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1、三元复合驱提高采收率技术,一、复合驱原理及对表面活性剂的要求二、复合驱用表面活性剂的合成及基本性能三、表面活性剂结构与性能的关系 四、表面活性剂在复合驱中的应用实例,EOR,一、复合驱原理及对表面活性剂的要求,第一节 复合驱提高采收率原理 第二节 复合驱对表面活性剂的基本要求 第三节 复合驱用表面活性剂的类型及特点,第一节 复合驱提高采收率原理,1原油采收率 原油采收率是指采出原油量与原油地质储量的百分比，原油采收率由驱油效率和波及效率决定，驱油效率是指驱替液接触到的那部分岩石中驱出的原油的体积占这部分岩石总含油量体积的百分比，它表示出了微观孔隙尺寸范围内原油被洗脱的程度；波及效率是指被注入驱
2、替液所波及到的孔隙体积占油藏总体积的百分数，表示出了油藏宏观范围内原油被驱扫的程度，因此原油采收率可由下式表示：ER=EDEV（1-1-1）式中 ER 原油采收率；ED 驱油效率；EV 波及效率。,2复合驱驱油理论,驱油效率ED可由下式表示：ED=1（1-1-2）式中 S0储油孔隙中现存平均含油饱和度;S0i储油孔隙中原始含油饱和度。,2复合驱驱油理论,为描述岩石中滞留的油在替驱液驱替过程中的运动的关系，Foster等人（1973年）提出了毛细管准数的概念：,毛管准数与剩余油饱和度之间的关系是水驱及化学驱油的重要理论基础，毛管准数Nc的大小表示了二相渗流过程中驱动力和毛细管阻力的比值，它决定着
3、毛管油滴的大小。换句话说，在特定的孔隙介质中，对存在于不同孔隙、不同大小的油滴，其能否开始移动，都直接和毛管准数Nc值大小有关。,式中 Nc毛管准数，无量纲；V驱替液驱替速度，ml/s；孔隙度；w驱替液的粘度，mPas；ow油水界面张力，mN/m。,2复合驱驱油理论,图11 毛细准数与驱油效率和剩余油饱和度的关系,101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 ow,2复合驱驱油理论,提高Nc的方法有三个：即增加驱替液速度V，增加驱替液粘度w或降低油水界面张力ow。一般来说，仅靠增加注水速度和提高水的粘度以及采取周期注水，间歇注水等物理方法都难于使毛管准数提高三个数量级，而通过在水中添
4、加化学剂的手段来大幅度降低油水界面张力，使其降至10-210-3mN/m数量级，目前认为是一个可行的有效途径，这也就是化学驱或复合驱提高采收率的理论基础之一。,2复合驱驱油理论,波及效率EV可以分解为纵向波及效率和横向波及效率的乘积：EV=EAEI 式中 EA驱替剂波及到的面积与注入井和生产井之间控制的含油面积之比；EI驱油剂在垂直向上波及的厚度与油层总厚度之比。,图1-2 波及效率示意图,2复合驱驱油理论,流体在多孔介质中的流动能力可用流度来表示：式中 流体的流度；Ki流体的有效渗透率或相对渗透率Kri与绝对渗透率Kg之积，10-3m2 流体的粘度，mPaS。驱替液与被驱替流体（原油）之间的
5、流动能力的差异，可以用流度比表示：式中 M流度比；注脚w、o分别代表驱替液（水）和被驱替液（油）,2复合驱驱油理论,表1-1 水油流度比与波及效率,2复合驱驱油理论,图1-3 不同分子量聚合物在水溶液中的粘度,添加聚合物能使水溶液粘度提高几十甚至百倍以上。因而可较大幅度地降低水油流度比，提高波及效率,复合驱驱替残余油的微观机理,1.毛细管力：孔隙喉道中非润湿流体所受到的阻力：Pc=2owcos/r 式中 Pc毛细管力，bar;ow油水界面张力，mN/m;水相湿润接触角，度；r 毛细管半径，m,水驱残余油被复合体系驱替出来与下面三个力有关：,复合驱驱替残余油的微观机理,2.粘附力：原油在岩石表面
