三元聚驅(qū)復(fù)合體系研究

1、堿/表面活性劑/聚合物(asp)三元復(fù)合體系驅(qū)油技術(shù)是一種發(fā)展較晚，但在 三次采油中較為成熟的一種技術(shù)。該技術(shù)的驅(qū)油機(jī)理是利用三元體系中的堿、表 而活性劑和聚合物三種化學(xué)劑的協(xié)同效應(yīng)驅(qū)油。大慶油田礦場(chǎng)實(shí)踐表明，三元復(fù) 合驅(qū)可以比水驅(qū)提高采收率20%左右。這種方法展示了令人鼓舞的應(yīng)用而景，受到了人們的普遍重視，然而三元體 系驅(qū)油的成本相對(duì)較高，如何進(jìn)一步降低其成本提高效益也是該技術(shù)能否大規(guī)模 應(yīng)用的關(guān)鍵。木文通過(guò)對(duì)三元復(fù)合體系驅(qū)油影響因素的研究力求在降低成木進(jìn)一 步提高采收率方面做出有益工作。通過(guò)系統(tǒng)的室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，較為詳細(xì)的分 析了三元復(fù)合驅(qū)的主要影響因素，考查了體系的粘度比、主段塞的注入

2、方式及注 入速度、體系的界面張力、油層變異系數(shù)對(duì)體系驅(qū)油效杲的影響。揭示了影響三 元復(fù)合體系驅(qū)油提高原油采收率的主要因素，為礦場(chǎng)成功應(yīng)用該技術(shù)提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：三元復(fù)合體系；粘度比；界面張力；驅(qū)油；實(shí)驗(yàn)abstractalkaline/surfactant/polymer(asp) flooding system is a lately developed oil displacement technique, but it is a mature technique of tertiary oil recovery. its displacement mechanism: it uses

3、synergistic effect of alkaline, surfactant and polymer in asp flooding system to displace oil. field practices in daqing oilfield express that asp flood can enhance recovery efficiency 20% or so than water flood.the method displays an inspiring application prospects and is widely valued by people. h

4、owever the cost of asp flood for oil displacement is higher, and how to further lower its cost and increase the benefit is also the key point that the technique can large-scale applied or not. through the study of oil displacement effect factor of asp flood, it tries hard for beneficial work on furt

5、her lowering the cost and enhancing recovery efficiency in the article. through systematic indoors physical analogy experiments, it analyzes main effect factors of asp flood in detail and investigates the increment of viscosity ration, main slug injection manner and rate, interfacial tension, format

6、ion variation coefficient and main slug residual resistance factor to affect the oil displacement effect of the system. it reveals main factors that asp flood enhances recovery efficiency and provides the basis for succeeding in applying the technique in the field.key words: alkaline/surfactant/poly

7、 flooding system; viscosity ratio;interfacial tersion; oil displacement; experiment第一章緒論11.1本研究工作的意義11.2三元復(fù)合驅(qū)的演變及發(fā)展?fàn)顩r21.3本文的主耍工作5第2章堿/表面活性劑/聚合物（asp）三元復(fù)合體系62.1 asp三元復(fù)合驅(qū)屮各組分的作用72. 2 asp三元復(fù)合體系中化學(xué)劑的吸附滯留122. 3 asp三元復(fù)合驅(qū)油體系各組分的選擇15第3章asp三元復(fù)合體系驅(qū)油效果影響因素實(shí)驗(yàn)研究173. 1實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法條件173. 2三元復(fù)合體系驅(qū)油影響因素實(shí)驗(yàn)研究18結(jié)論28致謝29附錄3

8、0參考文獻(xiàn)32第一章緒論1.1本研究工作的意義石油在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地位。1999年我國(guó)原油產(chǎn)量已達(dá)1.6億噸, 居世界第五位，成為世界主耍產(chǎn)油大國(guó)z-o然而隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 我國(guó)石油消費(fèi)量迅速增長(zhǎng)，產(chǎn)量增長(zhǎng)低于消費(fèi)增長(zhǎng)。從1993年開始，我國(guó)已由石 油凈出口國(guó)變?yōu)閮暨M(jìn)口國(guó)。我們知道石油是不可再生資源，它的開采過(guò)程分為一次采油、二次采油和三 次采油。一次采油是利用地層天然能量驅(qū)動(dòng)原油，如溶解氣驅(qū)、氣頂驅(qū)。這種開 采方式由于受到天然能量的限制，產(chǎn)量遞減速度快、采油速度慢、原油采收率低, 一般只能采出不足地下原油的10%。隨著滲流理論的發(fā)展，達(dá)西定律應(yīng)用于油田 開發(fā)，人們認(rèn)識(shí)到

9、油井產(chǎn)量與壓力梯度成止比關(guān)系，一次采油采收率低的主要原 因是油層能量的衰竭，從而提出了人工注水（氣），保持油層壓力的二次采油方法, 使石油采收率提高到3050%,這是當(dāng)今世界上油田的主要開發(fā)方式，是油田開發(fā) 技術(shù)上的第一次飛躍。然而即使在最理想的儲(chǔ)層中，傳統(tǒng)的一次采油和二次采油 只能采出原油地質(zhì)儲(chǔ)量的3050%,因此，如何將這些殘留在地下的原油采出來(lái)， 進(jìn)一步提高采收率，是石油工業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)z急，是眾多科學(xué)家研究的重要課題 z。三元復(fù)合驅(qū)（堿/表面活性劑/聚合物的復(fù)合）是80年代國(guó)外出現(xiàn)的三次采油 新方法，它是在二元復(fù)合體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。我國(guó)的三元復(fù)合驅(qū)（asp驅(qū)） 技術(shù)起步較晚但是發(fā)展

10、很快。近十幾年來(lái)，三元復(fù)合驅(qū)從化學(xué)驅(qū)中脫穎而出，成 為最具有應(yīng)用前景的方法z-o這一方面是由我國(guó)的特殊油藏條件及各種技術(shù)適 應(yīng)性所決定的；另一方面則是因?yàn)槿獜?fù)合驅(qū)綜合發(fā)揮了不同化學(xué)劑的協(xié)同效應(yīng), 從而成為大幅度提高石油采收率的重要方法。三元復(fù)合驅(qū)利用表面活性劑和堿的 協(xié)同作用，使復(fù)合體系/原油形成超低界面張力。堿可以大幅度降低價(jià)格昂貴的表 而活性劑的用量，它不僅可以部分替代表面活性劑，而且述可以減少活性劑和聚 合物在油藏中的損耗。聚合物主耍起流度控制作用，減少?gòu)?fù)合體系指進(jìn)和擴(kuò)大波 及體積。我國(guó)在勝利油田孤東小井距試驗(yàn)區(qū)實(shí)施了首例asp復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，結(jié) 果表明石油采收率明顯增加，油井含水顯著

