24678第九章化學(xué)驅(qū)油135

緒論提高采收率基本原理 聚合物驅(qū) 表面活性劑驅(qū)堿驅(qū) 三元復(fù)合驅(qū)化學(xué)驅(qū)用驅(qū)油劑新進(jìn)展國內(nèi)外化學(xué)驅(qū)油技術(shù)發(fā)展趨勢

石油作為一種非再生的化石能源，其采收率不僅是石油工業(yè)界，而且是整個工業(yè)界最為關(guān)心的問題。世界范圍內(nèi)石油采收率約為10%---60%世界各國的油藏工程師一直致力于最大限度地提高油藏的最終采收率

石油采用常規(guī)方法開采,大約有三分之二的儲量留在地下。由于迅速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)對石油能源的需求不斷增長,提高已開發(fā)油田的采收率,在未來一段時間內(nèi),仍是油田生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。第一節(jié)緒論在緒論部分，首先介紹一次采油、二次采油、三次采油和提高采收率(EOR)的概念，其次對EOR的分類方法、提高采收率現(xiàn)狀、國內(nèi)主要提高采收率技術(shù)及提高采收率發(fā)展方向作一概述。概念一次采油（primaryrecovery）

是指利用油藏天然能量而進(jìn)行的采油。它以不注入任何流體為特征，只需要為原油流到地面提供流動通道即可。 一次采油可利用的天然能量有油層的彈性能量、水的位能和溶解氣析出的容積能等。

當(dāng)天然能量耗盡時，油層中的油便失去流動能力，這時的采收率一般小于20%。直到一百多年前，從一口生產(chǎn)井的封隔器漏失事故中，人們才發(fā)現(xiàn)注水采油方法。概念二次采油（secondaryrecovery）

是指一次采油后，向油層注水（或氣）提高油層壓力而進(jìn)行的采油。開始注水只是為了延緩或防止油層壓力下降，這樣可以維持較高的采油量和較長的生產(chǎn)時間。后來又認(rèn)識到，注水除了能維持油層壓力外，還能從巖石孔隙中驅(qū)替出部分原油，并將其驅(qū)入生產(chǎn)井。隨著注水時間的延長，油井含水不斷升高，當(dāng)油井產(chǎn)水率達(dá)到95---98%時，繼續(xù)注水是不經(jīng)濟(jì)的，這時將被迫停止注水，這時的采收率一般小于40%。概念三次采油（tertiaryrecovery)

針對二次采油未能采出的殘余油和剩余油，采用向油層注入化學(xué)物質(zhì)或引入其它能量或微生物開采原油的方法稱為三次采油。

但是，對于一些特殊油藏不宜注水開采，另外，一些注水開發(fā)油藏，從提高采收率考慮，在注水中期便開始改注其它化學(xué)藥劑，因此，人們一般采用提高采收率或強(qiáng)化采油（EOR）這一專有名詞。概念提高原油采收率或強(qiáng)化采油(enhancedoilrecovery)提高采收率方法又稱為強(qiáng)化采油方法，通常簡稱為EOR方法。它是指除天然能量采油以外的任何采油方法，包括采收率超過一次采油的二次采油和三次采油,不管它使用在那個采油期，也不管它使用何種方法。特點：注入的流體改變了油藏巖石和流體性質(zhì)，提高了油藏的最終采收率．第一節(jié)續(xù)論

分類

EOR的方法有很多種，不同人從不同角度出發(fā)有不同的分類方法，概括起來主要有兩種分類方法：

A：按注入工作劑種類來分

化學(xué)驅(qū)；氣體混相驅(qū)；熱力采油；微生物采油。

B：按提高采收率機(jī)理來分

流度控制類；提高洗油效率類；降低原油粘度類。

A：按注入工作劑種類來分化學(xué)驅(qū)微生物采油微生物驅(qū)微生物調(diào)剖微生物降解稠微生物清防蠟油

B、按提高采收率機(jī)理來分國內(nèi)外現(xiàn)狀國際石油工業(yè)基本形勢EOR技術(shù)以美國發(fā)展最快，這與美國對石油的需求量大，而近幾十年新發(fā)現(xiàn)的油田越來越少有關(guān)。

前蘇聯(lián)在20世紀(jì)60年代前，注水開發(fā)處于有效期，直到80年代才開始重視EOR的研究，進(jìn)入90年代，依靠各種EOR技術(shù)日增產(chǎn)原油大約1.8萬桶。國內(nèi)外現(xiàn)狀中國石油工業(yè)基本形勢

我國是一個油氣資源十分豐富、勘探領(lǐng)域非常廣闊的國家，各類沉積盆地超過500個，沉積巖分布面積達(dá)670萬km2。

從50年代初到目前，先后探明油田502個，累計探明石油地質(zhì)儲量212.89×108t；投入開發(fā)的油田有361個。目前我國陸上共建成20個油氣勘探開發(fā)基地，即：大慶、吉林、遼河、大港、冀東、華北、勝利、中原、河南、江蘇、江漢、新疆、青海、玉門、長慶、四川、滇黔桂、塔里木、吐哈以及延長油礦；海上建成渤海、南海東部和南海西部3個基地。

基于中國剩余可采儲量，對于21世紀(jì)的石油年產(chǎn)量有幾種估計。若按2001年年產(chǎn)量1.7×108t計算，2005年年產(chǎn)量為1.9×108t，隨后，達(dá)到2×108t的峰值，穩(wěn)產(chǎn)一段時間之后緩慢遞減。若按最終可采儲量160×108t計算，至2005年尚有剩余可采儲量約120×108t，若繼續(xù)按年產(chǎn)2×108t計算，可持續(xù)生產(chǎn)58年，至2063年。

