油层的化学改造.pdf

1 1 第二篇 采油化学第二篇 采油化学 绪论绪论 油田应用化学油田应用化学2 石油作为一种非再生的化石能源 其采收率不仅是石 油工业界 而且是整个工业界最为关心的问题 石油作为一种非再生的化石能源 其采收率不仅是石 油工业界 而且是整个工业界最为关心的问题 世界范围内石油采收率约为10 60 世界范围内石油采收率约为10 60 世界各国的油藏工程师一直致力于最大限度地提高油 藏的最终采收率 世界各国的油藏工程师一直致力于最大限度地提高油 藏的最终采收率 油田应用化学油田应用化学3 一 一 eor概念概念 油田开发经历三个阶段 油田开发经历三个阶段 一次采油 二次采油 三次采油一次采油 二次采油 三次采油 1 一次采油 primary recovery 1 一次采油 primary recovery 是指利用油藏是指利用油藏天然能量天然能量而进行的采油 它以不注入 任何流体为特征 只需要为原油流到地面提供流动通道 即可 一次采油可利用的天然能量有 而进行的采油 它以不注入 任何流体为特征 只需要为原油流到地面提供流动通道 即可 一次采油可利用的天然能量有 油层的弹性能量油层的弹性能量 水的位能水的位能和和溶解气析出的容积能溶解气析出的容积能等 当天然能量耗尽时 油层中的油便失去流动能力 这时的 等 当天然能量耗尽时 油层中的油便失去流动能力 这时的采收率一般小于20 采收率一般小于20 从生产井的封隔器漏失事 故中 人们才发现注水采油方法 从生产井的封隔器漏失事 故中 人们才发现注水采油方法 油田应用化学油田应用化学4 2 二次采油 secondery recovery 2 二次采油 secondery recovery 是指一次采油后 向油层注水 或气 提高油层压 力而进行的采油 是指一次采油后 向油层注水 或气 提高油层压 力而进行的采油 开始注水只是为了开始注水只是为了延缓或防止油层压力延缓或防止油层压力下降 这样可 以维持较高的采油量和较长的生产时间 后来又认识 到 注水除了能维持油层压力外 还能从岩石孔隙中驱 替出部分原油 并将其驱入生产井 随着注水时间的延长 油井含水不断升高 当油井产 水率达到 下降 这样可 以维持较高的采油量和较长的生产时间 后来又认识 到 注水除了能维持油层压力外 还能从岩石孔隙中驱 替出部分原油 并将其驱入生产井 随着注水时间的延长 油井含水不断升高 当油井产 水率达到95 98 时 继续注水是不经济的 这时将被 迫停止注水 这时的 时 继续注水是不经济的 这时将被 迫停止注水 这时的采收率一般小于采收率一般小于40 油田应用化学油田应用化学5 3 三次采油 tertiary recovery 3 三次采油 tertiary recovery 针对二次采油未能采出的残余油和剩余油针对二次采油未能采出的残余油和剩余油 采用向油 层注入化学物质或引入其它能量或微生物开采原油的方 法称为三次采油 采用向油 层注入化学物质或引入其它能量或微生物开采原油的方 法称为三次采油 对于一些特殊油藏不宜注水开采对于一些特殊油藏不宜注水开采 一些注水开发油藏 从提高采收率考虑 在注水中期便开始改注其它化学药 剂 因此 一般采用提高采收率或强化采油 一些注水开发油藏 从提高采收率考虑 在注水中期便开始改注其它化学药 剂 因此 一般采用提高采收率或强化采油 eor 提高原油采收率或强化采油 提高原油采收率或强化采油提高原油采收率或强化采油提高原油采收率或强化采油 enhanced oil recovery enhanced oil recovery 它是指除天然能量采油以外的任何采油方法 它是指除天然能量采油以外的任何采油方法 包括采 收率超过一次采油的二次采油和三次采油 包括采 收率超过一次采油的二次采油和三次采油 不管不管不管不管它使用 在那个采油期 也不管它使用何种方法 它使用 在那个采油期 也不管它使用何种方法 油田应用化学油田应用化学6 二 二 eor的分类的分类 eor的方法有很多种 不同人从不同角度出发有不同 的分类方法 概括起来主要有 的方法有很多种 不同人从不同角度出发有不同 的分类方法 概括起来主要有两种分类方法两种分类方法 a 按注入工作剂种类来分a 按注入工作剂种类来分 化学驱 混相驱 热采 化学驱 混相驱 热采 b 按提高采收率机理来分b 按提高采收率机理来分 流度控制类 提高洗油效率类 降低原油粘度类 流度控制类 提高洗油效率类 降低原油粘度类 2 油田应用化学油田应用化学7 a 按注入工作剂种类来分a 按注入工作剂种类来分 1 化学驱油化学驱油 油田应用化学油田应用化学8 2 混相驱油混相驱油 混相定义 混相定义 当两相流体可以以任意比例混合 并且所有 混合物均为单相 这两种流体就是混相的 比如 汽油和 煤油 不存在界面 没有界面张力 当两相流体可以以任意比例混合 并且所有 混合物均为单相 这两种流体就是混相的 比如 汽油和 煤油 不存在界面 没有界面张力 混相驱 混相驱 以以混相注入剂混相注入剂作驱油剂的一种提高油层采收率 的方法 混相剂是指注入油层 在一定条件下能与地层油 混相的物质 下列气体可作为混相注入剂 作驱油剂的一种提高油层采收率 的方法 混相剂是指注入油层 在一定条件下能与地层油 混相的物质 下列气体可作为混相注入剂 液化石油气液化石油气 以乙烷 丙烷 丁烷为主的天然气 以乙烷 丙烷 丁烷为主的天然气 