11、降低。隨后大慶油田室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng) 實(shí)驗(yàn)表明，三元體系驅(qū)油可比水驅(qū)提高原油采收率20%以上。這種方法展示了令 人鼓舞的應(yīng)用前景，普遍受到了人們的重視。然而三元體系驅(qū)油的成本相對(duì)來(lái)說(shuō) 較高，如何進(jìn)一步降低其成本提高效益也是該技術(shù)能否大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵，本文 通過(guò)對(duì)三元復(fù)合驅(qū)影響因素的研究力求在降低成本進(jìn)一步提高采收率方而做岀有 益工作。1.2三元復(fù)合驅(qū)的演變及發(fā)展?fàn)顩r三元復(fù)合驅(qū)是由堿、表而活性劑和聚合物組成的復(fù)合體系驅(qū)油方法，它是在 堿驅(qū)、表面活性劑驅(qū)和聚合物驅(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)大幅度提高原油采收率 的新技術(shù)。該技術(shù)綜合了堿驅(qū)和表面活性劑/聚合物驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)，不僅能擴(kuò)大波及體 積、提高驅(qū)油效率，而且

12、又能較大幅度地降低表面活性劑的用量，使其具有較好 的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。早在1917年，f. squired就認(rèn)識(shí)到在注入水中加入廉價(jià)的堿劑（碳酸納、 氫氧化鈉等）能夠使地下油層孔隙小的水驅(qū)剩余油進(jìn)一步降低，從而提高石油采 收率。10年jd atkinson151在美國(guó)屮請(qǐng)了堿水驅(qū)的第一項(xiàng)專利。人們對(duì)堿水驅(qū)進(jìn)行 了深入研究是因?yàn)閴A劑耍比表面活性劑便宜得多。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于酸性高的原 油發(fā)展了堿水驅(qū)提高石油采收率的方法。但是，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)的堿水驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表 明，采收率增加值不超過(guò)6%8%, 般在2%左右，主要是由于大量的堿耗以及流 度比不適宜，從而引起的低的波及效率和驅(qū)油效率。聚合物驅(qū)適用于溫度適小、

13、原油粘度小等、非均質(zhì)比較嚴(yán)重的油藏。同常規(guī) 注水方法相比，注聚合物驅(qū)油可以明顯地提高原油采收率。決定聚合物驅(qū)的兩個(gè) 主耍因素是油層非均質(zhì)性和油層內(nèi)流體的流度比。由于該方法機(jī)理相對(duì)簡(jiǎn)單、技 術(shù)上比較成熟以及投資相對(duì)少，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的先導(dǎo)性和工業(yè)性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)， 目麗已經(jīng)在大慶油田進(jìn)入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段，但存在的主要問(wèn)題是提高采收率 幅度有限。60年代初，人們開始研究在堿水屮加入聚合物以提高驅(qū)油劑的流度，提高波 及系數(shù)，被稱為聚合物增效堿驅(qū)（ap驅(qū)）或叫堿增效聚合物驅(qū)，即在聚合物溶液 中加入堿劑，以綜合二者的優(yōu)勢(shì)于一體。tiorco公司曾在iscnhour油田進(jìn)行過(guò) 先導(dǎo)性試驗(yàn)，石油采收率增加值達(dá)

14、到26. 4% （00pi）o這主耍是聚合物使驅(qū)油劑體 系的流度降低而堿劑不但同原油中的有機(jī)物作用生成表面活性劑降低油水界面張 力，而且驅(qū)油過(guò)程中的損失顯著地降低。最早由dome等幾個(gè)石油公司開發(fā)的堿/ 表而活性劑/聚合物復(fù)合驅(qū)油體系（asp驅(qū)）一出現(xiàn)就受到了普遍重視，加入適當(dāng) 類型和濃度的堿到稀濃度的表面活性劑溶液中（濃度低于0. 5%）,并配以適當(dāng)濃度 的聚合物以保持體系足夠的粘度，采用該體系幾乎能得到與膠束/聚合物（mp）驅(qū) 相同的采收率提高幅度，但是表而活性劑的用量卻降至千分z幾。terra能源公司 最早在美國(guó)懷俄明州的west kichl油田進(jìn)行了 asp驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，可以使石油采收

15、率提高15% （00ip）以上,且每采出一噸油的成本大幅度降低。80年代初,堿/表 而活性劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)研究迅速興起。在堿液屮加入少量表面活性劑，原油 酸值不再是重要的考慮因素，堿驅(qū)的使用范圍擴(kuò)大，同時(shí)超低界面張力的堿濃度 范圍擴(kuò)大，可以使用高堿濃度以補(bǔ)償堿耗。加入的聚合物有利于進(jìn)行流度控制。 而三元復(fù)合驅(qū)小表而活性劑的濃度僅為0. 2%0. 6%,大大地降低了化學(xué)驅(qū)的成本。 早在1986年，schuler等人認(rèn)為表面活性劑/堿/聚合物三元復(fù)合驅(qū)能夠改善驅(qū) 油效率的原因z就是三元復(fù)合驅(qū)替過(guò)程中，三元復(fù)合體系與原油間的界面張力 降低到了 lowm左右，并且在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠保持穩(wěn)定。在界面

16、張力的研究方面，1956年，rcisbcrg和doschcr首次提出將表面活 性劑與堿復(fù)配使用，他們用非離了型表面活性劑triton x-100和naoii復(fù)配提高 了室內(nèi)巖心的采收率。1975年,burdyn et al. 9申請(qǐng)了在堿驅(qū)中使用磺酸鹽類表 面活性劑的專利，他們發(fā)現(xiàn)隨著堿濃度的增大，原油-堿水體系的界面張力大大升 高，而加入一種合成的烷基芳基磺酸鹽后，能在一個(gè)很寬的堿濃度范圍內(nèi)得到單 獨(dú)使用堿不能獲得的低界而張力。1982年，krumrinc ct al. 10考察了堿對(duì)低酸值 原油（小于0. 2mg koil/g原油）一表面活性劑體系界面張力的影響。1984年，nelson

17、et at. 11也提出在堿水中加入合成表面活性劑，他們使用了陰離了型表面活性劑 與堿復(fù)配，進(jìn)行了相行為的研究，但沒(méi)有進(jìn)行界面張力的測(cè)量。此后，有許多研 究者指出在堿/表面活性劑體系中加入合成表面活性劑可以獲得低界面張力。1990 年，taylor et al.12j首次報(bào)道了堿/表面活性劑/原油體系的動(dòng)態(tài)界面張力行為。 1992年，rudin和wasan13：對(duì)堿/酸性模擬油體系的動(dòng)態(tài)界面張力和平衡界面張力 進(jìn)行了系統(tǒng)研究，考察了離了強(qiáng)度、p1i值、模擬油中有機(jī)酸濃度以及有機(jī)酸類型 對(duì)界面張力和表面張力的影響，認(rèn)為未離解酸對(duì)超低界面張力的存在起重耍作用。 后來(lái)rudin和wasan又考察了恒

18、定離子強(qiáng)度條件下ph值對(duì)石油堿酸鹽/模擬油體 系動(dòng)態(tài)界面張力的影響，并再次提出未離解酸對(duì)低界面張力的影響。康萬(wàn)利等 探討了石油撥酸鹽復(fù)合體系和大慶原油形成動(dòng)態(tài)界面張力的原因，認(rèn)為低界面張 力主要是石油竣酸鹽活性劑的貢獻(xiàn)，而動(dòng)態(tài)低張力過(guò)程是由水相屮的堿與原油屮 的有機(jī)酸反應(yīng)生成的界面活性物質(zhì)在界面上吸附和解吸引起的。taylor1151研究了 聚合物對(duì)酸性油/堿/表面活性劑體系界面張力的影響。發(fā)現(xiàn)在固定表面活性劑濃 度時(shí)，隨聚合物濃度增大，達(dá)到界而張力最低值所需時(shí)間增大。對(duì)三元復(fù)合體系與原油間超低界面張力的形成機(jī)理，說(shuō)法不一。m.j.roscn冏 認(rèn)為油水界面不僅吸附表面活性劑分了，而且只有存在