實際上，隨著時間的推移，勘探開發(fā)工作的深入，技術(shù)的進(jìn)步，采收率的提高，認(rèn)識的深化，最終可采儲量數(shù)必定會大幅度增長。第二節(jié)提高采收率基本原理一、基本概念1、剩余油：由于注入流體波及系數(shù)低，注入流體尚未波及到區(qū)域內(nèi)的原油。其特點是宏觀上連續(xù)分布。2、殘余油：在注入流體波及區(qū)域內(nèi)或孔道內(nèi)已掃過區(qū)域內(nèi)殘留的、未被流體驅(qū)走的原油。其特點是宏觀上不連續(xù)分布。Evh3、波及系數(shù)：被驅(qū)替流體驅(qū)掃過的油藏體積占原始油藏體積的百分?jǐn)?shù)。Ev=AS×hs

A×h驅(qū)油波及系數(shù)AS流體波及面積hs流體波及厚度A油層面積油層厚度

4、洗油效率：驅(qū)替流體波及范圍內(nèi)驅(qū)走的原油體積與驅(qū)替流體波及范圍內(nèi)總含油體積之比。Ed=AShsSoi?AShsSor

AshsSoiEd洗油效率

Sor殘余油飽和度Soi原始含油飽和度Ed=1?Sor

Soir)×))5、采收率：采出原油的儲量與總地質(zhì)儲量之比。Er=Nr

NEr—采收率Nr—采出原油儲量N—原始地質(zhì)儲量N=Ashsφ(Soi?SorN=AhφSoiEr=Ashsφ(Soi?Sor

AhφSoi=Ashs(Soi?Sor

AhSoiEr=EvEd=波及系數(shù)×洗油效率A、h----油層原始面積和厚度，As、hs----水波及油層面積和厚度；Soi、Sor------原始含油飽和度和剩余油飽和度；

φ—油層的孔隙度；第二節(jié)提高采收率基本原理二、影響采收率的因素1、概念（1）油水前緣：分隔油區(qū)與油水兩相區(qū)的界面稱為油水前緣。（2）活塞式前緣推進(jìn)：是指排驅(qū)介質(zhì)一次性地排驅(qū)它接觸到的油，在前緣后方不存在可流動的油。前緣后方飽和度為0叫完全排驅(qū)；不為0叫不完全排驅(qū)。前緣前緣（3）非活塞式前緣推進(jìn)：油水前緣像一個帶孔眼的篩網(wǎng)，當(dāng)它推進(jìn)時，只能排驅(qū)部分油。

（4）粘性指進(jìn)：在排驅(qū)過程中，排驅(qū)前緣不規(guī)則地呈指狀穿入油區(qū)的現(xiàn)象。

生產(chǎn)井油水油水油 油

注入井

K2>K3>K1（5）舌進(jìn)：油水前緣沿高滲透層凸進(jìn)的現(xiàn)象。

（6）流度：一種流體通過孔隙介質(zhì)能力的量度。在數(shù)值上等于流體的有效滲透率除以粘度，以λ表示。λ=

kμ（7）流度比：驅(qū)油時驅(qū)動液流度與被驅(qū)動液流度的比值，常以M表示。以水驅(qū)油為例：M=λw

λo=kw

koμwμo

2、影響采收率的因素（1）油層的非均質(zhì)性：油層越不均質(zhì)，采收率越低。有兩種不均質(zhì)性：宏觀不均質(zhì)、微觀不均質(zhì)。

A、宏觀不均質(zhì)：一般用滲透率變異系數(shù)來表示:Vk=K0.5?K0.84

K0.5Vk---滲透率變異系數(shù)K0.84---分析巖心頻率累積為0.84時對應(yīng)的絕對滲透率值K0.5----分析巖心頻率累積為0.5時對應(yīng)的絕對滲透率值

滲透率變異系數(shù)越小越均勻，對于均質(zhì)地層Vk為零

B、微觀不均質(zhì)：微觀不均質(zhì)用孔喉大小分布曲線、孔喉比、孔喉配位數(shù)和孔喉表面粗糙度等表示。a:孔喉大小分布曲線

峰值對應(yīng)的半徑為出現(xiàn)頻率最高的孔喉半徑，峰值越高表示孔喉大小越均勻。b:孔喉比：指孔隙半徑與喉道半徑之比?？缀肀却蟮目缀斫Y(jié)構(gòu)易產(chǎn)生jamin效應(yīng)。C：孔喉配位數(shù)：是指一個孔隙相連的喉道數(shù)。數(shù)值越大，油越易分散，jamin效應(yīng)越嚴(yán)重。

d：孔喉表面粗糙度：是指孔喉真實面積與表觀面積之比。粗糙度越大，潤濕滯后越嚴(yán)重。θ（2）地層表面的潤濕性：

地層表面的潤濕性可分為：水濕、油濕和中性潤濕。σos=σws+σowcosθσowσos?σws=σowcosθσosσws附著功W=σws+σow?σos=σow(1?cosθ)

附著功表示水從固體表面排開油滴需做的功，當(dāng)σow一定時，親水表面附著功小于σow,隨親水性的增加，附著功減少。在強(qiáng)親水條件下，附著功為零，水完全自發(fā)地將油排開，不需要做功。在親油條件下，情況正好相反。因此，對于親水油層，體系將自發(fā)增加水固界面，減少油固界面，水自發(fā)地將油排開，提高了洗油效率，原油采收率高。（3）流度比：水油流度比越小，采收率越高。

