化学驱与混相驱第二篇采油化学一、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：改变驱油剂和（或）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）前言三、改造油层的方法热力采油法（热采）蒸汽驱油法（蒸汽驱）油层就地燃烧法（火烧油层）微生物采油法激活油藏本源微生物采油法注入适合微生物的采油法本章主要内容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（耐温93℃）；剪切稳定性较差；化学稳定性较差（氧化降解）；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高温高盐油藏图1疏水缔合聚合物分子结构示意图（R为疏水侧链,碳原子数在12-20间不等）疏水缔合聚合物大分子链上带有少量疏水基团，在水溶液中，此类聚合物的疏水基团由于疏水作用而发生聚集，使大分子链产生分子内和分子间缔合。当聚合物浓度高于某一临界浓度（CMC）后，溶液粘度大幅度升高。疏水缔合聚合物增粘及抗温、抗盐能力强；抗剪切能力强。疏水缔合聚合物（HydrophobicallyModified）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（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四、聚合物溶液的粘弹性聚合物溶液的弹性是由拉伸作用下聚合物分子采取伸直的构象，而在拉伸作用消失后聚合物分子采取较蜷曲的构象所引起的。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。五、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。第一节聚合物驱六、盐敏效应提高了平面的波及系数第一节聚合物驱七、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八、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→提高了原油采收率第一节聚合物驱3.聚合物溶液粘弹性驱油机理当聚合物溶液经过孔吼结构受拉伸作用时，溶液中的聚合物分子采取较伸直的构象，但当它离开孔吼结构时，溶液中聚合物分子则采取较蜷曲的构象，从而使溶液向流动方向的法线膨胀，显示出弹性，驱出水驱不能驱出的砂粒间的剩余油，达到提高聚合物溶液洗油效率的目的。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聚合物配注工艺目前使用的聚合物地面配注工艺系统为集中配制、分散注入工艺。清水清水罐熟化罐熟化罐熟化罐熟化罐熟化罐熟化罐熟化罐熟化罐搅拌机清水泵分散装置加料斗分散装置加料斗分散装置加料斗分散装置加料斗分散装置加料斗外输泵4#站喂入泵5#站喂入泵5#站喂入泵5#站去6#站流量计去4#站外输泵4#站外输泵4#站外输泵6#站外输泵6#站外输泵6#站干粉库房注聚泵注聚泵注聚泵增压泵高压污水高压污水单向阀电磁流量计混合器电子水表注聚井过滤器聚合物驱地面流程孤东油田七区中注聚工艺流程示意图聚合物熟化罐聚合物溶液注入设备聚合物驱小结一、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。③聚合物驱的基本段塞。第一节聚合物驱1、表面活性剂加入少量就能降低溶液的表面张力的物质。它具有润湿、乳化、起泡和洗涤等作用。基本概念洗洁精脂肪醇聚氧乙烯醚烷基苯磺酸钠2、表面张力引起液体表面自动收缩的单位长度上的力。单位为：mN/m或N/m。2005年度科学幻想摄影奖作品爱因斯坦年奖(EinsteinYearAward):第1名“表面张力”(Surfacetension);作者:罗伯特·安德森(RobertAnderson)3、临界胶束浓度当表面活性剂在溶液中超过一定浓度时，会从单个的离子或分子缔合成为胶态聚集物，也就是胶束。此时溶液性质发生突变，溶液形成胶束时的浓度称为临界胶束浓度。4、表面活性剂的亲水亲油平衡值HLB值（Hydrophile－LipophileBalance）：表面活性剂分子中亲水基的强度与亲油基的强度之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称HLB值。通常将亲油性强的油酸的HLB值规定为1，而将亲水性强的油酸钠的HLB值规定为18。以这两个值为标准，就可以相对的确定每种表面活性剂的HLB值。HLB值越大，亲水性越强。润湿性：表面被流体润湿（铺展）的情况。分类：亲水性、亲油性、两性润湿接触角：沿气液固三相交点对液滴表面所作切线与液固界面所夹的角，通常用q表示若q90°，说明液体对固体润湿性不好，如汞在玻璃表面；若q90°，液体对固体润湿性好，如水在洁净的玻璃表面。若q0°，液体对固体完全润湿。若q180°，液体对固体完全不润湿。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5、孪连表面活性剂表面活性高，有协同效应RR（R为联接基团）6、生物表面活性剂环境友好三、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，提高洗油效率第二节表面活性剂驱表面活性剂可以使降低（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）（2113112RRPP1122RPP2322RPP图2-35液滴或气泡在孔道窄口处遇阻变形示意图贾敏效应：当液滴或气泡在通过狭窄的孔隙喉道时，由于发生变形，流体流动产生附加阻力的现象。曲界面两侧的压力差（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。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）和（或）盐（如氯化钠）第二节表面活性剂驱水溶性的醇可减小水的极性，油溶性的醇可增加油的极性。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。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胶束五微乳驱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表面活性剂的亲油性增加，从水相转移到油相水、表面活性剂助表面活性剂：异丁醇和盐（NaCl、KCl等）油相:正辛烷高价阳离子如Ba2+