19、第三相時(shí)，才能形成超低 界面張力。k. s. chan,7認(rèn)為表而活性劑分別在油水相達(dá)到臨界膠束濃度，且分配 系數(shù)等于1時(shí)才形成超低界面張力。楊金華等昭通過(guò)對(duì)高分了表面活性劑和堿水 體系的顯微圖片分析認(rèn)為，高分了膠束在堿的作用下解締，引起單分了口由鏈的 增多，有利于向油水界面繼續(xù)遷移，是界面張力達(dá)到超低的重耍原因。楊振宇冋 通過(guò)對(duì)低濃度表面活性劑三元體系相態(tài)的研究認(rèn)為，油水z間產(chǎn)生超低界面張力 是由于表面活性劑在油水界面的富集而形成了中間相，中間相既具有親水特性又 具有親油特性。因此，它與上相油和下相水都能形成超低界面張力。復(fù)合體系的驅(qū)油機(jī)理復(fù)朵，它集堿水驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)的驅(qū)油機(jī) 理

20、為一體。對(duì)于復(fù)合驅(qū)驅(qū)油機(jī)理主耍有超低界面張力機(jī)理和流度控制機(jī)理。pitts呦 詳細(xì)研究了配方中三元成分對(duì)驅(qū)油效率的影響，指出asp中聚合物濃度對(duì)提高采 收率幅度起決定性作用，聚合物只有達(dá)到一定濃度時(shí)，采收率提高幅度最大。超 低界面張力是大幅度提高采收率的必耍條件。表面活性劑濃度越大，采收率提高 幅度越大，但受經(jīng)濟(jì)條件限制，對(duì)特定的體系，表面活性劑存在一個(gè)最佳用量。 堿的作用是與表而活性劑共同作用產(chǎn)生超低界面張力。高永新研究了克拉瑪依 油藏的復(fù)合驅(qū)微觀驅(qū)替機(jī)理，研究了礫巖油藏特殊孔隙結(jié)構(gòu)條件卜水驅(qū)后殘余油 在各種驅(qū)動(dòng)流體作用下的運(yùn)動(dòng)、分散、運(yùn)移及聚集的問(wèn)題。楊清彥等呦采用二維 仿真地層孔隙網(wǎng)絡(luò)微

21、觀模型從水驅(qū)后的殘余油圖像與三元復(fù)合驅(qū)替后的圖像對(duì)比 及殘余油驅(qū)替過(guò)程入手，研究了三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)替不同形狀水驅(qū)殘余油的機(jī)理。指 出三元復(fù)合體系使油水界面張力降低和潤(rùn)濕性改變而引起的毛細(xì)管力和粘附力大 大降低是驅(qū)替柱狀殘余油和簇狀殘余油的主要機(jī)理，降低粘附力和內(nèi)聚力是驅(qū)替 膜狀殘余油的內(nèi)在因素。劉中春等利用微觀防真模型通過(guò)圖像采集系統(tǒng)將驅(qū)油 過(guò)程的圖像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的數(shù)值信號(hào)，研究了三元復(fù)合體系驅(qū)替肓端殘余油的機(jī) 理。認(rèn)為三元復(fù)合體系驅(qū)替盲端殘余油能力較強(qiáng)，主要是低界而張力和粘彈性共 同作用的結(jié)果，低界面張力使粘彈性驅(qū)替液深入肓端孔隙，粘彈性使低界面張力 驅(qū)替液接觸到更多的殘余油。劉建軍、宋義嫩等冏

22、應(yīng)用平板夾砂模型和微觀仿真 模型對(duì)堿/表活劑/聚合物三兀復(fù)合驅(qū)驅(qū)油的微觀滲流機(jī)理進(jìn)行研究，指出該體系 貝有降低油/水界面張力、減小孔道中毛管力的作用；能夠減小原油表面分了的 內(nèi)聚力，提高原油的變形能力和流動(dòng)能力；能夠使殘余油乳化變形，易變形的油 流滲流通過(guò)孔喉時(shí)被切割乳化，增加了原油的流動(dòng)性，乳化后原油具有攜帶能力； 在驅(qū)替過(guò)程中使油珠聚并形成富集油帶；能夠調(diào)節(jié)油/水流度比，擴(kuò)大波及面積， 使殘余油通過(guò)油橋連接、界面輸運(yùn)。三兀復(fù)合體系影響因素研究方而，李華斌、吳文祥漪在大慶油田油層（溫度、 水質(zhì)以及原油等）條件廠 以適合于大慶油田的堿/表面活性劑/聚合物（asp）三元 復(fù)合體系為例，通過(guò)數(shù)值模

23、擬和物理模擬相結(jié)合的方法，研究了油層非均質(zhì)性（滲 透率變異系數(shù)vq和油層韻律對(duì)asp驅(qū)油效果的影響。王克亮、廖廣志等泅通過(guò) 物理模擬實(shí)驗(yàn)研究了三元復(fù)合體系和聚合物驅(qū)油液粘度對(duì)驅(qū)油效杲的影響。趙明 國(guó)切通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了在三元復(fù)合驅(qū)中大慶油田巖石潤(rùn)濕性的變化規(guī)律， 分析了潤(rùn)濕性的變化機(jī)理。指出三元復(fù)合驅(qū)后，巖石潤(rùn)濕性發(fā)生變化，總的趨勢(shì) 是巖石潤(rùn)濕性向親水方向轉(zhuǎn)化。三元復(fù)合驅(qū)小巖石潤(rùn)濕性的變化主要是因?yàn)榛瘜W(xué) 劑與地層中二價(jià)陽(yáng)離了、巖石礦物相互作用，改變巖石的表面性質(zhì)以及堿對(duì)吸附 在巖石表面的剛性油膜的溶解，使各相z間的界面張力發(fā)生變化。廖廣志、楊振 宇、劉奕測(cè)針對(duì)大慶油田低酸值原油的特點(diǎn)，從

24、原油組成，表而活性劑、堿、聚 合物濃度及其類型、配置等諸方面，對(duì)三元復(fù)合驅(qū)中界面張力的影響因素進(jìn)行了 探討。李華斌、隋軍、楊振宇測(cè)在大慶油田室內(nèi)配方和先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)研究基礎(chǔ) 上，利用軟件（gcomp）三元復(fù)合驅(qū)（asp）油藏?cái)?shù)值模擬軟件，進(jìn)行了大慶油田 三元復(fù)合驅(qū)注入程序及段塞優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了北一區(qū)斷西礦場(chǎng)試驗(yàn)的最佳注 入程序及段塞大小。侯吉瑞、劉中春等剛研究了三元復(fù)合體系的粘彈效應(yīng)對(duì)驅(qū)油 效率的影響，指岀三元復(fù)合體系存在粘彈效應(yīng)，隨堿濃度降低，體系粘彈性增加, 驅(qū)掃肓端殘余油的能力逐漸增強(qiáng)，首次提出了低堿復(fù)合驅(qū)的概念，否定了超低界 面張力在復(fù)合驅(qū)中的必耍性。盧祥國(guó)、戚連慶等研究了低活性劑