要減小水油流度比，可以通過減小水相滲透率和油的粘度、增加油相滲透率和水相的粘度來實現(xiàn)。這些途徑發(fā)展為熱力采油法和聚合物驅(qū)采油法。（4）毛管數(shù)對采收率的影響Nc=μ

dσV

N

μV

σ

cd毛管數(shù) 驅(qū)動流體的粘度 驅(qū)動速度界面張力增加毛管數(shù)將顯著地提高原油采收率，理想狀態(tài)下毛管數(shù)增加至10-2時，原油采收率可達(dá)到100%。注水開發(fā)后期，毛管數(shù)一般在10-6-10-7這個范圍內(nèi)。毛管數(shù)毛管數(shù)越大采收率越高低界面張力與毛管數(shù)增加毛管數(shù)將顯著地提高原油采收率，理想狀態(tài)下毛管數(shù)增加至10-2時，原油采收率可達(dá)到100%。注水開發(fā)后期，毛管數(shù)一般在10-6-10-7這個范圍內(nèi)。殘余油飽和度（PV%）毛管數(shù)與殘余油飽和度關(guān)系曲線從毛管數(shù)的定義可知，要增大毛管數(shù)，有如下途徑：a：降低油水界面張力，通過降低油水界面張力，可使毛管數(shù)有3-4個數(shù)量級的變化。因此提出表面活性劑驅(qū)和混相驅(qū)的采油方法。b：增加驅(qū)替相粘度（這也是提出聚合物驅(qū)的依據(jù)）C：提高驅(qū)替速度（但有一定的限度）（5）布井方式

不同布井方式有不同波及系數(shù)。在布井方式相同時，井距越小，波及系數(shù)越大，因此采收率越高。第三節(jié)聚合物驅(qū)聚合物驅(qū)油(PolymerFloodingMobility-ControlProcesses)

指通過在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物，增加水相粘度和降低水相滲透率，改善流度比，提高原采收率的方法。（又稱為改性水驅(qū)ModifieldWaterFlooding)聚合物驅(qū)的主要目的?增加排驅(qū)介質(zhì)的粘度，?降低水相流度，?改善流度比，?提高波及效率，從而提高采收率。聚合物驅(qū)已進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用,提高采收率5-10%OOIP，每噸聚合物增油150噸左右。水驅(qū)過程示意圖排驅(qū)前緣不穩(wěn)定，波及系數(shù)低。聚合物驅(qū)過程示意圖排驅(qū)前緣平緩穩(wěn)定，波及效率高。一、聚合物及其水溶液的性質(zhì)1、驅(qū)油用聚合物聚合物(Polymers)是由大量的簡單分子(單體)聚合而成的天然或合成物質(zhì)。（1）部分水解聚丙烯酰胺（PartiallyHydrolyzedPolyacrylamide）HPAMn（1）部分水解聚丙烯酰胺（PartiallyHydrolyzedPolyacrylamide）HPAM

單體結(jié)構(gòu)及聚合nCH3-CH2

C=O

NH2

丙烯酰胺(AM)單體引發(fā)劑

CH2-CH

C=O

NH2聚丙烯酰胺(PAM)聚合物n：表示聚合度

PAM+yNaOHHPAM〔CH2-CH〕n〔CH2-CH〕X〔CH2-CH〕Y+yNH3

C=ONH2

C=ONH2

C=OONa酰胺基羧基x、y：分別表示x摩爾酰胺基和y摩爾羧基，x+y=n

3????→?2CuAl,聚丙烯酰胺的合成a.丙烯晴的合成420-450°CCH2=CH—CH3+NH3+O2?磷銅酸亞鐵鉍CH2=CH—CN+3H2Ob.丙烯酰胺的合成（骨架銅催化水合法）CH2=CH—CN+H2O???→CH2=CHCONH2y(COOHCONH2

c.丙烯酸的合成d.聚合XCH2CH+YCH2CH(CH2CH)xCH2CH)CONH2COOH不同形態(tài)的聚丙烯酰胺產(chǎn)品應(yīng)用性能對比

產(chǎn)品形式水溶液聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺干粉

優(yōu)點產(chǎn)品支化及交聯(lián)產(chǎn)物少，注入性能好；不需溶解，可直接應(yīng)用，減少了地面溶解設(shè)備的投資，價格低分子量高，有效物含量高，運輸、儲存容易，保質(zhì)期長

缺點運輸困難，費用高，不易長期貯存，大氣環(huán)境下保質(zhì)期短，分子量較低，有效物含量低溶解困難，地面溶解設(shè)備投資較大，價格較高

應(yīng)用場合原地或就近馬上應(yīng)用應(yīng)用廣泛分子量高，易溶乳液聚丙烯酰胺解、不需溶解設(shè)備，保質(zhì)期較長(6~9個月)運輸較困難，費用 應(yīng)用較廣高，價格高

（2）黃胞膠－天然高分子化合物（Xanthan)（2）黃胞膠－天然高分子化合物（Xanthan)

是由淀粉經(jīng)黃單孢桿菌發(fā)酵而成的多糖，呈雙螺旋和多重螺旋結(jié)構(gòu)，類似棒狀的剛性結(jié)構(gòu)。又稱黃原膠。黃胞膠每個鏈節(jié)上有長的側(cè)鏈，對分子卷曲有阻礙作用，故主鏈采取較伸展的構(gòu)象，從而使黃胞膠有許多特性。特點：耐鹽抗剪切但易于生物降解價格高，應(yīng)用較少（3)改性聚合物—提高耐溫耐鹽性（3)改性聚合物—提高耐溫耐鹽性?新型締合聚合物（NovelAssociativePolymers,NAPs)：通過疏水締合作用，產(chǎn)生締合結(jié)構(gòu)，提高耐鹽耐溫性能。?大分子表面活性劑（HighMolecularSurfactant）兼有流度控制能力和驅(qū)油作用。?抗鹽聚合物（Anti-SaltPolymers）：引入耐鹽性官能團(tuán)，使大分子材料具有抗鹽作用。2.聚合物的溶解

聚合物的溶解通常有三個過程，即：分散膨脹

溶解溶脹過程：溶劑分子(水)滲入到大分子線團(tuán)中，使大分子體積脹大的過程。溶脹小分子溶劑向大分子滲入溶解小分子向大分子內(nèi)部擴(kuò)散，大分子向小分子內(nèi)部擴(kuò)散3、聚合物溶液性質(zhì)