富气富气 c2 c6的烃气含量在的烃气含量在30 50 天然气 天然气 干气干气 贫气 甲烷含量在 贫气 甲烷含量在98 以上的天然气 以上的天然气 二氧化碳二氧化碳 天然 天然co2 工厂排出气 工厂排出气 氮气氮气 空气 空气 烟道气 烟道气 工业废气 工业废气 co2n2h2o 烃 类 非 烃 类 烃 类 非 烃 类 油田应用化学油田应用化学9 3 热力采油 3 热力采油 油田应用化学油田应用化学10 3 热力采油 3 热力采油 油田应用化学油田应用化学11 b 按提高采收率机理来分b 按提高采收率机理来分 油田应用化学油田应用化学12 第五章油层的化学改造 提高采收率基本原理提高采收率基本原理 聚合物驱聚合物驱 表面活性剂驱表面活性剂驱 碱驱碱驱 复合驱复合驱 混相驱混相驱 3 油田应用化学油田应用化学13 第一节 提高采收率基本原理 从水驱剩余油 残余油的形成机理入手 分析水驱油的 从水驱剩余油 残余油的形成机理入手 分析水驱油的波及效率低波及效率低 洗油效率不高洗油效率不高的 原因 的 原因 基本概念基本概念 剩余油及残余油分布状态剩余油及残余油分布状态 影响采收率的因素影响采收率的因素 油田应用化学油田应用化学14 剩余油剩余油和和残余油残余油的多少直接反映的多少直接反映采收率采收率的高低 对 于注水开发油田的开发而言 采收率又是由注入水在油 层中的 的高低 对 于注水开发油田的开发而言 采收率又是由注入水在油 层中的波及效率波及效率和对原油的和对原油的洗油效率洗油效率决定的 几个基本 概念 决定的 几个基本 概念 1 剩余油 1 剩余油 由于注入流体波及系数低 注入流体尚未 波及到区域内的原油 其特点是 由于注入流体波及系数低 注入流体尚未 波及到区域内的原油 其特点是宏观上连续分布宏观上连续分布 2 残余油 2 残余油 在注入流体波及区域内或孔道内已扫过区 域内残留的 未被流体驱走的原油 其特点是宏观上 在注入流体波及区域内或孔道内已扫过区 域内残留的 未被流体驱走的原油 其特点是宏观上不 连续分布 不 连续分布 一 基本概念 油田应用化学油田应用化学15 3 波及系数 3 波及系数 被驱替流体驱扫过的油藏体积占原始 油藏体积的百分数 被驱替流体驱扫过的油藏体积占原始 油藏体积的百分数 ha ha e ss v hs as e 驱油波及系数 驱油波及系数as流体波及面积流体波及面积 hs流体波及厚度流体波及厚度 a 油层面积油层面积 h 油层厚度油层厚度 4 洗油效率 4 洗油效率 驱替流体波及范围内驱替流体波及范围内驱走的原油体积驱走的原油体积与 驱替流体波及范围内 与 驱替流体波及范围内总含油体积总含油体积之比 之比 oi or d s s e 1 oiss orssoiss d sha shasha e ed洗油效率洗油效率 sor残余油饱和度残余油饱和度 soi原始含油饱和度原始含油饱和度 油田应用化学油田应用化学16 5 采收率 5 采收率 采出原油的储量与总地质储量之比采出原油的储量与总地质储量之比 n n e r r er 采收率采收率nr 采出原油储量采出原油储量 n 原始地质储量原始地质储量 oroissr sshan oi sahn oi oroiss oi oroiss r s ss ah ha sah ssha e 洗油效率波及系数 dvr eee a h 油层原始面积和厚度 aa h 油层原始面积和厚度 as s h hs s 水波及油层面积和厚度 s 水波及油层面积和厚度 soi oi s sor or 原始含油饱和度 剩余油饱和度 油层的孔隙度 原始含油饱和度 剩余油饱和度 油层的孔隙度 油田应用化学油田应用化学17 二 剩余油及残余油分布状态二 剩余油及残余油分布状态 水驱采收率一般仅为水驱采收率一般仅为30 40 油层均质 原油粘度 低 油井密度较高者可能达到 油层均质 原油粘度 低 油井密度较高者可能达到50 60 1 剩余油宏观分布形态 剩余油宏观分布形态 1 注注水未波及到水未波及到的中 低渗层带的剩余油 的中 低渗层带的剩余油 2 井网井网未钻遇未钻遇的透镜体油层 的透镜体油层 3 局部不渗透局部不渗透遮挡遮挡 断层断层 形成的富油带 形成的富油带 4 由于压力梯度小 由于压力梯度小 未能驱动未能驱动的油 的油 5 高的水油流度比造成的高的水油流度比造成的指进和窜流指进和窜流 6 由于油层平面上的由于油层平面上的非均质非均质而造成的死油区 而造成的死油区 7 由于层间窜流引起的由于层间窜流引起的未进水层段 未进水层段 油田应用化学油田应用化学18 2 剩余油微观状态2 剩余油微观状态 由于储层岩石的由于储层岩石的岩性岩性和和孔隙结构孔隙结构的复杂性等 造成 储层岩石极为不均质的孔隙毛管网络 加上岩石孔道 的 的复杂性等 造成 储层岩石极为不均质的孔隙毛管网络 加上岩石孔道 的润湿性不同润湿性不同 使微观剩余油的分布状态多种多样 使微观剩余油的分布状态多种多样 1 油膜或残环状 1 油膜或残环状 一般在 一般在亲油岩石亲油岩石颗粒表面或在覆盖 有 颗粒表面或在覆盖 有粘土粘土胶结物微粒的砂粒表面 呈薄膜或环状 胶结物微粒的砂粒表面 呈薄膜或环状 4 油田应用化学油田应用化学19 2 油珠及油滴状 2 油珠及油滴状 在在亲水亲水大孔隙中央或由于孔喉的液 阻效应而滞留在小喉道前 大孔隙中央或由于孔喉的液 阻效应而滞留在小喉道前 3 