25、濃度三元復(fù)合 體系的驅(qū)油效果，指出低活性劑三元復(fù)合體系是-種高效廉價(jià)的驅(qū)油體系。翟瑞 濱、曹鐵、鹿守亮等凹通過(guò)室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究了三元體系中聚合物、表面 活性劑濃度對(duì)驅(qū)油效杲的影響，并進(jìn)行了降低化學(xué)劑用量的實(shí)驗(yàn)研究。夏惠芬、 劉春澤等呦研究了三元復(fù)合驅(qū)油體系粘彈性對(duì)驅(qū)油效率的影響。指出，堿濃度增 加可以降低復(fù)合體系的界面張力，同時(shí)也使復(fù)合體系的粘彈性（和粘度）下降。復(fù)合體系的粘彈性及界面活性均可以提高驅(qū)油效率，再次提出復(fù)合體系與原油間 的界面張力達(dá)到超低并不是復(fù)合驅(qū)應(yīng)用的絕對(duì)必要條件。侯吉瑞、劉中春等創(chuàng)針 對(duì)大慶油田三元復(fù)合驅(qū)的油層條件，利用滲透率變異系數(shù)為0. 72的三層非均質(zhì)模 型進(jìn)行

26、了驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究了堿及聚合物濃度對(duì)asp驅(qū)采收率的影響，并 利用加隔層模型和合注分采方式，研究了堿濃度對(duì)啟動(dòng)屮、低滲透層的影響。1.3本文的主要工作本論文從以卜幾個(gè)方面對(duì)三元復(fù)合體系驅(qū)油效果進(jìn)行系統(tǒng)研究：體系的粘度 比對(duì)體系驅(qū)油效果的影響，不同變異系數(shù)條件對(duì)三元復(fù)合驅(qū)效果的影響研究，主 段塞大小及注入速度對(duì)三元復(fù)合驅(qū)效杲的影響研究，不同界面張力體系對(duì)三元復(fù) 合驅(qū)效杲的影響研究。揭示了影響三元復(fù)合驅(qū)提高采收率的主耍因素：三元體系 與原油間的界面張力、三元體系與原油的粘度比以及注入方式，從而優(yōu)化了三元 復(fù)合體系配方，并針對(duì)優(yōu)選配方進(jìn)行不同變異系數(shù)條件驅(qū)油效杲研究，為礦場(chǎng)成 功應(yīng)用該技術(shù)提供

27、依據(jù)。第2章堿/表面活性劑/聚合物（asp）三元復(fù)合體系原油采收率是采出的原油量與油藏地質(zhì)儲(chǔ)量的比值，該比值取決于驅(qū)油劑在 油藏中波及到的孔隙體積分?jǐn)?shù)和驅(qū)油劑在儲(chǔ)油孔隙中驅(qū)出的原油的體積分?jǐn)?shù)，可用下式表示:(2-1)ek= = ev.ed式屮：np乞一原油采收率；n p 米出原油的總體積；n。一油藏原始地質(zhì)儲(chǔ)量；e“一洗油效率系數(shù)； 仇一體積波及系數(shù)；s。,一原始含油飽和度;vp孔隙體積；bo地層體積系數(shù)。在決定油田石油采收率的眾多因素中，驅(qū)油劑的波及效率和洗油效率是最重耍的參數(shù)。asp三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)通過(guò)同時(shí)注入界面張力降低劑和流度控制劑來(lái)提 高采收率。注入流體中聚合物的加入可以改善流度比，

28、減少了粘性指進(jìn)，由于水 相的相對(duì)滲透率的降低導(dǎo)致流體轉(zhuǎn)向，擴(kuò)大了波及系數(shù)（乞）。堿和表面活性劑聯(lián) 合作用的主要機(jī)理是降低界面張力，界面張力的降低增加了毛細(xì)管數(shù)，從而提高 了洗油效率（e/。結(jié)果asp復(fù)合驅(qū)同時(shí)增加了原油采收率方程中的兩個(gè)系數(shù)乞和 ed以達(dá)到最大的增采油量。油田礦場(chǎng)試驗(yàn)證實(shí)網(wǎng)復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出原油中重質(zhì)組分明顯 增加，輕質(zhì)組分明顯減少，說(shuō)明其采岀了水驅(qū)難以采出部分原油。堿/表面活性劑/聚合物（asp）三元復(fù)合體系驅(qū)油技術(shù)是一種發(fā)展較晚，但在 三次采油中較為成熟的一種技術(shù)。該技術(shù)的驅(qū)油機(jī)理是利用三元體系中的堿、表而活性劑和聚合物三種化學(xué)劑的水溶液協(xié)同效應(yīng)驅(qū)油。三元復(fù)合驅(qū)不但可以適應(yīng) 高酸值

29、原油，同時(shí)也可以適應(yīng)像大慶這樣的低酸值原油3（酸值小于0. lmgk0ii/g）o 冃前使用的聚合物一般為聚丙烯酰胺（pam）和部分水解聚丙烯酰胺（ilpam）o由 堿劑、表而活性劑和聚合物的作用來(lái)看，它們都各有優(yōu)缺點(diǎn)。除聚合物外，其余 兩類化學(xué)驅(qū)替劑很少單獨(dú)使用，一般都是相互配合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以充分利用它們 間的協(xié)同效應(yīng)，即：堿劑價(jià)格低廉，會(huì)和原油酸組分反應(yīng)生成天然表面活性劑， 減少人工表而活劑的損失，協(xié)助表而活性劑使油/水界面張力達(dá)到超低值，但它要 和儲(chǔ)層流體、固體發(fā)生作用，口身受到消耗并傷害儲(chǔ)層；表面活性劑雖然會(huì)降低 油/水界面張力，改變巖石潤(rùn)濕性，提高驅(qū)油能力，但它價(jià)格昂貴，而且容易發(fā)生

30、 吸附、沉淀等現(xiàn)象而受到消耗，并且它與堿劑一樣缺乏適當(dāng)?shù)牧鞫瓤刂?，波及?率較差。聚合物可顯著降低驅(qū)替液的流度，提高驅(qū)掃效率，但它耍發(fā)生滯留，捕 集與降解等。揚(yáng)長(zhǎng)避短，相互配合使用，可達(dá)到最佳驅(qū)油效杲。因此，各種驅(qū)替 劑的優(yōu)缺點(diǎn)就注定三元復(fù)合驅(qū)強(qiáng)化采油技術(shù)的產(chǎn)生，合理的調(diào)配它們z間的關(guān)系, 可以得到高效率的體系。從而進(jìn)一步提高原油釆收率。堿劑價(jià)格低廉、表面活性 劑可以降低油/水界面張力、聚合物可以改善流度比，提高體積波及效率。2.1 asp三元復(fù)合驅(qū)中各組分的作用三元復(fù)合驅(qū)油體系中齊種驅(qū)油劑在儲(chǔ)層中的行為和作用決定了其驅(qū)油機(jī)理， 以下從齊驅(qū)油劑在儲(chǔ)層小的作用角度討論其驅(qū)油機(jī)理。2.1.1堿在三