聚合物屬高分子材料，特別是HPAM具有良好的水溶性和分子柔曲性，與簡單小分子相比，HPAM高粘性和粘彈性，從而表現(xiàn)出特殊流變性。HPAM是一聚電解質(zhì)，即帶負(fù)電的陰離子如—COO-Na+，形成溶劑化層，分子體積變大，形成溶劑化層的大分子線團(tuán)（流體力學(xué)等價球），均勻地分布于溶劑中，構(gòu)成了聚合物溶液。(1)聚合物溶液的粘度μp=τ

.γ

聚合物溶液表觀粘度μp：是流體層間內(nèi)摩擦力的量度。單位：毫帕·秒(mPa.s)。 使用Brookfield粘度計或RV流變儀測量，一般驅(qū)油用聚合物溶液粘度在幾十mPa.s范圍。

η?ηsC→0CηC→0C→0lnηr

(2)聚合物溶液的特性粘數(shù)用特性粘數(shù)[η]表示聚合物分子對溶液粘度的貢獻(xiàn)。[η]=lims=limηR或[η]=limlnη

Cηs=lim

C→0Cη—在非常低的濃度下測定的聚合物溶液的粘度，mPa.s;ηs—溶劑粘度C—聚合物溶液的濃度ηR—對比粘度，dl/g(濃度的倒數(shù));ηr—相對粘度，ηr=η/ηs,無因次。

聚合物特性粘數(shù)[η]，dl/g，表示單位聚合物分子在溶液中所占流體力學(xué)體積的相對大小，是度量聚合物尺寸的重要參數(shù).分子量低溶解好

二、聚合物溶液的驅(qū)油機(jī)理１、吸附作用聚合物大分子在孔隙介質(zhì)的孔隙表面由于氫鍵、靜電力的作用和介質(zhì)表面結(jié)合在一起而喪失流動能力的現(xiàn)象，稱為吸附。聚合物在油層孔隙介質(zhì)中的流動引起的動態(tài)吸附不僅與聚合物分子、巖石表面性質(zhì)及溫度有關(guān)，還與孔隙結(jié)構(gòu)、地層水性質(zhì)、殘余油及驅(qū)替速度有關(guān)。聚合物在孔隙介質(zhì)內(nèi)的吸附結(jié)果使驅(qū)替相滲透率下降從而使水油流度比降低。

二、聚合物溶液的驅(qū)油機(jī)理

２、捕集作用

機(jī)械捕集： 大分子在孔喉處受阻，聚合物分子便開始纏結(jié)，有效直徑變大，大分子被沖出孔隙空間的機(jī)會就大為減少，最終留在孔隙空間，其結(jié)果使驅(qū)替相的流通能力下降，而對油等被驅(qū)替相的流通影響不大。 水力學(xué)捕集： 當(dāng)聚合物在正向驅(qū)替壓力作用下，在空穴處被截留使滯留區(qū)的滲透率下降。而當(dāng)流動方向改變，流速降低時，由于沒有水動力拖拽，捕集分子伸展或分散于孔隙空間發(fā)生大分子運移，此時流出液濃度可以高出進(jìn)口濃度。

二、聚合物溶液的驅(qū)油機(jī)理３、流體粘彈效應(yīng)改善流度比

聚合物溶液流經(jīng)孔隙介質(zhì)時，在低流速下，大分 子有充分時間響應(yīng)拉伸應(yīng)力帶來的形變以及形變恢復(fù)， 即聚合物松弛時間小于過程時間，此時粘滯力占主要地 位，流體表現(xiàn)為粘滯性流體。當(dāng)提高流速，過程時間變 短，松弛時間大于或相當(dāng)于過程時間，則表現(xiàn)為彈性， 由于流體的彈性表現(xiàn)為粘彈壓力降，增大流動阻力，亦 即增大驅(qū)替相在孔隙中流動阻力。 驅(qū)替相流動阻力就有兩方面構(gòu)成，即由于聚合物溶 液的粘性產(chǎn)生的粘滯阻力和彈性產(chǎn)生的彈性阻力。其效 果相當(dāng)于提高驅(qū)替相粘度的作用。超過某臨界流速后，最終效果是使驅(qū)替相流動度下降。第四節(jié)表面活性劑驅(qū)

驅(qū)油用的表面活性劑體系有稀表面活性劑體系和濃表面活性劑體系。前者包括活性水和膠束溶液；后者包括水外相微乳和中相微乳(總稱為微乳)。故表面活性劑驅(qū)油大體有三種方法：活性水驅(qū)膠束溶液驅(qū)微乳液驅(qū)一、活性水驅(qū)油活性水驅(qū)是以表面活性劑濃度小于CMC的表面活性劑水溶液作驅(qū)動介質(zhì)的驅(qū)油方法。

所用表面活性劑：陰離子型表面活性劑（如烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽等）、非離子型表面活性劑?；钚运?qū)提高采收率的機(jī)理1、降低油水界面張力機(jī)理表面活性劑在油水界面吸附，可以降低油水界面張力。界面張力的降低意味著粘附功的減小，即油易從地層表面洗下來，提高了洗油效率。提高洗油效率一般通過增加毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)實現(xiàn)，而降低油水界面張力則是增加毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)的主要途徑。毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)與界面張力的關(guān)系見式:Nc=υμw/δwo式中：Nc——毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)；υ——驅(qū)替速度，m/s；μw——驅(qū)替液粘度，mPa·s；

δwo——油和驅(qū)替液間的界面張力，mN/m。Nc越大，殘余油飽和度越小，驅(qū)油效率越高;增加μw和υ，降低δwo可提高Nc。2、潤濕反轉(zhuǎn)機(jī)理

一般驅(qū)油用表面活性劑的親水性均大于親油性，在地層表面吸附，可使親油的地層表面反轉(zhuǎn)為親水，增加了油對巖石表面的潤濕角，減小了粘附功，也即提高了洗油效率。3、乳化機(jī)理