6、的附着力：Wow(1cos)(1-1-8)式中 W 粘附力(粘附功与粘附力数值相等)；,3.内聚力：原油分子之间的作用力，即将大油滴分散成若干个等径的小油球所作的功：A4nr2ow(1r/R)(1-1-9)式中 A 分散功；n 油滴数；R 分散前的油滴半径；r 分散后的油珠半径；,复合驱驱替残余油的微观机理,复合驱油体系使油水界面张力降低而引起的毛细管力和粘附力大大降低，甚至使毛细管力由阻力变为驱油动力，这是复合驱驱替小孔道柱状残余油和簇状残余油的主要机理,图15 水驱后小孔道柱状残余油被复合驱驱替(a)水驱结束；(b)复合驱结束,复合驱驱替残余油的微观机理,图16 水驱后簇状残余油被复合驱驱
7、替(a)水驱结束；(b)复合驱结束,复合驱驱替残余油的微观机理,图17 复合驱体系驱替油膜的过程(a)水驱后的油膜；(b)油膜上端被剥离、下端拉出油丝；(c)油丝被拉断；(d)整个油膜被驱替干净,复合驱体系降低粘附力和内聚力的作用是驱替膜状残余油的内在因素,复合驱驱替残余油的微观机理,图18 孤岛状残余油被复合驱油体系的驱替过程(a)孤岛状的残余油；(b)拉出油丝；(c)油丝被拉断；(d)变小后的油珠通过喉道,复合驱体系降低内聚力是将孤岛状残余油驱替出来的主要因素,3、复合驱的类型及作用特点,化学复合驱种类,实际研究应用的化学复合驱,碱聚合物驱二元复合驱 碱表面活性剂二元复合驱 碱表面活性剂聚
8、合物三元复合驱 表面活性剂聚合物二元复合驱,碱聚合物二元复合驱（AP驱）的作用特点,碱能与原油中的有机酸或其它有机酸性组分反应就地生成具有表面活性的物质改变岩石表面电性，降低岩石对聚合物的吸附量 改变岩石表面的润湿性，使岩石由油润湿变为水润湿，有利于剩余油的启动、聚并 聚合物使水溶液粘度增加，降低驱替液与油的流度比，提高波及效率 碱一般采用强碱，碱用量较大，且使用强碱对地层有一定伤害 降低油水界面张力幅度不够,碱表面活性剂二元复合驱（AS驱）作用特点,碱的作用与上述的二元复合驱类同 加入表面活性剂大幅度降低油水界面张力，适合低酸值或酸性组分较少的原油 碱与表面活性剂产生协同效应能大幅度降低油水
9、界面张力 改变岩石润湿性，使油滴易于启动、聚并、移动 驱替液粘度低，不能有效地提高波及体积 较大幅度提高驱油效率,所需表面活性剂浓度较大,碱表面活性剂聚合物三元复合驱作用特点,它能利用碱和表面活性剂的作用来有效的降低油水界面张力提高驱油效率，同时又能通过加入聚合物来增加驱替液的粘度，改善油水流度比、提高波及效率 ASP体系使用的表面活性剂浓度低，一般小于0.4wt ASP体系有机复合能拓宽低界面张力的活性区范围，对油藏的适应性更广 适用于高酸值的原油，也用于低酸值甚至是酸值接近零的原油 ASP体系使用的碱可以用强碱或弱碱 目前采用强碱对地层有一定伤害;表面活性剂与聚合物配伍性问题,几种化学驱提
