提高原油采收率原理EORB.pptx

《提高原油采收率原理EORB.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《提高原油采收率原理EORB.pptx（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第五章第五章 碱碱 驱驱本章主要内容本章主要内容碱驱提高采收率的基本机理碱驱提高采收率的基本机理界面张力与碱质量分数关系曲界面张力与碱质量分数关系曲线及其应用线及其应用什么原油适合于碱驱什么原油适合于碱驱碱会与地层和地层流体作用碱会与地层和地层流体作用碱驱存在的问题、改善方法碱驱存在的问题、改善方法第1页/共36页第一节第一节 碱驱概述碱驱概述碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。碱驱是一种提出碱驱是一种提出最早最早（19171917年）年）19271927年申请年申请第一个专利第一个专利 试验最早（试验最早（19301930年），化学剂最便宜，操作最年），化

2、学剂最便宜，操作最简单简单 美国进行了美国进行了5050个碱驱矿场试验，都未获得工业个碱驱矿场试验，都未获得工业成功。驱油机理成功。驱油机理最复杂最复杂，限制也多，因此矿场试，限制也多，因此矿场试验的规模和范围远小于聚合物驱的一种提高采收验的规模和范围远小于聚合物驱的一种提高采收率方法。率方法。第2页/共36页第一节第一节 碱驱概述碱驱概述 碱驱是一种碱驱是一种二次采油法二次采油法，也是一种三次采油法。，也是一种三次采油法。最好用在二次采油的最好用在二次采油的早期早期阶段，因为这时含油阶段，因为这时含油饱和度高，油多，油中的酸与碱反应生成的表面活饱和度高，油多，油中的酸与碱反应生成的表面活性物

3、质也高；而且此时的性物质也高；而且此时的krw低，低，w低，低，Mwo低，波低，波及系数高，采收率高。及系数高，采收率高。碱驱常用碱驱常用聚合物控制流度聚合物控制流度。第3页/共36页 由于地层中的由于地层中的钙镁离子钙镁离子可与碱反应而消耗碱，可与碱反应而消耗碱，因此在注碱溶液前需注入一段塞的因此在注碱溶液前需注入一段塞的淡水淡水；之后再；之后再注入聚合物段塞以控制后续水驱的注入聚合物段塞以控制后续水驱的流度流度。图图5 51 1 碱驱的段塞图碱驱的段塞图1 1剩余油；剩余油；2 2淡水；淡水；3 3碱溶液；碱溶液；4 4聚合物溶液；聚合物溶液；5 5水水第4页/共36页第二节第二节 碱驱提

4、高采收率的作用机理碱驱提高采收率的作用机理一、低界面张力（一、低界面张力（LIFTLIFT）原理）原理碱与石油酸反应生成活性剂，降低界面张力，提碱与石油酸反应生成活性剂，降低界面张力，提高洗油效率。高洗油效率。这机理认为在这机理认为在这机理认为在这机理认为在低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下，碱与原油中酸性成分反应生成的表面活性剂，可使油水界碱与原油中酸性成分反应生成的表面活性剂，可使油水界碱与原油中酸性成分反应生成的表面活性剂，可使油水界碱与原油中酸性成分反应生成的表面活性剂，可使油水界面张

5、力降至面张力降至面张力降至面张力降至10102 2mNmNmm-1-1以下。以下。以下。以下。从粘附功公式可以看到，油水界面张力低意味着粘附功从粘附功公式可以看到，油水界面张力低意味着粘附功从粘附功公式可以看到，油水界面张力低意味着粘附功从粘附功公式可以看到，油水界面张力低意味着粘附功小，即油易从岩石表面洗下来，提高了小，即油易从岩石表面洗下来，提高了小，即油易从岩石表面洗下来，提高了小，即油易从岩石表面洗下来，提高了洗油效率洗油效率洗油效率洗油效率。第5页/共36页碱的质量分数一般低于碱的质量分数一般低于0.010.01图图5 52 2 一种原油的界面张力与氢氧化钠质量分数关系一种原油的界面