驅(qū)油用的表面活性劑的HLB值一般在7—18范圍，在油水界面上的吸附，可穩(wěn)定水包油（O/W）乳狀液。乳化的油在向前移動中不易重新粘附潤濕回地層表面，提高了洗油效率。此外，乳化的油在高滲透層產(chǎn)生疊加的Jamin效應(yīng)，可使水較均勻地在地層推進(jìn)，提高了波及系數(shù)。4、提高表面電荷密度機(jī)理

當(dāng)驅(qū)油表面活性劑為陰離子型表面活性劑時，它在油珠和地層表面上吸附，可提高表面的電荷密度，增加油珠與地層表面的靜電斥力，使油珠易被驅(qū)動界質(zhì)帶走，提高了洗油效率。5、聚并形成油帶機(jī)理

若從地層表面洗下來的油越來越多，則它們在向前移動時可發(fā)生相互碰撞。當(dāng)碰撞的能量能克服它們之間的靜電斥力時，就可聚并并形成油帶。油帶向前移動又不斷聚并前進(jìn)方向的油珠，使油帶不斷擴(kuò)大，最后從生產(chǎn)井采出。６、改變原油的流變性機(jī)理

原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟類高分子化合物易形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在原油流動時這種結(jié)構(gòu)部分破壞，破壞程度與流動速度有關(guān)。當(dāng)原油靜止時，恢復(fù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。重新流動時，粘度就很大。原油的這種非牛頓性質(zhì)直接影響驅(qū)油效率和波及系數(shù)，使原油的采收率很低。

表面活性劑水溶液驅(qū)油時，一部分表面活性劑溶入油中，吸附在瀝青質(zhì)點上，可以增強(qiáng)其溶劑化外殼的牢固性，減弱瀝青質(zhì)點間的相互作用，削弱原油中大分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而降低原油的極限動剪切應(yīng)力，提高采收率。二、膠束溶液驅(qū)

表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度（CMC），但質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2％的表面活性劑水溶液作為驅(qū)動介質(zhì)的驅(qū)油方法。在一定條件下，膠束溶液與油之間可產(chǎn)生10-3mN／m的超低界面張力。它是介于活性水驅(qū)和微乳液驅(qū)之間的表面活性劑驅(qū)。

如果油水界面張力降低到10-3mN／m數(shù)量級，就可使Nc的數(shù)量級增至10-2,Nc在10-2數(shù)量級時，幾乎可將殘余油全部采出。但是并非所有的膠束溶液都能與油產(chǎn)生超低界面張力，它必須具備一些條件，下面簡單介紹這方面的規(guī)律。

(1)表面活性劑水溶液中必須加入一定濃度的鹽才能產(chǎn)生超低界面張力。一般使用的是NaCl，它價廉易得，且效果好。

(2)表面活性劑水溶液中要含有一定濃度的醇，它通過減少水的極性或增加油的極性來改變表面活性劑的親油親水平衡值，從而達(dá)到超低界面張力。

另外，產(chǎn)生超低界面張力的濃度范圍是很窄的。因而，即使在地面上配成了具有超低界面張力性質(zhì)的溶液，注入地層后，由于地層水的侵入和表面活性劑的滯留等因素的影響，很容易超出低界面張力區(qū)，所以膠束溶液驅(qū)需要很大的段塞。

為了解決這個問題，一個辦法用多鹽體系代替單鹽體系，或用多表面活性劑體系代替單一活性劑體系，這樣可加寬超低界面張力區(qū)的范圍。另一個辦法就是用預(yù)沖洗液沖洗地層，減小或消除二價金屬陽離子，減少表面活性劑的損失。膠束溶液驅(qū)機(jī)理：

與活性水相比，膠束溶液有兩個特點：一是表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度，因此溶液中有膠束存在。另一個是膠束溶液中除表面活性劑之外，還有醇和鹽等助劑存在。膠束溶液驅(qū)具有活性水驅(qū)全部的作用機(jī)理。

因膠束溶液可增溶油，提高了膠束溶液的洗油效率。此外，醇和鹽等助劑的加入，調(diào)整了油相和水相的極性，使表面活性劑的親油親水性得到充分平衡，從而最大限度地吸附在油水界面上，產(chǎn)生超低界面張力，強(qiáng)化了膠束溶液驅(qū)油的低界面張力機(jī)理。三、微乳液驅(qū)指表面活性劑濃度大于2％，水含量大于10%的體系。由水、油、表面活性劑、助表面活性劑（如醇）和鹽等組成。它有兩種基本類型和一種過渡類型，即水外相微乳液（又稱為下相微乳液或Ⅱ（-）微乳液)，油外相微乳液（又稱為上相微乳液或Ⅱ（+）微乳液)和過渡相微乳液(又稱為中相微乳液(或Ⅲ型微乳液）。微乳類型的相互轉(zhuǎn)化微乳液驅(qū)油機(jī)理微乳液驅(qū)有膠束溶液驅(qū)的全部機(jī)理，即：低界面張力機(jī)理潤濕反轉(zhuǎn)機(jī)理乳化機(jī)理增溶機(jī)理提高表面電荷密度機(jī)理聚并形成油帶機(jī)理四、溶劑油驅(qū)溶性油驅(qū)是表面活性劑含量大于2w%，水含量小于10w%的表面活性劑驅(qū)。

盡管表面活性劑溶液驅(qū)能夠提高洗油效率，但它提高波及系數(shù)的幅度很小，因為在注入地層后，容易發(fā)生竄流。所以在進(jìn)行礦場試驗時，通常表面活性劑溶液并不是單獨使用的，而是在注入表面活性劑溶液段塞后，緊接著注入聚合物段塞，以提高波及系數(shù)。所以也常叫表面活性劑-聚合物驅(qū)或表面活性劑/聚合物驅(qū)（MP）。

五、泡沫驅(qū)