油斑 网状或油水互包状 3 油斑 网状或油水互包状 集中在某些较小的孔隙 网络中而形成 由于微观不均质 水沿大孔道绕流而 形成的剩余油 集中在某些较小的孔隙 网络中而形成 由于微观不均质 水沿大孔道绕流而 形成的剩余油 油田应用化学油田应用化学20 4 死胡同 盲孔 状 4 死胡同 盲孔 状 存在于盲孔中的油 存在于盲孔中的油 5 簇团状 5 簇团状 颗粒间孔隙中填充的及粘土微粒微孔中粘附 的呈簇团状的油 颗粒间孔隙中填充的及粘土微粒微孔中粘附 的呈簇团状的油 油田应用化学油田应用化学21 6 封闭型 6 封闭型 如砾石遮挡 胶结物封闭 如砾石遮挡 胶结物封闭 7 并联不等径毛管孔隙 7 并联不等径毛管孔隙 剩余油在亲油亲水 毛管 压力 油水粘度比等复杂作用条件下 油柱有时可能 存在于并联的 剩余油在亲油亲水 毛管 压力 油水粘度比等复杂作用条件下 油柱有时可能 存在于并联的小孔道小孔道 有时可能存在于并联的 有时可能存在于并联的大孔道大孔道 油田应用化学油田应用化学22 油田应用化学油田应用化学23油田应用化学油田应用化学24 三 影响采收率的因素三 影响采收率的因素 1 基本概念1 基本概念 1 油水前缘 1 油水前缘 分隔油区与油水两相区的界面 分隔油区与油水两相区的界面 2 活塞式前缘推进 2 活塞式前缘推进 是指排驱介质一次性地排驱它 接触到的油 在前缘后方不存在可流动的油 前缘后 方饱和度为 是指排驱介质一次性地排驱它 接触到的油 在前缘后方不存在可流动的油 前缘后 方饱和度为0叫叫完全排驱完全排驱 不为 不为0叫叫不完全排驱不完全排驱 3 非活塞式前缘推进 3 非活塞式前缘推进 油水前缘像一个带孔眼的筛 网 当它推进时 只能排驱部分油 油水前缘像一个带孔眼的筛 网 当它推进时 只能排驱部分油 5 油田应用化学油田应用化学25 4 粘性指进 4 粘性指进 在排驱过程中 排驱前缘不规则地呈 指状穿入油区的现象 在排驱过程中 排驱前缘不规则地呈 指状穿入油区的现象 5 舌进 5 舌进 油水前缘沿高渗透层凸进的现象 油水前缘沿高渗透层凸进的现象 水 油 油 水 油 油 注入井 生产井 注入井 生产井 油 水 油 油 水 油 k1 k2 k3 k2 k3 k1 油田应用化学油田应用化学26 6 流度 6 流度 一种流体通过孔隙介质能力的量度 在 数值上等于流体的 一种流体通过孔隙介质能力的量度 在 数值上等于流体的有效渗透率 k 有效渗透率 k 除以除以粘度 粘度 以 表示 以 表示 k 7 流度比 7 流度比 驱油时驱动液流度 水 与被驱动液 油 流度的比值 常以m表示 以水驱油为例 驱油时驱动液流度 水 与被驱动液 油 流度的比值 常以m表示 以水驱油为例 o o w w o w k k m 油田应用化学油田应用化学27 2 影响采收率的因素2 影响采收率的因素 1 油层的非均质性 1 油层的非均质性 油层越不均质 采收率越低 油层越不均质 采收率越低 有两种不均质性 宏观不均质 微观不均质 有两种不均质性 宏观不均质 微观不均质 a 宏观不均质 a 宏观不均质 一般用渗透率变异系数来表示 一般用渗透率变异系数来表示 渗透 率变异系数越小越均匀 渗透 率变异系数越小越均匀 对于均质地层渗透率变异系数 为零 对于均质地层渗透率变异系数 为零 b 微观不均质 b 微观不均质 微观不均质 用 微观不均质 用孔喉大小分布曲线孔喉大小分布曲线 孔喉比孔喉比 孔喉配位数孔喉配位数和和孔喉表面粗糙度孔喉表面粗糙度 等表示 等表示 孔喉半径孔喉半径 油田应用化学油田应用化学28 ow os ws 水 油油 2 地层表面的润湿性 2 地层表面的润湿性 cos cos owwsos owwsos cos1 owosowws w附着功 可分为 可分为 水湿 油湿和中性润湿水湿 油湿和中性润湿 用 用平衡润湿角平衡润湿角判断 水对地层表面润湿角 判断 水对地层表面润湿角 90 90 90 为油湿 为油湿 90 90 为中性润湿为中性润湿 附着功附着功 表示水从固体表面排开油滴需做的功 表示水从固体表面排开油滴需做的功 ow一定时 亲水表面一定时 亲水表面w ow 随亲水性的增加 随亲水性的增加 w 强亲水条件下强亲水条件下 w 0 水完全自发将油排开 不做 功 水完全自发将油排开 不做 功 亲油条件下亲油条件下 情况正好相反 情况正好相反 亲水油层亲水油层 体系将自发增加水固界面 减少油固界面 水自发地将油排开 提高了洗油效率 体系将自发增加水固界面 减少油固界面 水自发地将油排开 提高了洗油效率 原油采收率高原油采收率高 w 油田应用化学油田应用化学29 3 流度比 3 流度比 水油流度比越小 采收率越高水油流度比越小 采收率越高 要要减小水油流度比减小水油流度比 可以通过减小水相渗透率和 油的粘度 增加油相渗透率和水相的粘度来实现 这些途径发展为 可以通过减小水相渗透率和 油的粘度 增加油相渗透率和水相的粘度来实现 这些途径发展为热力采油热力采油法和法和聚合物驱聚合物驱采油法 采油法 油田应用化学油田应用化学30 nc毛管数毛管数 d驱动流体的粘度驱动流体的粘度 油与驱动流体之间的界面张力油与驱动流体之间的界面张力 v 驱动速度驱动速度 4 毛管数对采收率的影响 4 毛管数对采收率的影响 毛管数是一个无因次的准数 由下式定义毛管数是一个无因次的准数 由下式定义 