三元聚驅(qū)復(fù)合體系研究

1、大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I摘 要堿/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、表面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)用前景，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。本文通過對三元復(fù)合體系驅(qū)油影響因素的研究力求在降低成本進(jìn)一步提高采收率方面做出有益工作。通過系統(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

2、查了體系的粘度比、主段塞的注入方式及注入速度、體系的界面張力、油層變異系數(shù)對體系驅(qū)油效果的影響。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)大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）II大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIIAbstractAbstractAlkaline/surfactant/polymer(ASP) flooding system is a lately developed oil displacement technique， but it is a mature technique o

3、f tertiary oil recovery. Its displacement mechanism: it uses 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 insp

4、iring application prospects and is widely valued by people. However 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 f

5、actor of ASP flood， it tries hard for beneficial work on further 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， mai

6、n slug injection manner and rate， interfacial tension， formation 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 t

7、he technique in the field.Key words: Alkaline/Surfactant/Poly Flooding System; Viscosity Ratio;Interfacial tersion; Oil displacement; Experiment大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IV目 錄第一章 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r.21.3 本文的主要工作.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)中各組分的作用.72.2 ASP 三元復(fù)合體系中化學(xué)劑的吸附滯留.1

8、22.3 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 .30參考文獻(xiàn) .32大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第一章 緒 論1.1 本研究工作的意義石油在國民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地位。1999 年我國原油產(chǎn)量已達(dá) 1.6 億噸，居世界第五位，成為世界主要產(chǎn)油大國之一。然而隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國石油消費(fèi)量迅速增長，產(chǎn)量增長低于消費(fèi)增長。從 1993 年開始，我國已由石油凈出口國變?yōu)閮暨M(jìn)口國1。我們知道石油是不

9、可再生資源，它的開采過程分為一次采油、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%2。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)識到油井產(chǎn)量與壓力梯度成正比關(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)儲量的 3050%，因此

10、，如何將這些殘留在地下的原油采出來，進(jìn)一步提高采收率，是石油工業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，是眾多科學(xué)家研究的重要課題之一。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)展起來的。我國的三元復(fù)合驅(qū)(ASP 驅(qū))技術(shù)起步較晚但是發(fā)展很快。近十幾年來，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)用前景的方法之一。這一方面是由我國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

11、降低價(jià)格昂貴的表面活性劑的用量，它不僅可以部分替代表面活性劑，而且還可以減少活性劑和聚合物在油藏中的損耗。聚合物主要起流度控制作用，減少復(fù)合體系指進(jìn)和擴(kuò)大波及體積。我國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，油井含水顯著降低。隨后大慶油田室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場實(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3。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)油的成本相對來說較高，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，大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2本文通過對三元復(fù)合驅(qū)影響因素的研究力求在降低成本進(jìn)

12、一步提高采收率方面做出有益工作。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、表面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(xiàn).Squired4 就認(rèn)識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中的水驅(qū)剩余油進(jìn)一步降低，從而提高石油采收率。10 年后 Atkinson5在美國申請了堿水驅(qū)的第一項(xiàng)專利。人們對堿水驅(qū)進(jìn)行

13、了深入研究是因?yàn)閴A劑要比表面活性劑便宜得多。在此基礎(chǔ)上，對于酸性高的原油發(fā)展了堿水驅(qū)提高石油采收率的方法。但是，已經(jīng)進(jìn)行過的堿水驅(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)表明，采收率增加值不超過 6%8%，一般在 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)適用于溫度適中、原油粘度中等、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)的兩個主要因素是油層非均質(zhì)性和油層內(nèi)流體的流度比6。由于該方法機(jī)理相對簡單、技術(shù)上比較成熟以及投資相對少，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的先導(dǎo)性和工業(yè)性現(xiàn)場試驗(yàn)，目前已經(jīng)在大慶油田進(jìn)入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段，但存在的主要問題

14、是提高采收率幅度有限。60 年代初，人們開始研究在堿水中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)勢于一體。Tiorco 公司曾在 Isenhour 油田進(jìn)行過先導(dǎo)性試驗(yàn)，石油采收率增加值達(dá)到 26.4%（OOPI） 。這主要是聚合物使驅(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)油過程中的損失顯著地降低。最早由 Dome 等幾個石油公司開發(fā)的堿/表面活性劑/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

15、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，但是表面活性劑的用量卻降至千分之幾。Terra 能源公司最早在美國懷俄明州的 West Kiehl 油田進(jìn)行了 ASP 驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，可以使石油采收率提高 15%（OOIP）以上，且每采出一噸油的成本大幅度降低。80 年代初，大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)研究迅速興起。在堿液中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