泡沫驅(qū)是以泡沫驅(qū)作驅(qū)油劑的一種提高原油采收率的方法，主要成分是水、氣和起泡劑。 配制泡沫的水可用淡水，也可用鹽水。配制泡沫的氣體可用氮氣、二氧化碳?xì)?、天然氣、煉廠氣或煙道氣。配制泡沫用的氣泡劑，主要是表面活性劑如烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、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酯鹽、聚氧乙烯烷基醇醚羧酸鹽等。在起泡劑中還可加入適量的聚合物提高水的粘度，從而提高泡沫的穩(wěn)定性。

驅(qū)油機(jī)理：

(1)通過Jamin效應(yīng)的疊加，提高驅(qū)動介質(zhì)的波及系數(shù)。 (2)驅(qū)油泡沫中的氣泡，可依孔道的形狀而變形，能有效地將波及到孔隙中的油驅(qū)出，提高洗油效率。六、表面活性劑溶液驅(qū)油的油層條件

表面活性劑溶液驅(qū)油對油層條件有以下一些要求。 (1)巖石必須是砂巖。如果是泥質(zhì)含量較高的巖石，就會增加表面活性劑在巖石中的吸附量，這不僅影響驅(qū)油效率，而且會使成本大大增加。

(2)原油密度要小于0．9042g／cm3，原油粘度小于30mPa·s。如果地層油的粘度過高,波及系數(shù)就會大幅度下降，整體的驅(qū)油效果也不會提高。

(3)地層溫度不能太高，一般低于120℃。因為溫度升高會增加表面活性劑與巖石的相互作用，使表面活性劑的吸附量增加。

(4)地層水的礦化度應(yīng)盡可能地低。地層水中含有大量的二價金屬離子，這些離子與表面活性劑接觸后產(chǎn)生大量的絡(luò)合物，這樣不僅降低表面活性劑的利用率，而且會產(chǎn)生沉淀，堵塞地層，增大表面活性劑的吸附量。同時，地層水的礦化度過高，還會影響表面活性劑產(chǎn)生低界面張力的最優(yōu)含鹽度。

(5)地層滲透率高于20×10-3um2，而且不含裂縫。滲透率低的地層巖石，其孔隙比較小，這使得表面活性劑的吸附量就會增大許多，而且吸附的表面活性劑會明顯降低巖石的滲透率。對于含有裂縫的油層，注入的表面活性劑會沿著裂縫竄流，降低波及系數(shù)，這不但達(dá)不到表面活性劑驅(qū)的目的，而且造成了表面活性劑的浪費。七、化學(xué)驅(qū)用表面活性劑應(yīng)具備的條件在油水界面上的表面活性高，使油/水界面張力降至(0.01~0.001)×10-5N/m以下，具有適宜的溶解度、濁點、pH值，降低巖層對原油的吸附性；①巖石表面上的被吸附量要??；②在地層介質(zhì)中應(yīng)有較大的擴(kuò)散速度；③當(dāng)在水中濃度較低時，應(yīng)有較強(qiáng)的驅(qū)油能力；④能阻止其它化學(xué)劑副反應(yīng)的發(fā)生，即所謂的“阻化性質(zhì)”；⑤注水用表面活性劑應(yīng)考慮到它與地層礦物組分、地層水注入水成分、地層溫度以及油藏的枯竭程度等相互關(guān)系；⑥具有抗地層高溫、高鹽濃度的能力；⑦具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，投入產(chǎn)出比具備優(yōu)勢。目前化學(xué)驅(qū)中所用表面活性劑的種類以陰離子型最多，其次是非離子型和兩性離子型，應(yīng)用最少的是陽離子型。八、化學(xué)驅(qū)用表面活性劑的研究趨向1普通表面活性劑采油性能的強(qiáng)化2表面活性劑的復(fù)配混合3選擇合適的助表面活性劑和其它助劑4新型多功能表面活性劑的開發(fā)和選用5提高抗鹽能力6增強(qiáng)耐溫性能7降低成本8特種表面活性劑的研究(1)氟表面活性劑(2)生物表面活性劑(3)孿生表面活性劑第五節(jié)堿驅(qū)概念是指以堿溶液NaOH、Na2CO3和Na3SiO3作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法。應(yīng)用情況

堿驅(qū)是一種提出最早(1917年)，試驗最早(1930年)，化學(xué)劑最便宜，操作最簡單，但驅(qū)油機(jī)理最復(fù)雜，限制也多，因此礦場試驗的規(guī)模和范圍遠(yuǎn)小于聚合物驅(qū)的一種提高采收率方法。一、堿驅(qū)用堿除一般具備堿結(jié)構(gòu)的物質(zhì)(如NaOH、KOH、NH4OH)外，還包括鹽(如Na2C03、Na2Si03等)。

堿法造紙廢液一黑液中的主要成分是堿木素，它可在水中水解產(chǎn)生OH-，因此也是一種潛在堿。二、堿水驅(qū)油機(jī)理1、低界面張力(LIFT)機(jī)理

在水中加入堿后，它可離解出OH-，當(dāng)堿水與原油中的有機(jī)酸混合時，則會生成表面活性劑并集中在油水界面上，降低油水界面張力。

原油的酸值是確定原油特性是否適于堿水驅(qū)的一項指標(biāo)。所謂原油酸值是指中和1g原油(pH=7)所需氫氧化鉀的毫克數(shù)。一般說來，若要堿水驅(qū)使界面張力顯著下降，原油的酸值應(yīng)大于0.5mg/g。2、乳化一攜帶機(jī)理

在低的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和低的鹽含量下，由堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑可使地層中的剩余油乳化，并被堿水?dāng)y帶著通過地層。按此機(jī)理，堿驅(qū)應(yīng)有如下特點：(1)可以形成油珠相當(dāng)小的乳狀液；(2)通過乳化提高堿驅(qū)的洗油效率；(3)堿水突破前采油量不可能增加；(4)油珠的聚并性質(zhì)對過程有較大影響。3、乳化一捕集機(jī)理

