油田化学-第4章-采油化学

油田化学第二篇采油化学前言一、采油中存在的问题1.油层问题采收率低油层的化学改造（提高原油采收率）2.油水井问题砂、蜡、水、稠、低油水井的化学改造（增产增注）二、原油采收率1.原油采收率的定义原油采收率＝波及系数×洗油效率2.提高原油采收率的途径有两个途径：提高波及系数；提高洗油效率。3.波及系数波及系数的定义驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比值。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4.洗油效率洗油效率的定义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。提高洗油效率方法改变岩石表面的润湿性和减小毛细管阻力效应的不利影响。三、改造油层的方法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（非烃类混相驱）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）第一节聚合物驱第四章油层的化学改造一、定义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。二、聚合物驱用聚合物1.部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）2、黄胞胶（XC），生物聚合物三、聚合物驱提高采收率原理聚合物驱是通过减小水油流度比的机理，抑制水的指进，提高波及系数，从而提高原油采收率。驱替水在某个方向产生突进，以类似于手指插入的方式进入油层，此现象被称为指进。K1K2K31.水油流度比（1）水油流度比的定义（2）流度比和波及系数的关系2.聚合物降低水油流度比的原因（1）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。（2）减小孔隙介质对水的渗透率通过滞留减小孔隙介质对水的渗透率，滞留的两种形式: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。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、聚合物区段塞图五、盐敏效应盐加入后，盐对扩散双电层的压缩作用，使链段的负电性减小，HPAM分子形成紧密的无视线团，因而对水的稠化能力大大减小六、一个现场实例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第二节表面活性剂驱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。基本概念烷基苯磺酸钠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)水黾（mian)在清水里清水中加入洗衣粉后水黾下沉水黾的长腿能在水面上压出凹陷，水的凹陷曲面上存在的水的表面张力的合力是大体向上的，这也是平衡重力或水黾跳跃时向下冲力的原因。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。一、表面活性剂驱的定义、分类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中相微乳活性水驱胶束溶液驱微乳驱泡沫驱乳状液驱表面活性剂驱二、表面活性剂驱用活性剂1.磺酸盐型表面活性剂2.羧酸盐型表面活性剂3.聚醚（非离子）型表面活性剂4.非离子-阴离子型两性表面活性剂三、活性水驱1.活性水驱的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。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。2.活性水驱提高采收率的原理（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由于表面活性剂可以使降低，改变润湿性，并使q增加，使油滴从岩石表面拉开所需的粘附功大大减少，从而提高了活性剂的洗油能力。（2）润湿反转机理驱油用的表面活性剂的亲水性大于亲油性，它们在地层表面吸附，可使亲油的地层反转为亲水表面，油对地层表面的润湿角增大，导致粘附功减小，洗油效率提高。贾敏效应：当液滴或气泡（液-液或气-液不相混溶的两相）在通过狭窄的孔隙喉道时，由于发生变形而流体流动产生附加阻力的现象。（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。（4）提高表面电荷密度机理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。若从地层表面洗下来的油越来越多，则它们在向前移动时可发生相互碰撞。当碰撞的能量能克服它们之间的静电斥力时，就发生聚并。油的聚并可形成油带。（5）聚并形成油带机理油的聚并可形成油带，这些油带在继续向前移动时又不断将遇到的分散的油珠聚并起来，使油带不断扩大，最后从井底采出来。四、胶束溶液驱1.胶束溶液驱的定义以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱。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。2.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10-2N·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.胶束溶液驱提高采收率机理具备活性水驱的全部机理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。五、微乳驱1.微乳的分类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）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）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5.微乳驱提高采收率机理（水外相为例）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。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－提高了洗油效率。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）聚合物段塞提高波及系数。六、泡沫驱1.泡沫驱的定义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：主要是表面活性剂在起泡剂中还可加入适量的聚合物提高水的粘度，从而提高泡沫的稳定性。3.泡沫性质（1）泡沫特征值指泡沫中气体体积对泡沫总体积的比值。通常泡沫特征值在0.52～0.99之间。泡沫特征值小于0.52时的泡沫叫气体乳状液。泡沫特征值大于0．99时的泡沫易于反相变为雾。泡沫特征值超过0.74时，泡沫中的气泡就会变成为多面体。•泡沫特征值与采收率关系（2）泡沫粘度当泡沫特征值小于0.74时当泡沫特征值大于0.74时泡沫的粘度来源于:1.相对移动的分散介质液层间的内摩擦2.分散相间的相互摩擦泡沫特征值超过一定数值（0.74）时，分散相开始互相挤压、引起气泡变形,泡沫粘度急剧增加4.泡沫驱提高采收率原理（1）Jamin效应叠加机理对泡沫，Jamin效应是指气泡对通过喉孔的液流所产生的阻力效应。当泡沫中气泡通过直径比它小的喉孔时，就发生这种效应。Jamin效应可以叠加，所以当泡沫通过不均质地层时，它将首先进入高渗透层。由于Jamin效应的叠加，所以它的流动阻力逐渐提高．因此，随着注入压力的增加，泡沫可以依次进入那些渗透性较小，流动阻力较大而原先不能进入的中、低渗透层，提高波及系数。（2）增粘机理由于泡沫有大于水的粘度，所以它有大于水的波及系数，因而泡沫驱有比水驱高的采收率（3）稀表面活性剂体系驱油机理泡沫的分散介质为表面活性剂溶液，根据表面活性剂在其中的浓度，它应具有稀表面活性剂体系（加活性水、胶束溶液）的性质，因此具有与它们相同的驱油机理．第三节碱驱1.碱驱的定义以碱溶液作驱油剂的驱油法。又叫：-碱溶液驱-碱强化水驱2.碱驱用碱-碱：NaOH、KOH、NH4OH-盐（潜在碱）：Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4、Na3PO4-Na2CO3和NaHCO3复配-Na3PO4与Na2HPO4复配3.碱与石油酸的反应原油中可与碱反应的石油酸，生成相应的石油酸盐脂肪酸环烷酸胶质酸和沥青质酸等碱驱中还常加入盐，调整亲水亲油平衡4.碱与石油酸反应规律n值越大：(1)RnCOOH酸性越弱，反应需要碱的浓度越高，(2)生成的RnCOO-亲水性越弱(3)生成的RnCOO-越易稳定W/O乳状液RnCOOH+OH-RnCOO-+H2O5.碱驱提高采收率机理（l）低界面张力机理在低的碱含量和最佳的盐含量下，碱与石油酸反应生成的表面活性剂，可使油水界面张力降至1×10-2