毛管数与残余油饱和度关系曲线毛管数与残余油饱和度关系曲线毛管数与残余油饱和度关系曲线毛管数与残余油饱和度关系曲线 残余油饱和度 残余油饱和度 pv 毛管数越大采收率越高毛管数越大采收率越高 增加毛管数将显著地提高原 油采收率 理想状态下毛管 数增加至 增加毛管数将显著地提高原 油采收率 理想状态下毛管 数增加至10 2时 原油采收 率可达到 时 原油采收 率可达到100 注水开发后 期 毛管数一般在 注水开发后 期 毛管数一般在10 6 10 7这 个范围内 这 个范围内 6 油田应用化学油田应用化学31 从毛管数的定义可知 要增大毛管数 有如下途径 从毛管数的定义可知 要增大毛管数 有如下途径 a 降低油水界面张力 降低油水界面张力 通过降低油水界面张力 可 使毛管数有 通过降低油水界面张力 可 使毛管数有3 4个数量级的变化 因此提出个数量级的变化 因此提出表面活性剂 驱和混相驱 表面活性剂 驱和混相驱的采油方法 的采油方法 b 增加驱替相粘度 增加驱替相粘度 这也是提出 这也是提出聚合物驱聚合物驱的依据 的依据 c 提高驱替速度 提高驱替速度 但有一定的限度 但有一定的限度 5 布井方式 5 布井方式 不同布井方式有不同波及系数 在布井方式相同 时 井距越小 波及系数越大 因此采收率越高 不同布井方式有不同波及系数 在布井方式相同 时 井距越小 波及系数越大 因此采收率越高 油田应用化学油田应用化学32 补充 eor 补充 eorenhanced oil recovery 泛指除注水以外的提高采收率的方法 包括 改善的二次采油方法和三次采油方法 enhanced oil recovery 泛指除注水以外的提高采收率的方法 包括 改善的二次采油方法和三次采油方法 iorior improved oil recovery 它仅指提高采收率的 improved oil recovery 它仅指提高采收率的三次采油三次采油方法 在一些 文献和专著中已用它代替传统的eor术语 方法 在一些 文献和专著中已用它代替传统的eor术语 asrasr advanced secondary recovery 指先进的二次采油方法 advanced secondary recovery 指先进的二次采油方法 油田应用化学油田应用化学33 第二节 聚合物驱油第二节 聚合物驱油 油田应用化学油田应用化学34 聚合物驱定义 聚合物驱定义 指通过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渗透率 改善流度 比 提高原采收率的方法 又称为改性水驱 指通过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渗透率 改善流度 比 提高原采收率的方法 又称为改性水驱modifield water flooding 聚合物驱主要目的 聚合物驱主要目的 增加排驱介质的粘度 降低水相流度 改善流度比 提高波及效率 从而提高采收率 增加排驱介质的粘度 降低水相流度 改善流度比 提高波及效率 从而提高采收率 聚合物驱已进入工业化应用 提高采收率5 10 ooip 每吨聚合物增油150吨左右 聚合物驱已进入工业化应用 提高采收率5 10 ooip 每吨聚合物增油150吨左右 油田应用化学油田应用化学35 水驱过程示意图水驱过程示意图 排驱前缘不稳定 波及系数低 排驱前缘不稳定 波及系数低 油田应用化学油田应用化学36 聚合物驱过程示意图聚合物驱过程示意图 排驱前缘平缓稳定 波及效率高 排驱前缘平缓稳定 波及效率高 7 油田应用化学油田应用化学37 一 聚合物及其水溶液的性质一 聚合物及其水溶液的性质 1 驱油用聚合物 驱油用聚合物 1 部分水解部分水解聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺 hpam 部分水解 聚丙烯酰胺 部分水解 聚丙烯酰胺 pam 链节上不带电荷 分子在溶液中链节上不带电荷 分子在溶液中容易 卷曲 容易 卷曲 其 其增粘能力较差增粘能力较差 链节中的 链节中的 conh2基团又具有孤 电子对 在地层中被孔隙 基团又具有孤 电子对 在地层中被孔隙表面吸附量较大表面吸附量较大 hpam在水中发生解离 产生 在水中发生解离 产生 coo 离子 使整个分 子 离子 使整个分 子带负电荷带负电荷 所以为阴离子型聚合物 所以为阴离子型聚合物 由于分子链上有 静电斥力 在水中分子链较伸展 故 由于分子链上有 静电斥力 在水中分子链较伸展 故增粘性好增粘性好 它在带 负电的砂岩表面上 它在带 负电的砂岩表面上吸附量较少吸附量较少 因此 是目前最适合于 流度控制的聚合物 因此 是目前最适合于 流度控制的聚合物 ch2ch conh2 n ch2ch2chch conh2 x coo n x 油田应用化学油田应用化学38 2 黄胞胶 天然高分子化合物 xanthan 2 黄胞胶 天然高分子化合物 xanthan 淀粉经黄单孢杆菌发酵而成的多糖 呈双 螺旋和多重螺旋结构 类似棒状的刚性结构 淀粉经黄单孢杆菌发酵而成的多糖 呈双 螺旋和多重螺旋结构 类似棒状的刚性结构 特点 特点 耐盐 抗剪切 易于生物降解 价格高 应用较少耐盐 抗剪切 易于生物降解 价格高 应用较少 油田应用化学油田应用化学39 新型缔合聚合物 novel associative polymers naps 通过疏水缔合作用 