在低的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和低的鹽含量下，由于低界面張力使油乳化在堿水相中，油珠半徑較大，因此當(dāng)它向前移動時，就被捕集，增加了水的流動阻力，即降低了水的流度，從而改善了流度比，增加了波及系數(shù)，提高了采收率。按此機(jī)理，堿驅(qū)應(yīng)有如下特點：(1)油可在堿水相中形成乳狀液；．(2)分散的油珠會被捕集在較小孔道，改善了堿驅(qū)的波及系數(shù)；(3)堿水突破前采油量可以增加；(4)油珠的聚并性質(zhì)對過程有有利的影響。4、由油濕反轉(zhuǎn)為水濕(ow—ww)機(jī)理

堿水驅(qū)生成的表面活性劑除聚集在油水界面外，還有一部分表面活性劑吸附在巖石表面，改變巖石表面的潤濕性。

在高的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和低的鹽含量下，堿可通過改變吸附在巖石表面的油溶性表面活性劑在水中的溶解度而解吸，恢復(fù)巖石表面原來的親水性，使巖石表面由油濕反轉(zhuǎn)為水濕。

巖石表面的潤濕性由親油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水時，水變?yōu)闈櫇裣?，從而水在毛?xì)管力作用下進(jìn)入小孔道及顆粒表面，而油占據(jù)孔隙中間，提高洗油效率；同時也可使油水相對滲透率發(fā)生變化，形成有利的流度比，提高波及系數(shù)。5、由水濕反轉(zhuǎn)為油濕(ww—ow)機(jī)理

在高的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和高的鹽含量下，堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑主要分配到油相并吸附到巖石表面上來，使巖石表面從水濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐瘛?、自發(fā)乳化與聚并機(jī)理

在最佳的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，原油可自發(fā)乳化到堿水之中。這種自發(fā)乳化現(xiàn)象是由于油中的石油酸與堿水中的堿在表面上反應(yīng)產(chǎn)生表面活性劑，先是濃集在界面上，然后擴(kuò)散至堿水中引起的。

乳狀液形成以后，羧酸鈉隨液珠繼續(xù)向堿水相擴(kuò)散而不斷減少，直至其質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小到不足以起穩(wěn)定乳狀液的作用，就出現(xiàn)乳狀液液珠的聚并。7、增溶剛性膜機(jī)理

油與巖石接觸處，原油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、石蠟等成分吸附在巖石表面，形成堅硬的剛性薄膜。由于這種薄膜的存在，不僅增加了殘余油飽和度，而且使充塞在孔隙內(nèi)的油流阻力增加，限制原油通過孔喉。同時，它抑制了水包油乳狀液進(jìn)行聚并。隨著堿性水溶液的注入，由于界面化學(xué)反應(yīng)，堿相吸入到油相中，這種溶脹的油相，加上其形態(tài)的改變，使油水界面上的剛性薄膜破壞，并被增溶。從而使剩余油具有較強(qiáng)的流動能力。三、堿水驅(qū)的適用條件原油酸值大于0.5；原油相對密度在0.934左右；原油粘度低于200mPa·s；

堿性物質(zhì)與粘土、礦物質(zhì)或硅石一起化學(xué)反應(yīng)引起堿耗，在高溫下這種堿耗很高，要求最高溫度不超過93℃。四、堿驅(qū)存在的問題

1、堿耗

堿主要損耗于與地層和地層水中的二價金屬離子 反應(yīng)。石膏可與堿產(chǎn)生離子交換：CaSO4+2Na0HCa(OH)2+Na2SO4

堿耗比較：

高嶺石、石膏＞蒙脫石、伊利石和白云石＞長石、綠泥石和細(xì)粒石英＞石英砂＞方解石

在這種情況下，可用淡水預(yù)沖洗地層，使這部分地層水與后來注入的堿水隔開。

四、堿驅(qū)存在的問題2、結(jié)垢

配堿溶液用水中的Ca2+、Mg2+，可引起注入系統(tǒng)和注入井近井地帶結(jié)垢；堿與地層礦物反應(yīng)產(chǎn)生的可溶性硅酸鹽和鋁酸鹽，也可在油井產(chǎn)出時與其他方向來水中的Ca2+、Mg2+反應(yīng)，引起油井近井地帶和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢?？捎梅拦竸?主要為氨基多膦酸鹽和氨基多羧酸鹽)防垢。在注入井中，防垢劑可加到配堿用水中使用；在油井中，防垢劑可注到結(jié)垢部位使用，但最好是將防垢劑擠入地層，讓它吸附或沉積在地層表面，隨后為產(chǎn)出水逐漸解吸或溶解而起防垢作用。四、堿驅(qū)存在的問題3、乳化

乳化機(jī)理是堿驅(qū)的重要機(jī)理，堿驅(qū)的產(chǎn)出液為原油與水的乳狀液。堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑在低鹽含量條件下為水溶性表面活性劑，可生成水包油乳狀液；在高鹽含量條件下為油溶性表面活性劑，可生成油包水乳狀液。

若堿驅(qū)產(chǎn)出液為水包油乳狀液，則可用水包油乳狀液破乳劑和(或)高頻高壓交流電場破乳?？捎玫钠迫閯┌娊赓|(zhì)(如氯化鈉)、低分子醇(如乙醇)、陽離子型表面活性劑(如十四烷基三甲基氯化銨)和陽離子型聚合物(如聚季銨鹽)。五、堿水驅(qū)油的注入方式礦場上進(jìn)行堿水驅(qū)的注入一般都采用段塞法，分為三步：首先注清水或淡鹽水，以清除油層中的含鈣、鎂高價離子的地層水。然后將配制好的堿液注入地層中，通常注入0.1～0.5PV，堿劑的濃度一般大于5％(質(zhì)量)。最后再注入清水驅(qū)替堿液。