31、元復(fù)合驅(qū)中的作用1）降低油/水界面張力與原油111的有機(jī)酸發(fā)生皂化反應(yīng)生成有機(jī)酸皂，其反應(yīng)的通式為:r - cooh + w /t + coona+t. f. yen及dt. wasan等人的研究發(fā)現(xiàn)問(wèn)，這些皂化反應(yīng)物是復(fù)朵的有機(jī) 酸皂的混合物，是由不同烷姪鏈竣酸皂、環(huán)烷酸皂組成的分了量分布范圍較寬的 不同化學(xué)特性的表面活性劑，它們能夠在油/水界面上吸附降低油水界面張力，并 能與外加的合成表面活性劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，增加活性，減少表而活性劑的用量， 形成超低界面張力。并能拓寬表面活性劑的活性范圍。決定單位油層體積中潛在 產(chǎn)量的能力可用毛管數(shù)（nj來(lái)描述，毛管數(shù)越大則采收率越高，一般毛管數(shù)需 在10

32、3至10 2左右,而毛管數(shù)nc有如下的定義:nc -（2-2）式小： “一驅(qū)替相粘度；v注入速度；o油水界面張力（mn/m）。對(duì)于正常水而言，毛管數(shù)僅為io'至105,可見要把毛管數(shù)增大到1（t至ict 單靠增加壓力降或增加粘度是不行的，而必須降低界面張力。堿與原油中的有 機(jī)酸反應(yīng)生成的表面活性劑與合成的表面活性劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)使油水界面張力大 幅度降低，堿和表面活性劑都可顯著降低油/水界而張力，因此利于釆油。界而張 力降低后主要以兩種方式來(lái)提高原油采收率：一種是乳化和挾帶，油和水間的界 面被破壞，形成水包油，隨流動(dòng)的水帶出地層；第二種是捕集，油滴聚并成大油 滴，進(jìn)而形成可流動(dòng)的連續(xù)油帶

33、，提高油的流度，降低水的流度，從而提高驅(qū)替 劑驅(qū)油能力與波及效率，達(dá)到提高原油采收率的口的?？梢姡瑝A的加入對(duì)降低界 面張力有利。2）改變巖石的潤(rùn)濕性在油-水-巖石系統(tǒng)中,存在油/水（q、油/巖石5）和水/巖石（f） 三種界面張力，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)：.=c7u,4-cos。這三個(gè)界面張力z間的 關(guān)系決定了巖石潤(rùn)濕性的特征。堿與巖石反應(yīng)生成的表面活性劑除聚集在油水界 而降低”呵外，部分表面活性劑吸附在巖石表面，改變仏和f ,使上述平衡遭 到破壞，巖石潤(rùn)濕性發(fā)生改變。三元復(fù)合驅(qū)后，巖石潤(rùn)濕性變化的總趨勢(shì)是向親 水方向轉(zhuǎn)化，三元復(fù)合驅(qū)中巖石潤(rùn)濕性的變化主要是因?yàn)榛瘜W(xué)劑與地層中二價(jià)陽(yáng) 離子、巖石礦物相互

34、作用，改變巖石的表面性質(zhì)以及堿對(duì)吸附在巖石表而的剛性 油膜的溶解，使各相z間的界面張力發(fā)生變化測(cè)。3）溶解堅(jiān)硬的界面薄膜及原油的乳化測(cè)大量研究數(shù)據(jù)表明水和一些油滴界而處存在堅(jiān)硬的薄膜結(jié)構(gòu)。瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、 嚇【林、和石蠟都是產(chǎn)生堅(jiān)硬界面薄膜的原油成分。該界面膜使油滴相互孤離，縮 小孔喉，限制原油在孔喉中的連續(xù)流動(dòng)。而堿水溶液可溶解這些薄膜，促使原油 乳化聚并，提高油的流動(dòng)性和產(chǎn)出量。這個(gè)機(jī)理可以說(shuō)與油/水界而張力的降低并 不完全獨(dú)立。乳化現(xiàn)象在含堿劑驅(qū)油過(guò)程中廣泛存在，油/水界面張力越低則薄膜 越容易破裂，乳化越容易形成。當(dāng)乳化液形成后，則可發(fā)生油滴的捕集、挾帶、 聚并，提高水相的粘度，滯留于大

35、孔隙的喉部，降低驅(qū)替液的流動(dòng)能力來(lái)提高波 及范圍和波及效率。4）堿對(duì)表面活性劑的影響堿可與鈣、鎂離子反應(yīng)或與粘土進(jìn)行離子交換，起犧牲劑的作用，保護(hù)表面 活性劑；堿也可提高砂巖表面的負(fù)電性，減少砂巖表面對(duì)表面活性劑的吸附量。 堿在調(diào)節(jié)體系的含鹽度方面相當(dāng)于鹽的作用測(cè)，即通過(guò)調(diào)整離了強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)表面 活性劑在油水相小的分布，當(dāng)表面活性劑在油相和在水相屮的分配比較接近一定 臨界（或平衡）值時(shí)，油水界面張力最低。堿與原油中的有機(jī)酸反應(yīng)生成的表面 活性劑可與外加的合成表面活性劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使三元體系與原油間的界面張 力很快降到lowm以下。mukerjcc等在研究相平衡的影響因素時(shí)證明網(wǎng),在低含鹽度時(shí)隨

36、011的加入, 表面活性劑的解離程度增加，即表面活性劑變得更加親水，在高的含鹽度下需耍 較高濃度的naoh,以增加表而活性劑的解離度，保證屮相的形成。在一個(gè)特定的 naoh濃度（或ph值）下，所有的表面活性劑分子將被解離，起反作用的ph值和 含鹽度的影響將不再存在，naoii只起電解質(zhì)的作用。5）堿對(duì)聚合物溶液粘度的影響堿通過(guò)以下三種方式影響聚合物的粘度。首先，堿向聚合物溶液小提供陽(yáng)離 了，這些陽(yáng)離了通過(guò)電荷屏蔽機(jī)理降低聚合物的粘度。其次，堿可以水解聚合物 鏈上酰胺基，使聚合物的粘度增加。化學(xué)方程式如下：-ch2-ch +ynaoh -ch?ch士 -ch2-ch +ynh3t=ot=okoi

37、ii +nflnh2o=na再次，堿通過(guò)與鈣、鎂離子反應(yīng)或與粘土進(jìn)行離子交換，起犧牲劑的作用， 保護(hù)聚合物，堿提供的0h提高了砂巖表面的負(fù)電性能夠降低聚合物的吸附滯留損 失。堿的濃度對(duì)聚合物溶液粘度的影響取決于上面兒個(gè)因素的綜合效應(yīng)。在堿的 濃度比較低時(shí)，聚合物溶液的粘度隨堿的濃度增大而上升或趨于恒定；當(dāng)堿的濃 度比較高時(shí)，存在的高濃度鈉離子會(huì)通過(guò)電荷屏蔽，抵消掉水解作用對(duì)粘度的影 響，聚合物的粘度降低。在低堿濃度下聚合物的粘度與混合后不同的剪切速率有 關(guān)匈，隨著混合時(shí)間的增加，聚合物的粘度增大，而幕率指數(shù)下降，臨界剪切速 度降低，這些結(jié)果表明，聚合物的視粘度與牛頓流動(dòng)狀態(tài)隨時(shí)間增加而發(fā)牛偏離