产生缔 合结构 提高耐盐耐温性能 新型缔合聚合物 novel associative polymers naps 通过疏水缔合作用 产生缔 合结构 提高耐盐耐温性能 大分子表面活性剂 high molecular surfactant 兼有流度控制能力和驱油作用 大分子表面活性剂 high molecular surfactant 兼有流度控制能力和驱油作用 抗盐聚合物 anti salt polymers 引入耐 盐性官能团 使大分子材料具有抗盐作用 抗盐聚合物 anti salt polymers 引入耐 盐性官能团 使大分子材料具有抗盐作用 3 改性聚合物 3 改性聚合物 提高耐温耐盐性提高耐温耐盐性 油田应用化学油田应用化学40 2 聚合物的溶解聚合物的溶解 以以hpam为例为例 聚合物的溶解通常有三个过程 即 聚合物的溶解通常有三个过程 即 分散分散 溶胀溶胀溶解溶解 油田应用化学油田应用化学41 溶胀过程溶胀过程 溶剂分子 水 渗入到大分子线团 中 使大分子体积胀大的过程 溶剂分子 水 渗入到大分子线团 中 使大分子体积胀大的过程 小分子溶剂向大分子渗入小分子溶剂向大分子渗入 溶 胀 溶 胀 小分子向大分子内部扩散 大分子向小分子内部扩散小分子向大分子内部扩散 大分子向小分子内部扩散 溶 解 溶 解 油田应用化学油田应用化学42 现场溶解是将hpam干粉均匀地分散到高压水中 去 形成 现场溶解是将hpam干粉均匀地分散到高压水中 去 形成母液母液备用 备用 8 油田应用化学油田应用化学43 3 聚合物溶液性质3 聚合物溶液性质 hpam是一聚电解质 即带负电的阴离子如 coohpam是一聚电解质 即带负电的阴离子如 coo 形 成溶剂化层 分子体积变大 形成溶剂化层的大分子线 团 均匀地分布于溶剂中 构成了聚合物溶液 形 成溶剂化层 分子体积变大 形成溶剂化层的大分子线 团 均匀地分布于溶剂中 构成了聚合物溶液 1 聚合物溶液的粘度 1 聚合物溶液的粘度 聚合物溶液表观粘度 聚合物溶液表观粘度 p p 是流体层间内摩擦力的量 度 单位 是流体层间内摩擦力的量 度 单位 毫帕毫帕 秒秒 mpa s 使用 mpa s 使用粘度计粘度计或或流变仪流变仪测量 一般驱油用聚合物溶液 粘度在几十mpa s范围 测量 一般驱油用聚合物溶液 粘度在几十mpa s范围 聚合物溶液表观粘度 聚合物溶液表观粘度 p p 油田应用化学油田应用化学44 2 影响聚合物溶液粘度的因素 2 影响聚合物溶液粘度的因素 1 浓度 浓度 polymer concentration 粘度 粘度 分子接触机会大 内摩擦力增加 分子接触机会大 内摩擦力增加 2 分子量 分子量 molecular weights 粘度 粘度 m大 主链长 与溶液的接触面大 内摩擦力大 大 主链长 与溶液的接触面大 内摩擦力大 3 水解度 水解度 hd 粘度 粘度 使使coo 基团间的斥力 分子伸展程度 粘度 基团间的斥力 分子伸展程度 粘度 4 温度 粘度 温度 粘度 t升高 热降粘或热降解 升高 热降粘或热降解 degradation 不能恢复 高温下分子链断裂 不能恢复 高温下分子链断裂 油田应用化学油田应用化学45 5 矿化度 粘度 5 矿化度 粘度 未加入盐时 电荷相同 斥力 分子伸长 加入 盐后 屏蔽了负离子的电性 溶剂化层失水分子收 缩 二价盐 钙 镁离子 影响更大 未加入盐时 电荷相同 斥力 分子伸长 加入 盐后 屏蔽了负离子的电性 溶剂化层失水分子收 缩 二价盐 钙 镁离子 影响更大 6 剪切速率 粘度 6 剪切速率 粘度 柔性线团分子沿流速方向伸展 分子间摩擦力 柔性线团分子沿流速方向伸展 分子间摩擦力 7 机械稳定性 7 机械稳定性 炮眼处流速高 分子链易断裂 使用柱塞泵 单井单泵减少阀门 炮眼处流速高 分子链易断裂 使用柱塞泵 单井单泵减少阀门 8 生物稳定性 8 生物稳定性 细菌将导致粘度下降 特别是xg细菌将导致粘度下降 特别是xg 9 化学稳定性 9 化学稳定性 氧使粘度显著下降 加除氧剂氧使粘度显著下降 加除氧剂 油田应用化学油田应用化学46 1 改善水 油流度比从而提高原油采收率1 改善水 油流度比从而提高原油采收率 1 改善流度比的标准 m 1 0 2 改善流度比的途径 a 增大水相粘度 聚合物溶液 b 降低水相渗透率 因hpam分子滞留 使水相 渗透率降低 1 改善流度比的标准 m 1 0 2 改善流度比的途径 a 增大水相粘度 聚合物溶液 b 降低水相渗透率 因hpam分子滞留 使水相 渗透率降低 二 聚合物溶液的驱油机理二 聚合物溶液的驱油机理 水驱水驱 层内非均质性和较大的油水粘度差层内非均质性和较大的油水粘度差 粘性 指进现象 聚合物驱利用聚合物溶液的高粘度 有效 地改善流度比 使粘性指进前缘稳定甚至退化 从而 提高层内的波及效率和最终采收率 粘性 指进现象 聚合物驱利用聚合物溶液的高粘度 有效 地改善流度比 使粘性指进前缘稳定甚至退化 从而 提高层内的波及效率和最终采收率 油田应用化学油田应用化学47 2 当驱替相孔隙流速大于临界流速时 流体呈 粘弹性 强化了增粘效果 3 聚合物的滞留引起油层渗透率下降 2 当驱替相孔隙流速大于临界流速时 流体呈 粘弹性 强化了增粘效果 3 聚合物的滞留引起油层渗透率下降 1 吸附 1 吸附 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 