6、张力与氢氧化钠质量分数关系？第6页/共36页最佳最佳盐含量在盐含量在10000mg/L10000mg/L以下以下盐含量盐含量/(mg/(mg L L-1-1)：（1 1）3.5103.5104 4；（；（2 2）3.0103.0104 4；（3 3）2.0102.0104 4 ；（；（4 4）1.0101.0104 4 ；（5 5）0.5100.5104 4 ；（；（6 6）0.1100.1104 4 ；（7 7）0 0。图图5 53 3 不同盐含量下界面张力与氢氧化钠质量分数的关系不同盐含量下界面张力与氢氧化钠质量分数的关系第7页/共36页二、乳化二、乳化-携带（携带（Emuls-Entra

7、in)机理机理 在在低低的碱质量分数和的碱质量分数和低低的盐含量下，由碱的盐含量下，由碱与石油酸反应生成的表面活性剂可使地层中的与石油酸反应生成的表面活性剂可使地层中的剩余油乳化剩余油乳化，并被碱水携带着通过地层。，并被碱水携带着通过地层。按此机理，碱驱应用有如下按此机理，碱驱应用有如下特点特点：（1）可以形成油珠相当）可以形成油珠相当小小的乳状液；的乳状液；（2）通过）通过乳化提高碱驱的洗油效率乳化提高碱驱的洗油效率；（3）碱水）碱水突破突破前采油量不可能增加；前采油量不可能增加；（4）油珠的聚并性质对过程有较大影响。）油珠的聚并性质对过程有较大影响。第8页/共36页三、乳化三、乳化-捕集捕

8、集 (Emuls-Entrap)机理机理 在在低低的碱质量分数和的碱质量分数和低低的盐含量下，由的盐含量下，由于低界面张力使油乳化在碱水相中，但油于低界面张力使油乳化在碱水相中，但油珠半径较大，因此当它向前移动时，就被珠半径较大，因此当它向前移动时，就被捕集，增加了水的流动阻力，即降低了水捕集，增加了水的流动阻力，即降低了水的流度，从而改善了的流度，从而改善了流度比流度比，增加了波及增加了波及系数系数，提高了采收率。，提高了采收率。第9页/共36页三、乳化三、乳化-捕集捕集 (Emuls-Entrap)机理机理按此机理，碱驱应有如下特点：按此机理，碱驱应有如下特点：（1 1）油可在碱水相中形成

9、乳状液；）油可在碱水相中形成乳状液；（2 2）分散的油珠会被捕集在较小孔道，改善）分散的油珠会被捕集在较小孔道，改善了碱驱的了碱驱的波及系数波及系数；（3 3）碱水）碱水突破前突破前采油量可以增加；采油量可以增加；（4 4）油珠的聚并性质对过程有有利的影响。）油珠的聚并性质对过程有有利的影响。第10页/共36页四、由油湿反转为水湿四、由油湿反转为水湿（OWWW）机理机理在在高高的碱质量分数和的碱质量分数和低低的盐含量下的盐含量下 在高的碱质量分数和低的盐含量下，碱可通在高的碱质量分数和低的盐含量下，碱可通过改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性剂在过改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性剂在水中的水中

10、的溶解度而解吸溶解度而解吸，恢复岩石表面原来的亲，恢复岩石表面原来的亲水性，使岩石表面由油湿反转为水湿，提高水性，使岩石表面由油湿反转为水湿，提高洗洗油效率油效率，同时也可使油水相对渗透率发生变化，同时也可使油水相对渗透率发生变化，形成有利的流度比，提高形成有利的流度比，提高波及系数波及系数。第11页/共36页图图5 54 4 通过通过OW WWOW WW机理提高采收率机理提高采收率可提高可提高油湿油湿油层和油层和高含高含水水油层的采油层的采收率收率第12页/共36页五、由水湿反转为油湿（五、由水湿反转为油湿（WW OW）机理）机理 在在在在高高高高的碱质量分数和的碱质量分数和的碱质量分数和的