堿性水驅(qū)方法的工藝比較簡單，不需增加新注入設(shè)備，相對于其他化學(xué)驅(qū)油來說，成本比較低。對于注水油田，只要根據(jù)確定出的堿濃度，向注入水中加入一定量的堿，就很容易轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性水驅(qū)方法采油。六、堿一聚合物復(fù)合驅(qū)油法

堿一聚合物驅(qū)油就是在堿水驅(qū)的基礎(chǔ)上，用聚合物進(jìn)行流度控制，來達(dá)到提高采收率的目的。

盡管堿水驅(qū)的成本較低，工藝比較簡單，但這種 方法對于大部分油田效果并不明顯。其主要原因是 堿雖然可以降低界面張力，但界面張力的降低程度 明顯受原油性質(zhì)、地層條件的影響。另外，堿液的 粘度沒有增加，即堿水驅(qū)僅僅部分地提高了洗油效 率，并沒有大幅度地提高驅(qū)替液的波及系數(shù)，因 此，使原油的采收率提高的幅度有限。堿一聚合物溶液驅(qū)油效果影響因素地層水的礦化度巖石的礦物組成地層的溫度復(fù)合液的注入方式堿濃度聚合物濃度第六節(jié)三元復(fù)合驅(qū)三元復(fù)合體系驅(qū)是指在注入水中加入低濃度的表面活性劑、堿和聚合物的復(fù)合體系驅(qū)油的一種提高原油采收率方法。

堿／表面活性劑／聚合物(ASP)復(fù)合體系驅(qū)是上世紀(jì)80年代初國外出現(xiàn)的化學(xué)采油新動向。由于膠束／聚合物驅(qū)在表面活性劑掃過的地區(qū)幾乎100％的原油被有效地驅(qū)替出來，所以近些年來，該方法無論是在實驗室還是礦場實驗都受到了普遍重視。

但由于表面活性劑和助劑成本太高，該方法一直沒有發(fā)展成為商業(yè)規(guī)模。而堿／聚合物驅(qū)降低界面張力又不低于10-2mN／m的范圍，而且其適用性還受原油酸值的影響。

ASP復(fù)合體系驅(qū)是從二元復(fù)合驅(qū)(活性劑／聚合物、堿／聚合物)發(fā)展起來的。ASP三元復(fù)合體系所需要表面活性劑和助劑總量僅為膠束／聚合物驅(qū)的三分之一，其化學(xué)劑效率(總化學(xué)成本／采油量)比膠束／聚合物驅(qū)的高。而且ASP注復(fù)合體系所加入的表面活性劑與堿具有良好的協(xié)同效應(yīng)，能降低界面張力到10-3mN／m的范圍，而且可保持長時間的低張力驅(qū)過程，并對低酸值的陸相生成的中等原油也是適用的。一、ASP三元復(fù)合驅(qū)油機(jī)理復(fù)合驅(qū)提高采收率的機(jī)理是三方面因素共同作用的結(jié)果：界面張力的降低流度控制降低化學(xué)劑損失１、界面張力的降低當(dāng)聚合物濃度適中時，ASP三元體系比A/SP二元體系能產(chǎn)生更低的界面張力。原因有三點：

聚合物，尤其是聚丙烯酰胺能夠保護(hù)表面活性劑，使其不與Ca2+、Mg2+等高價陽離子反應(yīng)，而使活性劑失去表面活性；

表面活性劑和聚丙烯酰胺在油/水界面上均有一定程度的吸附，形成混合吸附層，部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上的多個陰離子基可使混合膜具有更高的界面電荷，使界面張力降得更低；

堿劑推動活性劑前進(jìn)，趨向于使最小界面張力迅速傳播，這樣就減少了堿驅(qū)替原油的滯后過程，且可保持長時間的低張力驅(qū)過程。２、流度控制在ASP復(fù)合驅(qū)過程中，由于被驅(qū)替的原油流度高，在油墻的前面形成了低流度帶，從而保證了較高的波及效率，由于較高的視粘度，也增加了局部的毛管數(shù)，提高了驅(qū)油效率。而且，ASP體系中，表面活性劑和堿有效地保護(hù)了聚合物不受高價陽離子的影響。

３、降低化學(xué)劑的損失

與其它的二元驅(qū)替相比，ASP驅(qū)能明顯地降低化學(xué)劑的吸附滯留損失，從而使復(fù)配體系發(fā)揮出更充分的驅(qū)油作用。(1)三元體系的堿耗。ASP體系中，表面活性劑的加入，避免了應(yīng)用硅酸鈉(Na3SiO4)、氫氧化鈉(NaOH)等強(qiáng)堿帶來的嚴(yán)重堿耗問題。使用具有中等pH值緩沖堿體系，可有效地降低堿離子濃度，達(dá)到活性劑可以容忍的程度，并可減小化學(xué)反應(yīng)的驅(qū)動力，因而堿耗、結(jié)垢都很少。(2)聚合物、活性劑的吸附滯留損失。堿存在時，溶液pH值較高，巖石表面的負(fù)電荷量較多，可減少帶負(fù)電荷的表面活性劑、石油酸皂的吸附，并能有效地排斥帶負(fù)電荷的聚合物，減少其吸附。二、ASP三元復(fù)合驅(qū)油存在的主要問題及解決途徑1、三元復(fù)合驅(qū)體系配方優(yōu)化、降低化學(xué)劑用量及提高經(jīng)濟(jì)效益問題為解決該問題，可以從以下幾個途徑入手。(1)表面活性劑國產(chǎn)化是提高三元復(fù)合驅(qū)經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑之一。

通過近幾年的攻關(guān)，烷基苯磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽、石油羧酸鹽和生物表面活性劑不僅能與原油形成超低界面張力，而且室內(nèi)天然巖心驅(qū)油實驗結(jié)果表明采收率比