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 机械捕集和物理堵塞 2 机械捕集和物理堵塞 油田应用化学油田应用化学48 三 聚合物溶液驱油的适用条件三 聚合物溶液驱油的适用条件 由于由于地层岩石地层岩石 液体液体等的复杂性 会影响聚合物的驱 油效果 因此 在现场应用时 必须进行筛选工作 等的复杂性 会影响聚合物的驱 油效果 因此 在现场应用时 必须进行筛选工作 1 油层非均质性对聚合物驱的影响1 油层非均质性对聚合物驱的影响 一般来说 一般来说 聚合物驱适合于水驱开发非均质油田 聚合物驱适合于水驱开发非均质油田 油层的非均质油层的非均质从宏观上 有纵向非均质和平面非均质 从微观上 有孔隙结构非均质及矿物组成非均质等 从宏观上 有纵向非均质和平面非均质 从微观上 有孔隙结构非均质及矿物组成非均质等 2 油层的深度和温度对聚合物驱的影响2 油层的深度和温度对聚合物驱的影响 浅油层 尤其是低渗透的浅油层时 注入聚合物驱 油时 易造成油层出现裂缝情况 深油层内 浅油层 尤其是低渗透的浅油层时 注入聚合物驱 油时 易造成油层出现裂缝情况 深油层内温度和水的矿化度温度和水的矿化度高 易造成聚合物降解 及粘度下降 而达不到聚合物驱的效果 使用部分水解 聚丙烯酰胺驱油时的油层 高 易造成聚合物降解 及粘度下降 而达不到聚合物驱的效果 使用部分水解 聚丙烯酰胺驱油时的油层温度不应超过70 温度不应超过70 9 油田应用化学油田应用化学49 3 原油粘度对聚合物驱油效果的影响3 原油粘度对聚合物驱油效果的影响 在相同的地层条件下 原油在相同的地层条件下 原油粘度越低粘度越低 水驱水驱采收率 越高 聚合物驱提高采收率的 采收率 越高 聚合物驱提高采收率的幅度幅度也越小 原油也越小 原油粘度 越高 粘度 越高 所需聚合物的粘度越大 聚合物溶液在地面及 地下的 所需聚合物的粘度越大 聚合物溶液在地面及 地下的流动阻力流动阻力越大 致使工艺上变为不可行 原油 粘度大于loompa 越大 致使工艺上变为不可行 原油 粘度大于loompa s的油田从工艺及经济角度考虑 则更 适合 s的油田从工艺及经济角度考虑 则更 适合热采热采方法 方法 序号序号 地层油粘度 地层油粘度 mpa s 聚合物驱效果聚合物驱效果 1100不适合不适合 油田应用化学油田应用化学50 4 4 盐敏效应盐敏效应的影响的影响 盐敏效应盐敏效应 盐对扩散双电层的压缩作用 使链段的负电 性减小 盐对扩散双电层的压缩作用 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 增粘能力大大减小 分子形成紧密的无规线团 因而对水的 增粘能力大大减小 聚合物性能降低 采收率降低 聚合物性能降低 采收率降低 油田应用化学油田应用化学51 5 注入粘度的影响5 注入粘度的影响 聚合物溶液的浓度决定粘度 注入粘度越大 流动控制 能力越强 扩大波及体积的作用越好 驱油效果也越好 聚合物溶液粘度的 聚合物溶液的浓度决定粘度 注入粘度越大 流动控制 能力越强 扩大波及体积的作用越好 驱油效果也越好 聚合物溶液粘度的老化稳定性老化稳定性和和粘度保留率粘度保留率也是决定 驱油效果的重要技术指标 通常情况下 聚合物溶液在 地层温度 矿化度条件下 需要持续几年时间 要求具 有很好的时间稳定性 也是决定 驱油效果的重要技术指标 通常情况下 聚合物溶液在 地层温度 矿化度条件下 需要持续几年时间 要求具 有很好的时间稳定性 序号序号聚合物粘度聚合物粘度 原油粘度原油粘度聚合物驱效果聚合物驱效果 13 0 5 0好好 21 0 3 0中等中等 3 1 0差差 油田应用化学油田应用化学52 第三节 表面活性剂驱第三节 表面活性剂驱 油田应用化学油田应用化学53 表面活性剂驱发展史表面活性剂驱发展史 上世纪20年代 提出了用上世纪20年代 提出了用活性水活性水来提高原油采收率的 设想 在40年代末 来提高原油采收率的 设想 在40年代末 实验室实验室内进行内进行研究研究 50年代以来 美国和前苏联相继进行了 50年代以来 美国和前苏联相继进行了矿场试验矿场试验 70年代受石油危机等因素的影响 使得活性剂驱油的 研究达到了高峰 90年代以来 受国际油价下跌的影响 使得活性剂的 研究和矿场应用逐渐减少 但是人们一直认为它是一种非常有前途的提高原油采 收率的方法 70年代受石油危机等因素的影响 使得活性剂驱油的 研究达到了高峰 90年代以来 受国际油价下跌的影响 使得活性剂的 研究和矿场应用逐渐减少 但是人们一直认为它是一种非常有前途的提高原油采 收率的方法 油田应用化学油田应用化学54 一 表面活性剂的类型及其溶液性质一 表面活性剂的类型及其溶液性质 表面活性剂是由至少两种极性显著不同的官能团所构 成 一端为 表面活性剂是由至少两种极性显著不同的官能团所构 成 一端为亲油基亲油基 另一端为 另一端为亲水基亲水基 具有 具有两亲性质两亲性质 r so na o o 极性极性 非极性非极性 图 石油磺酸盐的两亲结构示意图图 石油磺酸盐的两亲结构示意图 o c c c c c c c c c c c c c c o so o na o s o o c c c c c c c c c ccc cccc na 10 油田应用化学油田应用化学55 