11、碱质量分数和高高高高的盐含量下，碱与石油酸反应的盐含量下，碱与石油酸反应的盐含量下，碱与石油酸反应的盐含量下，碱与石油酸反应生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上来，使岩石表面从来，使岩石表面从来，使岩石表面从来，使岩石表面从水湿转变为油湿水湿转变为油湿水湿转变为油湿水湿转变为油湿。这样，非连续的剩这样，非连续的剩这样，非连续的剩这样，非连续的剩余油变成余油变成余油变成余油变成连续的油相连续的油相连续的油相连续的油相，为原油流动提供通道。与此

12、同时，为原油流动提供通道。与此同时，为原油流动提供通道。与此同时，为原油流动提供通道。与此同时，在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形在连续的油相中，低界面张力将导致油包水乳状液的形成，这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用，成，这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用，成，这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用，成，这些乳状液中的水珠将起到堵塞流通孔道的作用，并在有水珠堵塞的孔隙介质中产生并在有水珠堵塞的孔隙介质中产生并在有水珠堵塞的孔隙介质中产生并在有水珠堵塞的孔隙介质中产生

13、高的压力梯度高的压力梯度高的压力梯度高的压力梯度。这高。这高。这高。这高的压力梯度能克服被低界面张力所降低的毛管阻力。油的压力梯度能克服被低界面张力所降低的毛管阻力。油的压力梯度能克服被低界面张力所降低的毛管阻力。油的压力梯度能克服被低界面张力所降低的毛管阻力。油是从乳化水珠与砂粒之间的连续油相这条通道排泄出去，是从乳化水珠与砂粒之间的连续油相这条通道排泄出去，是从乳化水珠与砂粒之间的连续油相这条通道排泄出去，是从乳化水珠与砂粒之间的连续油相这条通道排泄出去，而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地层剩余油而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地层剩余油而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地

14、层剩余油而将高水含量的乳状液留在后面，达到减小地层剩余油饱和度的目的。饱和度的目的。饱和度的目的。饱和度的目的。第13页/共36页图图5 55 5 通过通过WW OWWW OW机理提高采收率机理提高采收率第14页/共36页六、自发乳化与聚并机理六、自发乳化与聚并机理 在在最佳最佳的碱质量分数下，原油可自发乳化到的碱质量分数下，原油可自发乳化到碱水之中。碱水之中。这种这种自发乳化现象自发乳化现象是由于油中的石油酸与碱是由于油中的石油酸与碱水中的碱在表面上反应产生表面活性剂，先是水中的碱在表面上反应产生表面活性剂，先是浓集在界面上，然后扩散至碱水中引起的。浓集在界面上，然后扩散至碱水中引起的。油中

15、的石油酸主要为油中的石油酸主要为羧酸羧酸，它可与碱（氢氧，它可与碱（氢氧化钠）反应产生化钠）反应产生羧酸钠羧酸钠。羧酸钠在水中的。羧酸钠在水中的聚集聚集状况状况，决定于它的质量分数。，决定于它的质量分数。第15页/共36页图图5 56 6 十二酸钠十二酸钠水体系相图水体系相图 十二酸钠浓体系十二酸钠浓体系增加水增加水的质量分数的质量分数时胶束所经时胶束所经历的变化历的变化第16页/共36页图58 水驱难以采出的油 层状胶束、棒状胶束六角束、棒状技术、层状胶束、棒状胶束六角束、棒状技术、球形胶束都可以增溶油球形胶束都可以增溶油 最佳碱体系驱替时，体系经历自乳化至聚最佳碱体系驱替时，体系经历自乳化

16、至聚并，因此可以采取水驱难以采出的油。并，因此可以采取水驱难以采出的油。第17页/共36页七、增溶刚性膜机理七、增溶刚性膜机理 在三次采油时，油处在分散状态，沥青在三次采油时，油处在分散状态，沥青质可在油水界面上形成一层质可在油水界面上形成一层刚性膜刚性膜。这种。这种膜的存在，使油珠通过孔喉结构时不易变膜的存在，使油珠通过孔喉结构时不易变形通过，使水不能有效排驱剩余油。碱水形通过，使水不能有效排驱剩余油。碱水的注入，增加了的注入，增加了沥青质的水溶性沥青质的水溶性，使它刚，使它刚性减小，提高了剩余油的流度能力。性减小，提高了剩余油的流度能力。第18页/共36页碱驱机理实现的条件第二节第二节 碱