10、高原油采收率的潜力,第二节 复合驱对表面活性剂的基本要求,使油水界面张力达到10-3mN/m数量级。三元复合体系中表面活性剂总浓度小于0.4%，因而表面活性剂需具有较好的抗稀释性，且保证在整个驱替过程中不发生严重的色谱分离现象。能与碱、聚合物有良好的配伍性，避免出现相分离沉淀等现象。表面活性剂在岩石上的滞留损失量应小于1mg/g岩芯。三元复合驱体系在天然岩芯上的驱油效率比水驱提高15以上。表面活性剂的生产工艺可靠，产品质量稳定，价格便宜,表1-2 大庆油田对三元复合驱用表面活性剂的性能要求,第三节 复合驱用表面活性剂的类型及特点,三次采油复合驱用表面活性剂的类型（1）石油磺酸盐；（2）烷基苯（
11、萘）磺酸盐；（3）石油羧酸盐及植物羧酸盐；（4）木质素磺酸盐；（5）烷基芳基磺酸盐；（6）烯烃磺酸盐；（7）非离子表面活性剂；（8）生物表面活性剂；（9）新型表面活性剂,油水性质,表1-3 我国若干原油的分类,油水性质,表1-4 原油的酸值,表1-5 中国油田地层水含盐度,油水性质,复合驱用表面活性剂的特点,（1）由于原油组成的复杂，为使油水界面张力达到超低，表面活性剂的疏水基应复杂、多样，往往需要不同碳链的组合，以达到在油水界面最大密度排列，表面活性剂碳链长度一般高于用在气水界面的表面活性剂。（2）原油主要是以碳氢元素组成的烃类为主的混合物，根据相似相溶原理，表面活性剂的疏水基以碳氢链较合适
12、。此外，原油中含芳香烃物质较多时，选择亲油基带苯环的表面活性剂对降低油水界面张力有利。（3）对于地层水矿化度高的油藏，要求表面活性剂抗盐能力强，且具有一定的抗二价阳离子能力，此时选择支链结构的磺酸盐表面活性剂或非离子表面活性剂较适宜。（4）在单一结构的表面活性剂不能满足复合驱对表面活性剂的全面要求时，可采用表面活性剂之间的复配来实现这一目的。,国外驱油用表面活性剂研究动态,烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐为主的表面活性剂的配方研究及工业化生产(ORS-41,WICTO系列）适合低碱、弱碱体系的表面活性剂（ORS-62)适合高含盐、高Ca2+、Mg2+离子地层用的表面活性剂 表面活性剂结构与性能关系研究
13、新型结构表面活性剂的研究,大庆油田三元复合驱矿场试验,大庆中区西部三元复合驱矿场试验大庆杏二中三元复合驱矿场试验,大庆中区西部三元复合驱矿场试验,中区西部三元复合驱试验区萨13层油藏地质参数表,大庆中区西部三元复合驱矿场试验,碱浓度对界面张力的影响 表面活性剂浓度对界面张力的影响,2三元复合驱配方 1.25wt%Na2CO3+0.3wt%B100+1200mg/L 1275A,大庆中区西部三元复合驱矿场试验,大庆中区西部三元复合驱矿场试验,中区西部三元复合驱油效果显著。以中心井PO5井为 例，含水由见效前的87.9%下降到48.6%，日产油量由3t增加到21t。全区已累计生产原油61175t，净增油19112t，提高采收率16.3%；中心井累计增产原油4207t，提高采收率21.0%。三元复合体系与油层及油层流体有很好的配伍性，不会造成油层堵塞问题。三元复合驱将导致产液能力下降，下降幅度50%，但小于聚合物驱。三元复合驱能明显形成油墙，见效时间早于化学剂突破时间，未见到严重的乳化现象。大庆油田三元复合驱矿场试验,大庆杏二中三元复合驱现场试验,采用五点法面积井网，注入井17口，采出井27口，中心井9口，试验目的层葡21-33。三元复合驱配方：1.2wt%NaOH+0.2wt%HABS+1200mg/L HPAM,250m,杏二中三元复合驱试验井位图,Thank you!,