38、。 存在強(qiáng)堿情況下，部分水解聚內(nèi)烯酰胺進(jìn)一步水解，隨著聚合物的水解其側(cè)鏈上 竣基數(shù)目增多，因此靜電排斥增強(qiáng)、鏈的尺寸增大，從而休系粘度增大。2. 1.2聚合物在三元復(fù)合驅(qū)中的作用聚合物是大量的簡(jiǎn)單分子（單體）縮聚而成的分子量很大（百萬(wàn)）的天然或 人工合成的高分子化合物。聚合物對(duì)界面張力的影響很小在asp驅(qū)中其作用 主要是通過(guò)提高張?zhí)嫦嗾扯?，從而降低?qū)替相與被驅(qū)替相的流度比，達(dá)到流度控 制目的。參考聚合物張流度比的定義問(wèn)，把a(bǔ)sp復(fù)合張的流度比定義為：masp =如=仏 /（心 + 厶）（2-3）o-w pasp /am式中：冊(cè)阿一asp復(fù)合張的流度比；asp、分別為asp復(fù)合張段塞的流度和油水

39、混合帶的流度； g、k八kr.分別為asp復(fù)合驅(qū)溶液、油相和水相的滲透率； 卩辭、“。、血一分別為asp復(fù)合張溶液、油相和水相的粘度。由上式可見，增加騎替相的粘度、降低駛替相的相滲透率可以達(dá)到降低流度 比的目的，而水溶性聚合物的特點(diǎn)就是既能增加驅(qū)替相的粘度乂能降低驅(qū)替相的 相滲透率，所以能夠進(jìn)行流度控制。張油常用的聚合物為聚內(nèi)烯酰胺（pam）或部分水解聚丙烯酰胺（hpam）,由于分子鏈上含酰胺基（圖2-1）,所以hpam的顯著 特點(diǎn)是親水性強(qiáng)，易與水形成氫鍵，因而易溶于水，水化后具有較大的水動(dòng)力學(xué) 體積，可以達(dá)到增粘的目的。同時(shí)，因?yàn)橐肓穗x了基c00溶解性高于均聚物, 而且由于在主鏈上所引入

40、的coo z間靜電排斥使鏈更為仲展，因此也可以獲得更 大的水動(dòng)力學(xué)體積測(cè)（圖2-2）,因而可以得到更高的溶液粘度。配成水溶液時(shí)， 聚合物分了在水中伸展開，把水分了捕獲到口己的鏈間結(jié)合，從而把水溶液的粘 度增大25個(gè)數(shù)量級(jí)，劇烈降低驅(qū)替液的流度，減小驅(qū)替液和被驅(qū)替的油間流度 差異，可以防止指進(jìn)現(xiàn)象，保持實(shí)驗(yàn)段塞的均勻推進(jìn)，把具有降低界面張力的表 面活性劑和堿帶到水未波及的孔隙，顯著提高驅(qū)替液的波及效率，從而獲得較高 的采收率。聚合物溶液流經(jīng)多孔介質(zhì)油層時(shí)，由于孔隙介質(zhì)的吸附和捕集引起聚 合物分了的滯留，被滯留的聚合物分了與水分了z間的作用較強(qiáng)，對(duì)水的阻力很 大創(chuàng)，對(duì)油的阻力甚微，從而導(dǎo)致水相滲透

41、率的降低，因而提高了波及系數(shù)。近 年來(lái)，我國(guó)專家研究認(rèn)為粘彈性聚合物不但能夠提高波及效率，而且能夠提高微 觀驅(qū)油效率泗。-ch2-ch=00=na+c=onh2圖2-1 hpam分子結(jié)構(gòu)示意圖電荷排斥非離了低水動(dòng)力學(xué)體枳離子化高水動(dòng)力學(xué)體積圖2-2 pam和hpam水動(dòng)力學(xué)體積比較聚合物對(duì)驅(qū)油介質(zhì)的稠化，可減少表面活性劑和堿的擴(kuò)散速率，從而減少它 們的損耗。因?yàn)閔pam是一個(gè)在竣基上帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)，在聚合物和溶劑小的 任何陽(yáng)離了z間發(fā)生著強(qiáng)烈的和互作用使其增粘效果降低，特別是在水解度較高 吋更是如此。聚合物的驅(qū)油機(jī)理較簡(jiǎn)單，效果良好，但它在洗油能力方面較差， 并且會(huì)在多孔介質(zhì)屮發(fā)生吸附、滯

42、留及捕集，當(dāng)壓差太大吋會(huì)發(fā)生機(jī)械降解，還 會(huì)發(fā)生化學(xué)降解和生物降解等，使聚合物失去增粘的作用。2.1.3表面活性劑在三元復(fù)合驅(qū)中的作用表面活性劑的主要作用是作為驅(qū)油主劑降低界面張力測(cè)。表面活性劑的雙親 基團(tuán)結(jié)構(gòu)（親水基、親油基）決定了它的性質(zhì)與作用，表面活性劑木身的活性是 三元復(fù)合驅(qū)屮影響界面張力的根本原因。表面活性劑溶液注入地下，它的雙親基 團(tuán)會(huì)在液/固接觸面，液/液界面及體相的溶液中發(fā)生定向分布。極性的親水基團(tuán) 在體相中和水分了結(jié)合，在固/液界面上和極性的礦物巖石表面結(jié)合；非極性的親 油基團(tuán)逃離極性的水分子和礦物、巖石顆粒表面，而與非極性的原油分子基團(tuán)相 結(jié)合。當(dāng)極性基團(tuán)與礦物、巖石的表面

43、結(jié)合時(shí)就會(huì)破壞原油邊界層，把邊界層中 束縛的原油解脫出來(lái)，成為可流動(dòng)的原油，極性的水分了或親水基團(tuán)就會(huì)占據(jù)顆 粒表而，從而使礦物、巖石表面由油濕變?yōu)樗疂?，?dāng)然也會(huì)出現(xiàn)堿劑造成的界面 張力降低、潤(rùn)濕性的改變、乳化、聚并等現(xiàn)象，使原油采收率得以提高。界面張力的降低表現(xiàn)在以下幾個(gè)力的減?。?) 減小毛細(xì)管力毛細(xì)管力是孔隙吼道中非潤(rùn)濕相流體所受到的阻力。毛細(xì)管力的減小降低了 非潤(rùn)濕相流體一原油的流動(dòng)阻力，有利于原油流向生產(chǎn)井井底。pc = 2acos0 / r(2-4)式中：pc毛細(xì)管力；<7原油/水界而張力；一水相潤(rùn)濕接觸角；廠一毛細(xì)管半徑。2) 減小原油在巖石表而的粘附力切水屮加入表面活性劑