17、驱提高采收率的作用机理碱驱提高采收率的作用机理第19页/共36页第三节第三节 界面张力与碱质量分数曲线界面张力与碱质量分数曲线的解释与应用的解释与应用设原油中的酸性成分为设原油中的酸性成分为HAHA，它可在水中解离：，它可在水中解离：HAHA H+A-(I)HAHA与与NaOHNaOH反应生成的表面活性剂反应生成的表面活性剂NaANaA，也可在水中解，也可在水中解离：离：NaA Na+A-(II)H2O H+OH-(III)在上述物质中，只有在上述物质中，只有在上述物质中，只有在上述物质中，只有A A能有效地降低油水界面张力。能有效地降低油水界面张力。能有效地降低油水界面张力。能有效地降低油水

18、界面张力。HAHA、NaANaA均没有均没有均没有均没有A A那种界面活性。那种界面活性。那种界面活性。那种界面活性。界面张力与碱质量分数的关系是碱驱的基础。界面张力与碱质量分数的关系是碱驱的基础。第20页/共36页 当水中无碱时，当水中无碱时，A A来源于反应（来源于反应（）。由于）。由于HAHA在水中解离度很小，所以在水中解离度很小，所以A A含量很少，油水界面含量很少，油水界面张力高。张力高。当水加碱时，反应（当水加碱时，反应（）的平衡向左移动，）的平衡向左移动，H H浓度减小，使反应（浓度减小，使反应（）向右移动，）向右移动，A A含量增加，含量增加，油水界面张力减小。油水界面张力减小

19、。当加碱到最佳值，当加碱到最佳值，A A的浓度最大，它在油水界的浓度最大，它在油水界面上吸附达到饱和，油水界面张力达到最低值。面上吸附达到饱和，油水界面张力达到最低值。若进一步加碱，由于反应（若进一步加碱，由于反应（）左移，）左移，A A的浓的浓度减小，油水界面张力增加。度减小，油水界面张力增加。由此解释了图由此解释了图5 52 2曲线的变化。曲线的变化。第21页/共36页JenningsJennings碱系数碱系数(caustic coefficient,cc)(caustic coefficient,cc)图图5 59 9 碱系数的概念碱系数的概念 碱系数碱系数碱系数碱系数是指双对数坐标内

20、油水是指双对数坐标内油水是指双对数坐标内油水是指双对数坐标内油水界面张力与碱质量分数的关系曲界面张力与碱质量分数的关系曲界面张力与碱质量分数的关系曲界面张力与碱质量分数的关系曲线和线和线和线和0.01mNm0.01mNm-1-1 1.0mNm1.0mNm-1-1所所所所包的面积与包的面积与包的面积与包的面积与0.01mNm0.01mNm-1-1 1.0mNm1.0mNm-1-1与与与与0.001%0.001%1.0%1.0%碱碱碱碱质量分数总面积之比乘质量分数总面积之比乘质量分数总面积之比乘质量分数总面积之比乘6 6。碱系数可用于评价油对碱驱的碱系数可用于评价油对碱驱的碱系数可用于评价油对碱驱

21、的碱系数可用于评价油对碱驱的适应性和选用碱驱用碱。适应性和选用碱驱用碱。适应性和选用碱驱用碱。适应性和选用碱驱用碱。碱系数越大的油，越适宜碱驱。碱系数越大的油，越适宜碱驱。碱系数越大的油，越适宜碱驱。碱系数越大的油，越适宜碱驱。第22页/共36页第四节第四节 碱驱用碱碱驱用碱一般碱一般碱一般碱一般碱潜在碱潜在碱潜在碱潜在碱碱木素碱木素碱木素碱木素第23页/共36页图图5 510 pH10 pH值与碱质量分数的关系值与碱质量分数的关系第24页/共36页第五节第五节 适合碱驱的原油适合碱驱的原油 原油酸值原油酸值是指是指1g原油被中和到原油被中和到pH值产生突跃值产生突跃时所需氢氧化钾的质量，单位