阴离子型活性剂 阴离子型活性剂 发展最早 应用最广的一类极其重要的产品 其产量 占总量的60 70 尤其在我国 阴离子表面活性剂 占总量的90 左右 此类表面活性剂在水溶液中可离解 出表面活性 发展最早 应用最广的一类极其重要的产品 其产量 占总量的60 70 尤其在我国 阴离子表面活性剂 占总量的90 左右 此类表面活性剂在水溶液中可离解 出表面活性阴离子阴离子 例如 十二烷基苯磺酸钠在水溶液中按下式离解 例如 十二烷基苯磺酸钠在水溶液中按下式离解 表面活性剂的分类表面活性剂的分类 类型 类型 1 羧酸盐型 如羧酸盐型 如r coom 2 磺酸盐型 如磺酸盐型 如 r so3m 3 硫酸酯盐型 如硫酸酯盐型 如r oso3m 4 磷酸酯盐型 如磷酸酯盐型 如r opo3m2 油田应用化学油田应用化学56 阳离子型活性剂 阳离子型活性剂 由于阳离子活性剂很容易被粘土阴离子表面吸附 所以在提高原油采收率中很少使用 由于阳离子活性剂很容易被粘土阴离子表面吸附 所以在提高原油采收率中很少使用 两性型活性剂 两性型活性剂 目前还未曾在提高原油采收率方法中应用过 提高石油采收率中应用最广的是 目前还未曾在提高原油采收率方法中应用过 提高石油采收率中应用最广的是阴离子表面活性 剂 阴离子表面活性 剂 因为这类表面活性剂具有明显的 因为这类表面活性剂具有明显的抗滞留性质抗滞留性质 比 较 比 较稳定稳定 而且 而且价格也较便宜价格也较便宜 所以 在提高原油采收 率中是较好的一类活性剂 所以 在提高原油采收 率中是较好的一类活性剂 油田应用化学油田应用化学57 二 表面活性剂溶液的基本性质二 表面活性剂溶液的基本性质 1 降低表面张力1 降低表面张力 表面张力表面张力 把表面活性剂溶液 上面的气相改为油 相 使气 把表面活性剂溶液 上面的气相改为油 相 使气 液表面变 为 液表面变 为液液 液液界面 情况 也与上述类似 如果表面活性剂在 液 界面 情况 也与上述类似 如果表面活性剂在 液 固界面上吸附 同样能降低液 固界面上吸附 同样能降低液 固界 面张力 改变固体表 面的润湿性 固界 面张力 改变固体表 面的润湿性 油田应用化学油田应用化学58 加入水中首先排在水表面 亲 水端溶于水中 憎水端指向空气 浓度增加到一定值时 密度不能再 增加 分子进入水中 憎水端聚集 形成胶束 亲水端指向水中 开始 形成胶束的浓度叫 加入水中首先排在水表面 亲 水端溶于水中 憎水端指向空气 浓度增加到一定值时 密度不能再 增加 分子进入水中 憎水端聚集 形成胶束 亲水端指向水中 开始 形成胶束的浓度叫临界胶束浓度临界胶束浓度 如果在胶束溶液中加入原油 油便溶于胶束的憎水核心中 这种 现象叫 如果在胶束溶液中加入原油 油便溶于胶束的憎水核心中 这种 现象叫增溶作用增溶作用 增溶后的胶束体积增大 叫 增溶后的胶束体积增大 叫溶胀胶束溶胀胶束 surface active agent 油田应用化学油田应用化学59 2 乳化2 乳化 乳状液的分散相液珠直径在0 1 looum的范围内 乳状液的分散相液珠直径在0 1 looum的范围内 3 形成胶束3 形成胶束 临界胶束浓度临界胶束浓度critical micellar concentration cmc a b 图 活性剂 缔结成 胶束溶 液 图 活性剂 缔结成 胶束溶 液 油田应用化学油田应用化学60 4 形成微乳液4 形成微乳液 在胶束溶液中加入某些助表面活性剂如醇类之后 所得到的一种透明或半透明的 在胶束溶液中加入某些助表面活性剂如醇类之后 所得到的一种透明或半透明的水水 油油 表面活性剂表面活性剂 醇醇的 体系 它对油的 的 体系 它对油的 溶解溶解 能力大大提高 微乳液以三种相态存在 能力大大提高 微乳液以三种相态存在 1 水外相微乳液水外相微乳液 是油和微乳液两相平衡体系 微乳 液比油重 故又称为 是油和微乳液两相平衡体系 微乳 液比油重 故又称为下相微乳液下相微乳液 2 中相微乳液中相微乳液 这是一种油相 微乳液相 这是一种油相 微乳液相 水相三相平 衡体系 此体系微乳液密度介于油和水之间 故称为 中相微乳液 水相三相平 衡体系 此体系微乳液密度介于油和水之间 故称为 中相微乳液 3 油外相微乳液油外相微乳液 是水和微乳液两相平衡体系 此体 系中的微乳液比水轻 故又称为 是水和微乳液两相平衡体系 此体 系中的微乳液比水轻 故又称为上相微乳液上相微乳液 11 油田应用化学油田应用化学61 图微乳液的三种相态图微乳液的三种相态 油油 m na na na a m 盐 水 盐 水 na na na na na na c 上相微乳液上相微乳液 下相微乳液下相微乳液 mo 油 盐水 油 盐水 b m 中相微乳液中相微乳液 mw mw mo 油田应用化学油田应用化学62 5 增溶作用5 增溶作用 形成胶束后 能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶 解度显著提高 且溶液呈 形成胶束后 能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶 解度显著提高 且溶液呈透明状透明状 称为 称为增溶作用增溶作用 增溶与乳化的区别 增溶与乳化的区别 增溶过程是被增溶物以整团的形 式溶入胶束区域内 它仅仅是被增溶物在胶束中 增溶过程是被增溶物以整团的形 