44、后不僅降低了油水界面張力，而且可使?jié)櫇窠佑|角變小, 即增強(qiáng)水對(duì)巖石的潤(rùn)濕作用。潤(rùn)濕角變小與界面張力降低都能導(dǎo)致巖石對(duì)原油的 束縛能大大減小。原油在巖石表而的粘附力可用young氏方程來(lái)計(jì)算：= ct(1-cos(2-5)式中：巴一粘附功；o原油/水界面張力；e 水相潤(rùn)濕接觸角。3) 減小內(nèi)聚力購(gòu)內(nèi)聚力是原油分子之間的作用力，即將大油滴分散成若干個(gè)等徑的小油珠所 做的功。a - 4勿廠吩(一廠 / r)(2-6)式中：a分散功；n一油滴數(shù)；/?分散前的油滴半徑；廠一分散后的油珠半徑；ct 原油/水界面張力。正是由于三元復(fù)合體系大大地減少了這幾個(gè)力的作用，使水驅(qū)殘余油的受力 狀況改變，才使水驅(qū)后剩

45、余的各種形態(tài)的殘余油被驅(qū)替出來(lái)。2.2 asp三元復(fù)合體系中化學(xué)劑的吸附滯留在asp三元復(fù)合體系屮，價(jià)格較低的堿劑主耍是用做犧牲劑，通過(guò)與巖石反 應(yīng)改變巖石表面的電荷性質(zhì)，保護(hù)價(jià)格較高的表面活性劑和聚合物，減少它們?cè)?地層中的吸附損失，使三元體系驅(qū)油在經(jīng)濟(jì)上可行。2. 2.1表面活性劑的吸附1）表面活性劑在溶液界面的吸附正是由r表面活性劑在溶液界面上的吸附使表面活性劑發(fā)揮了其降低界面張 力作用。表面活性劑在溶液界而上的吸附特性可用兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表示測(cè)：一是達(dá)到 飽和吸附時(shí)所達(dá)到的最大濃度；二是飽和吸附量。前者大致在臨界膠束濃度的3/4 處固，故cmc可體現(xiàn)這一特性。飽和吸附量的大小取決于分了（或離

46、了）門身橫 截面積和分子（或離子）間的相互作用。支鏈表面活性劑分子的橫截而積一般取 決于親水基的大小。親水基大的飽和吸附量小。通常支鏈結(jié)構(gòu)使分了截面積變大; 飽和吸附量變小。表面活性劑分了在界面（液一氣、液一液）上的吸附能使溶劑 的表（界）而張力降低，此乃表而活性的標(biāo)志。對(duì)表面活性劑活性能力的度量有兩種參數(shù)：一是表面活性劑的效率，即表面活性劑使溶劑界面張力降至一定值所需的表 而活性劑濃度，記作pc20：pc?。=lg（l/c2）”=2o =仗©）“。（2-7）其物理意義是在表而張力降至20mn/m時(shí)，對(duì)應(yīng)的表而活性劑濃度，此值接近 cmc 值。二是表面活性劑的效能（能力），即表面活性

47、劑使溶劑界面張力降低的最大值。 表而活性劑分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了水溶液屮表而活性劑分子的烷坯極化分子 的排斥而在界面上定向排列，其極性基指向水，非極性基指向油相，表面活性劑 分子在界面的定向排列便產(chǎn)生了界面同水溶液體相中的濃度差，這種現(xiàn)彖稱為表(2-8)而過(guò)剩，這一現(xiàn)彖可以用gibbs公式描述：r2="（7f），7ffrt jin c2式屮：了一表而（界而）張力；c?吸附平衡時(shí)表面活性劑的濃度。2）表面活性劑在巖石礦物上的吸附泗首先決定吸附損失的是巖石礦物靜電作用力。組成油層巖石的基本礦物及膠 結(jié)物產(chǎn)生表面電荷的原因是不同的，一是巖石與溶液接觸時(shí)固體表面01離了解離 使其表面帶電；二是

48、可溶解礦物由于表面離了溶解、晶體離了破壞并溶入體相溶 液、離子吸附、晶格離子替代和晶格缺陷等使其表而帶電。硅酸鹽礦物品體以硅氧配位的四面體（sioii） t為主要結(jié)構(gòu)，它與水接觸后水 解成三si-on,表面電勢(shì)同pii的關(guān)系如下:oh'一 m（h.o） o moh o mo一 + h2oh+在酸性條件下表面帶正電，在堿性條件下表面帶負(fù)電。礦物表面從溶液中吸附表面活性劑分子的綜合作用力，標(biāo)準(zhǔn)吸附自出能為 g°ass,由stern層吸附導(dǎo)出的stern_grahame方程是：= 2xl03/cexp-ag /kt（2-9）式中：i；一引起吸附表面活性劑的stern層內(nèi)吸附的表面活

49、性劑-離子的密 度，mol/cm2廠一吸附的表面活性劑分子冇效半徑，cmc表面活性劑離子在體相的濃度，mol/ml從溶液中吸附時(shí)，有若干個(gè)作用力單獨(dú)或相互聯(lián)合對(duì)吸附起作用。能夠?qū)ξ?附過(guò)程起作用的主要作用力包括：靜電引力，共價(jià)鍵，表面活性劑和界面分子間 氫鍵或非極性鍵，吸附分子間的范德華力以及吸附質(zhì)和吸附劑分子的溶劑化或去 溶劑化作用?？紤]到對(duì)吸附過(guò)程起作用的各種力，則上式中的4g沁為：仇=w + ag 爲(wèi) + agf_c + agt + ag；： + ag：/v（2-10）式中： 嘰一靜電相互作用自出能；g爲(wèi)一共價(jià)鍵自由能；agt-吸附表面活性劑分子碳鏈側(cè)向相互作用自由能；agt-表面活性劑

50、分子碳鏈同固體表面活性劑親油部位間非極性相 互作用自出能；ag；氫鍵自ftl能；g.h吸附質(zhì)或任何從表面向溶液中溶解的溶解自由能。對(duì)具體體系隨著其礦物、表面活性劑類型、濃度及溶液物質(zhì)的性質(zhì)和濃度等 不同，可能是一項(xiàng)或幾項(xiàng)對(duì)吸附起作用。3）表面活性劑在多價(jià)陽(yáng)離子溶液中的沉淀】石油磺酸鈉表面活性劑與地層水中的多價(jià)陽(yáng)離子、巖石中粘土的可交換多價(jià) 陽(yáng)離子相互作用會(huì)發(fā)生沉淀，反應(yīng)方程式如下：2ncirso3 + cacl2 o ca（rsoj? j +2nacl或（mg"） （cagsg j）p.somasundaranl?jj的研究發(fā)現(xiàn)，在一定磺酸鹽濃度下，當(dāng)溶液中有一定強(qiáng)度的 鈣離了存在時(shí)

51、便有磺酸鈣的沉淀物生成，但再增加磺酸鹽濃度時(shí)，卻出現(xiàn)沉淀物 的再溶解，繼續(xù)增加堿酸鹽濃度時(shí)，又岀現(xiàn)沉淀。這種沉淀-溶解-再沉淀的發(fā)生 同樣導(dǎo)致表面活性劑的損失。2. 2. 2聚合物在巖石孔隙中的滯留損失聚合物通過(guò)多孔介質(zhì)后所產(chǎn)生的損失總稱為滯留。引起聚合物滯留的主要原 因是在巖石上的吸附和在小孔隙中的捕集以及流體動(dòng)力學(xué)捕集。聚合物的吸附主耍是組成巖石礦物的粘土（高齡石、蒙脫石、綠泥石、依利 石等）的相互作用，因粘土礦物具有很大的表面，而且由于晶格缺陷或離子取代 使粘土品層側(cè)面帶正電。因此，水溶液中帶負(fù)電的部分水解聚丙烯酰胺分了在庫(kù) 侖力的作用下產(chǎn)生吸附，吸附量與粘土的含量、類型以及聚合物的相對(duì)