22、为时所需氢氧化钾的质量，单位为mgg-1。一般要求原油的酸值大于一般要求原油的酸值大于0.2 mgg-1。原油粘度要求小于原油粘度要求小于35mPas。一定的酸值是进行碱驱的一定的酸值是进行碱驱的必要条件必要条件，但不，但不是充分条件。用是充分条件。用Jennings碱系数碱系数评价原油碱评价原油碱驱适应性比用原油的酸值合理。驱适应性比用原油的酸值合理。第25页/共36页图图5 511 11 原油的酸值与密度的统计关系原油的酸值与密度的统计关系第26页/共36页第六节第六节 碱与地层和流体的反应碱与地层和流体的反应一、碱与地层的反应一、碱与地层的反应一、碱与地层的反应一、碱与地层的反应1.1.

23、矿物转换矿物转换矿物转换矿物转换以氢氧化钠为例说明碱与地层和地层流体的反应。以氢氧化钠为例说明碱与地层和地层流体的反应。以氢氧化钠为例说明碱与地层和地层流体的反应。以氢氧化钠为例说明碱与地层和地层流体的反应。2.2.2.2.溶蚀作用溶蚀作用溶蚀作用溶蚀作用第27页/共36页二、碱与地层水的反应二、碱与地层水的反应二、碱与地层水的反应二、碱与地层水的反应3.3.3.3.离子交换离子交换离子交换离子交换主要是与二价金属离子反应主要是与二价金属离子反应第28页/共36页三、碱与油中酸性物质的反应三、碱与油中酸性物质的反应1.1.1.1.与酚反应与酚反应与酚反应与酚反应2.2.2.2.与环烷酸反应与环

24、烷酸反应与环烷酸反应与环烷酸反应3.3.3.3.与沥青质（酸）反应与沥青质（酸）反应与沥青质（酸）反应与沥青质（酸）反应第29页/共36页第七节第七节 适合碱驱油田的筛选标准适合碱驱油田的筛选标准参数参数参数参数要求要求要求要求原油原油原油原油密度密度密度密度/（g.cmg.cm-3-3）0.9340.934粘度粘度粘度粘度/（mPa.smPa.s）3535水水水水矿化度（矿化度（矿化度（矿化度（mg.Lmg.L-1-1）4104104 4CaCa2+2+、MgMg2+2+含量含量含量含量/（mg.Lmg.L-1-1）5000.350.35厚度厚度厚度厚度/m/m不限不限不限不限渗透率渗透率渗

25、透率渗透率10103 3mm2 21010埋深埋深埋深埋深/m/m27402740温度温度温度温度/9393岩性岩性岩性岩性砂岩（少含石膏和粘土）砂岩（少含石膏和粘土）砂岩（少含石膏和粘土）砂岩（少含石膏和粘土）第30页/共36页第八节第八节 碱驱存在的问题碱驱存在的问题一、碱耗一、碱耗 二价金属离子含量高的地层水会引起可观二价金属离子含量高的地层水会引起可观二价金属离子含量高的地层水会引起可观二价金属离子含量高的地层水会引起可观的碱耗。矿物中，石膏的碱耗是严重的。的碱耗。矿物中，石膏的碱耗是严重的。的碱耗。矿物中，石膏的碱耗是严重的。的碱耗。矿物中，石膏的碱耗是严重的。表表5 53 3 矿物