式溶入胶束区域内 它仅仅是被增溶物在胶束中 溶 解 溶 解 不增加体系的界面面积 所以是一个 不增加体系的界面面积 所以是一个热力学稳定 体系 热力学稳定 体系 而乳化作用是 而乳化作用是增加相界面的分散过程增加相界面的分散过程 从而使体 系的界面能大为增加 是 从而使体 系的界面能大为增加 是热力学不稳定体系热力学不稳定体系 油田应用化学油田应用化学63 三 驱油用表面活性剂三 驱油用表面活性剂 1 表面活性剂的适用条件1 表面活性剂的适用条件 在岩石表面的在岩石表面的吸附量低吸附量低 以减少表面活性剂的消耗量 以减少表面活性剂的消耗量 与地层流体与地层流体配伍性好配伍性好 不与地层流体发生化学反应 不与地层流体发生化学反应 廉价易得廉价易得 以降低表面活性剂驱油的成本 以降低表面活性剂驱油的成本 在地层中可明显在地层中可明显降低油水界面张力降低油水界面张力 表活剂 表活剂消耗量消耗量主要取决于主要取决于界面活性界面活性及岩石中的及岩石中的吸附量吸附量 非离子型 非离子型 与地层与地层水相溶性好水相溶性好 表面活性高表面活性高 岩石表面 岩石表面 吸附量少吸附量少 缺点 缺点 成本高 成本高 在水中在水中不易溶解不易溶解 阳离子型 阳离子型 在岩石上在岩石上吸附量特别高吸附量特别高 与地层水的 与地层水的相溶性 差 相溶性 差 而且 而且毒性大毒性大 油田应用化学油田应用化学64 2 驱油用活性剂2 驱油用活性剂 基础研究 矿场实验使用的活性剂主要是基础研究 矿场实验使用的活性剂主要是磺酸盐型磺酸盐型 由于碳链长度不同 由于碳链长度不同 磺化度磺化度 芳烃转成磺酸基的百分数 不同 所以 芳烃转成磺酸基的百分数 不同 所以相对分子质量相对分子质量有一个分布范围 性质上有着 千差万别 常用 有一个分布范围 性质上有着 千差万别 常用当量当量和和当量分布当量分布表征它们的性质 表征它们的性质 磺酸盐的当量磺酸盐的当量 即磺酸盐的相对分子质量 即磺酸盐的相对分子质量除以磺酸基除以磺酸基 个数个数所得的商 所得的商 随亲油链相对分子质量的增加而增大 随磺酸基个数增多而减小 不同当量的磺酸盐其 随亲油链相对分子质量的增加而增大 随磺酸基个数增多而减小 不同当量的磺酸盐其水溶性水溶性不同 当量不同 当量 400 水溶性 400 450 油 水皆溶 450 油溶性 450 油溶性 高当量高当量的磺酸盐的磺酸盐降低界面张力能力强降低界面张力能力强 随着当量的减 小 降低界面张力的能力下降 随着当量的减 小 降低界面张力的能力下降 油田应用化学油田应用化学65 1 石油磺酸盐 特点 1 石油磺酸盐 特点 低界面张力 较高增溶能力 价格低 货源广 低界面张力 较高增溶能力 价格低 货源广 存在问题 存在问题 抗盐抗盐能力差 能力差 当量分布宽 不同组分在砂岩上当量分布宽 不同组分在砂岩上吸附能力差别很大吸附能力差别很大 产品的组成和性能产品的组成和性能不稳定不稳定 与聚丙烯酰胺型聚合物混合后 会产生与聚丙烯酰胺型聚合物混合后 会产生絮凝絮凝或分层 或分层 石油磺酸盐中包含着油溶性强和水溶性强各种组分 石油磺酸盐中包含着油溶性强和水溶性强各种组分 分相流动分相流动现象较为突出 导致表面活性剂损失较大 现象较为突出 导致表面活性剂损失较大 地层温度较高时 地层温度较高时 热分解热分解也是一个不可忽视的因素 也是一个不可忽视的因素 油田应用化学油田应用化学66 2 烷基苯磺酸盐 烷基苯磺酸盐 特点 低油水界面张力 随其支链的增长 耐盐度 和溶解度降低 用它配成的水溶液进行模拟驱油实验 效果很好 采收率可达 特点 低油水界面张力 随其支链的增长 耐盐度 和溶解度降低 用它配成的水溶液进行模拟驱油实验 效果很好 采收率可达30 3 醇醚硫酸盐 醇醚硫酸盐 aes 醇醚硫酸盐醇醚硫酸盐 aes 的分子通式为的分子通式为 r o ch2ch2o n so4na 式中 式中r为为c12 c18的烷基 的烷基 n 1 4 分子中有 分子中有两个亲水基 两个亲水基 一个是硫酸基一个是硫酸基 so4 另一个是醚键 另一个是醚键 o 所以亲 水性较强 溶解度 发泡能力 抗硬水性能都比较 好 耐盐能力优于石油磺酸盐 所以亲 水性较强 溶解度 发泡能力 抗硬水性能都比较 好 耐盐能力优于石油磺酸盐 12 油田应用化学油田应用化学67 表面活性剂驱油有三种方法 表面活性剂驱油有三种方法 活性水驱 胶束溶液驱 微乳液驱活性水驱 胶束溶液驱 微乳液驱 1 活性水驱油1 活性水驱油 以表面活性剂浓度以表面活性剂浓度小于cmc小于cmc的表面活性剂水溶液作驱 动介质的驱油方法 的表面活性剂水溶液作驱 动介质的驱油方法 表面活性剂 表面活性剂 阴离子型表面活性剂 如 烷基磺酸 盐 烷基苯磺酸盐等 非离子型表面活性剂 阴离子型表面活性剂 如 烷基磺酸 盐 烷基苯磺酸盐等 非离子型表面活性剂 岩石表 面吸附量少 高价阳离子不敏感 价格高 非离子型和阴离子型表活剂 岩石表 面吸附量少 高价阳离子不敏感 价格高 非离子型和阴离子型表活剂混合使用混合使用 发挥非离子型 表面活性剂 发挥非离子型 表面活性剂乳化作用好乳化作用好和阴离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂润湿作 用 分散作用好 润湿作 用 分散作用好的特点 以取得更好的效果的特点 以取得更好的效果 四 活性剂水溶液驱油四