52、分了質(zhì)量、 水解度和濃度有關(guān)。聚合物的機(jī)械捕集是由于油層巖石孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性使較大的聚合物分了 未能通過(guò)狹窄的流動(dòng)通道，而堵塞在其中造成了聚合物在多孔介質(zhì)中的滯留。簡(jiǎn) 單地說(shuō)，機(jī)械捕集類似于過(guò)濾，即-些較大的聚合物分子被較小的孔隙所“濾出”。 機(jī)械捕集主要發(fā)生在那些入口端大（足以使聚合物分了進(jìn)入）而出口端?。ň酆?物分了不能流出）或出口端封閉的孔道。當(dāng)聚合物分了進(jìn)入上述孔道后，流動(dòng)就 受到了限制，但水仍可以在這些孔道內(nèi)流動(dòng)。由于水在這些孔道內(nèi)緩慢流動(dòng)，使 得聚合物分了在孔道的出丨i端被逐漸地壓緊。由于聚合物分了在狹窄的流動(dòng)通道 被捕集造成堵塞，從而使后續(xù)的更多的聚合物分了被捕集。聚合物的流體

53、動(dòng)力學(xué)捕集曲的概念是人們根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象提出來(lái)的。 人們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流速增大時(shí)，聚合物的滯留量也增加；當(dāng)流速降低或停止 流動(dòng)一定時(shí)間z后再恢復(fù)流動(dòng)，一部分滯留的聚合物又會(huì)重新流出孔道，使聚合 物的滯留量下降。由此可見，聚合物在巖心屮的滯留與流速有關(guān)，換言z,滯留 的聚合物中有一部分是由于流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的。2. 2. 3堿的吸附損失堿劑的吸附損失主要是堿同巖石的相互作用。在堿水通過(guò)多孔介質(zhì)驅(qū)油時(shí)一 個(gè)重要的過(guò)程是堿同巖石的相互作用，該過(guò)程主要是陽(yáng)離了交換過(guò)程、堿對(duì)巖石 的溶解過(guò)程以及同二價(jià)離了反應(yīng)形成水不溶物的過(guò)程。1）陽(yáng)離子交換過(guò)程堿同巖石的反應(yīng)中最重要的是同巖石膠結(jié)物一粘土的反應(yīng)

54、，即粘土上的na；h及c“2+ （或mq）等陽(yáng)離子與堿溶液小的na離子處于交換平衡z中，堿劑 在水溶液中解離：ncioh on/ +oit堿劑水中的n分與吸附在粘土負(fù)電位上的i的離了交換按下式進(jìn)行：m-h+ +na+ o mnajh"粘土吸附一克當(dāng)量的na離了，相當(dāng)于堿溶液中失去一克當(dāng)量的堿，引起堿耗。巖心上束縛于負(fù)電位上的c/ （或mg2+）與溶液中n了離了進(jìn)行交換。mca + 2na+ o 2mna + ca2+其中m代表一個(gè)可被交換的礦物質(zhì)點(diǎn)（位）。2）堿同二價(jià)離子的沉淀反應(yīng)巖石中的石膏（casoj等含二價(jià)離了的礦物以及水中的和從粘土中交換到水 中的ca2 mg"離了

55、也同堿發(fā)生不同成分的溶解反應(yīng)生成不溶性物質(zhì)而沉淀。cqsoj固）+ 2naoh t ca（oh）2 j +na2so4ca2+ + 20h t ca（0h）2 丄或（時(shí)）mg（oh）24caoh）2 + co2 t ca2co. i +4h2o上述反應(yīng)同樣消耗了堿而使堿液在推進(jìn)過(guò)程中引起pll值降低。3）堿對(duì)巖石的溶解反應(yīng)堿水溶液也與巖石中的碳酸巖、粘土等反應(yīng)生成可溶性硅、鋁酸鹽化合物， 使pll值降低，引起堿耗，同時(shí)，這些反應(yīng)物同撥基反應(yīng)生成不可逆性溶解物而引 起ph值變化。它們的反應(yīng)方程如下：sio2+2oh- <=> h2siol或oh' + h2sio o h.si

56、o； + h2o0h + h2sio； o h2sio + h20堿與sio2反應(yīng)生成物與二價(jià)金屬離子反應(yīng)生成不溶物硅酸鹽垢。ca2+ + sio; t casio, i（mg "）（mgsio,）；上述諸多反應(yīng)引起堿損耗，同時(shí)形成復(fù)合驅(qū)中的堿垢。但堿的損耗也有積極 的一面，即作為犧牲劑保護(hù)表面活性劑和聚合物降低昂貴的表面活性劑和聚合物 的吸附量。2. 3 asp三元復(fù)合驅(qū)油體系各組分的選擇堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合體系中各組分在驅(qū)油過(guò)程所起的作用以及它 們相互間的協(xié)同作用決定了在選擇其作為三元組分驅(qū)油時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題。除了價(jià) 格成木因素外，在選擇asp復(fù)合驅(qū)油劑時(shí)還應(yīng)考慮如下諸多

57、方面的要求：2. 3.1表面活性劑的選擇表面活性劑作為三元復(fù)合驅(qū)體系中降低界面張力的主劑在選擇時(shí)大致應(yīng)遵循 以下原則：a. 應(yīng)在較寬的堿濃度和離子強(qiáng)度范圍內(nèi)與原油的界而張力最低；b. 分了量分布應(yīng)適當(dāng)?shù)貙?；c. 盡量避免不同類型表面活性劑的混配，以避免體系在油層推進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生 色譜分離；d. 對(duì)多價(jià)離了有高的容忍能力和在巖心中吸附滯留低。2.3.2聚合物的選擇聚合物是三元復(fù)合驅(qū)油體系小解決流度控制問(wèn)題的主劑，在選擇時(shí)大致應(yīng)遵 循以下原則：比具有水溶性，能在常用驅(qū)油劑（水）中溶解。為了優(yōu)化聚合物的某些性質(zhì), 如水溶解度、粘度和滯留情況要選擇其水解的程度。如果水解作用太小，聚合物 將不溶于水，如果水解度太大，它的各種性質(zhì)對(duì)含鹽量和硬度反應(yīng)又會(huì)太敏感；b. 具有明顯的增粘性，加入少量的聚合物就能顯著地提高水的粘度，從而改 善流度比；c. 化學(xué)穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性好，對(duì)堿劑的敏感在允許范圍內(nèi)；d. 抗吸附性，防止因吸附而使溶液的粘度降低，影響驅(qū)油效果；c.在多孔介質(zhì)小具有良好的傳輸性。2.3.3堿劑的選擇asp體系中堿劑的類型和濃度的選擇要根據(jù)原油中有機(jī)酸的含量及地層水礦 化度、硬度進(jìn)行篩選，一般應(yīng)遵循如下原則：