26、的碱耗矿物的碱耗第31页/共36页二、结垢二、结垢 配碱溶液用水中的配碱溶液用水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+，可引起，可引起注入系统和注入井近井地带注入系统和注入井近井地带结垢结垢；碱与；碱与地层矿物反应产生的可溶性硅酸盐和铝地层矿物反应产生的可溶性硅酸盐和铝酸盐，也可在油井产出时与其他方向来酸盐，也可在油井产出时与其他方向来水中的水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+反应，引起油井近井地反应，引起油井近井地带和生产系统结垢。带和生产系统结垢。第32页/共36页三、乳化三、乳化 乳化机理是碱驱的重要机理乳化机理是碱驱的重要机理，碱驱的产出，碱驱的产出液为原油与水的乳状液。碱与石油酸

27、反应生液为原油与水的乳状液。碱与石油酸反应生成的表面活性剂在低盐含量条件下为水溶性成的表面活性剂在低盐含量条件下为水溶性表面活性剂，可生成表面活性剂，可生成水包油水包油乳状液；在高盐乳状液；在高盐含量条件下为油溶性表面活性剂，可生成含量条件下为油溶性表面活性剂，可生成油油包水包水乳状液。乳状液。第33页/共36页四、流度控制四、流度控制 由于碱水的流度高，而油的流度低，所以碱水很由于碱水的流度高，而油的流度低，所以碱水很由于碱水的流度高，而油的流度低，所以碱水很由于碱水的流度高，而油的流度低，所以碱水很容易沿高渗透层而不起驱油作用。当碱驱用于开采容易沿高渗透层而不起驱油作用。当碱驱用于开采容易

28、沿高渗透层而不起驱油作用。当碱驱用于开采容易沿高渗透层而不起驱油作用。当碱驱用于开采粘度较高而碱驱机理又是按粘度较高而碱驱机理又是按粘度较高而碱驱机理又是按粘度较高而碱驱机理又是按低界面张力低界面张力低界面张力低界面张力和和和和乳化携乳化携乳化携乳化携带机理带机理带机理带机理设计时，这个问题显得特别突出。因此在注设计时，这个问题显得特别突出。因此在注设计时，这个问题显得特别突出。因此在注设计时，这个问题显得特别突出。因此在注入碱水之后必须注入流度控制剂控制碱水的流度，入碱水之后必须注入流度控制剂控制碱水的流度，入碱水之后必须注入流度控制剂控制碱水的流度，入碱水之后必须注入流度控制剂控制碱水的流

29、度，使它能平稳地通过地层起驱油作用。可用的流度控使它能平稳地通过地层起驱油作用。可用的流度控使它能平稳地通过地层起驱油作用。可用的流度控使它能平稳地通过地层起驱油作用。可用的流度控制剂主要有两类：一类为制剂主要有两类：一类为制剂主要有两类：一类为制剂主要有两类：一类为聚合物聚合物聚合物聚合物（如聚丙烯酰胺）（如聚丙烯酰胺）（如聚丙烯酰胺）（如聚丙烯酰胺）溶液；另一类是溶液；另一类是溶液；另一类是溶液；另一类是泡沫泡沫泡沫泡沫（以磺酸盐型表面活性剂作起（以磺酸盐型表面活性剂作起（以磺酸盐型表面活性剂作起（以磺酸盐型表面活性剂作起泡剂，以氮气为气相生成）。泡剂，以氮气为气相生成）。泡剂，以氮气为气

30、相生成）。泡剂，以氮气为气相生成）。第34页/共36页本章小结本章小结（1）碱驱及其提高采收率的基本机理；）碱驱及其提高采收率的基本机理；（2）说明碱驱的段塞及其原因；）说明碱驱的段塞及其原因；（3）解释界面张力与碱质量分数关系曲线及）解释界面张力与碱质量分数关系曲线及其应用；其应用；（4）碱驱常用的碱有那几种；）碱驱常用的碱有那几种；（5）什么原油适合于碱驱；）什么原油适合于碱驱；（6）碱会与地层和地层流体发生那些反应；）碱会与地层和地层流体发生那些反应；（7）适合碱驱油田的筛选标准是什么；）适合碱驱油田的筛选标准是什么；（8）碱驱存在的问题分析及其改善的方法。）碱驱存在的问题分析及其改善的方法。第35页/共36页感谢您的观看。第36页/共36页