16、于進(jìn)行流度控制。而三元復(fù)合驅(qū)中表面活性劑的濃度僅為 0.2%0.6%，大大地降低了化學(xué)驅(qū)的成本。早在 1986 年，Schuler 等7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)油效率的原因之一就是三元復(fù)合驅(qū)替過程中，三元復(fù)合體系與原油間的界面張力降低到了 10-3mN/m 左右，并且在較長的時間內(nèi)能夠保持穩(wěn)定。在界面張力的研究方面，1956 年，Reisberg 和 Doscher8首次提出將表面活性劑與堿復(fù)配使用，他們用非離子型表面活性劑 Triton X-100 和 NaOH 復(fù)配提高了室內(nèi)巖心的采收率。1975 年，Burdyn et al.9申請了在堿驅(qū)中使用磺酸鹽類表面活性劑

17、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面張力。1982 年，Krumrine et al.10考察了堿對低酸值原油（小于 0.2mg KOH/g 原油）表面活性劑體系界面張力的影響。1984 年，Nelson et at.11也提出在堿水中加入合成表面活性劑，他們使用了陰離子型表面活性劑與堿復(fù)配，進(jìn)行了相行為的研究，但沒有進(jìn)行界面張力的測量。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.12首次報(bào)道了堿

18、/表面活性劑/原油體系的動態(tài)界面張力行為。1992 年，Rudin 和 Wasan13對堿/酸性模擬油體系的動態(tài)界面張力和平衡界面張力進(jìn)行了系統(tǒng)研究，考察了離子強(qiáng)度、pH 值、模擬油中有機(jī)酸濃度以及有機(jī)酸類型對界面張力和表面張力的影響，認(rèn)為未離解酸對超低界面張力的存在起重要作用。后來 Rudin 和 Wasan 又考察了恒定離子強(qiáng)度條件下 pH值對石油磺酸鹽/模擬油體系動態(tài)界面張力的影響，并再次提出未離解酸對低界面張力的影響?？等f利等14探討了石油羧酸鹽復(fù)合體系和大慶原油形成動態(tài)界面張力的原因，認(rèn)為低界面張力主要是石油羧酸鹽活性劑的貢獻(xiàn)，而動態(tài)低張力過程是由水相中的堿與原油中的有機(jī)酸反應(yīng)生成的

19、界面活性物質(zhì)在界面上吸附和解吸引起的。Taylor15研究了聚合物對酸性油/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，隨聚合物濃度增大，達(dá)到界面張力最低值所需時間增大。對三元復(fù)合體系與原油間超低界面張力的形成機(jī)理，說法不一。M.J.Rosen16認(rèn)為油水界面不僅吸附表面活性劑分子，而且只有存在第三相時，才能形成超低界面張力。K.S.Chan17認(rèn)為表面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 時才形成超低界面張力。楊金華等18通過對高分子表面活性劑和堿水體系的顯微圖片分析認(rèn)為，高分子膠束在堿的作用下解締，引起單大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4分子自由鏈的增

20、多，有利于向油水界面繼續(xù)遷移，是界面張力達(dá)到超低的重要原因。楊振宇19通過對低濃度表面活性劑三元體系相態(tài)的研究認(rèn)為，油水之間產(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)雜，它集堿水驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理為一體。對于復(fù)合驅(qū)驅(qū)油機(jī)理主要有超低界面張力機(jī)理和流度控制機(jī)理。Pitts20詳細(xì)研究了配方中三元成分對驅(qū)油效率的影響，指出 ASP 中聚合物濃度對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，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要條件

21、。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，對特定的體系，表面活性劑存在一個最佳用量。堿的作用是與表面活性劑共同作用產(chǎn)生超低界面張力。高永新21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)條件下水驅(qū)后殘余油在各種驅(qū)動流體作用下的運(yùn)動、分散、運(yùn)移及聚集的問題。楊清彥等22采用二維仿真地層孔隙網(wǎng)絡(luò)微觀模型從水驅(qū)后的殘余油圖像與三元復(fù)合驅(qū)替后的圖像對比及殘余油驅(qū)替過程入手，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

22、殘余油的內(nèi)在因素。劉中春等23利用微觀防真模型通過圖像采集系統(tǒng)將驅(qū)油過程的圖像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的數(shù)值信號，研究了三元復(fù)合體系驅(qū)替盲端殘余油的機(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)，主要是低界面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)替液深入盲端孔隙，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、宋義敏等24應(yīng)用平板夾砂模型和微觀仿真模型對堿/表活劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油的微觀滲流機(jī)理進(jìn)行研究，指出該體系具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子的內(nèi)聚力，提高原油的變形能力和流動能力；能夠使殘余油乳化變形，易變形的油流滲流通過孔喉時被切割乳化，增加了原油的

23、流動性，乳化后原油具有攜帶能力；在驅(qū)替過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，使殘余油通過油橋連接、界面輸運(yùn)。三元復(fù)合體系影響因素研究方面，李華斌、吳文祥25在大慶油田油層(溫度、水質(zhì)以及原油等)條件下，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，通過數(shù)值模擬和物理模擬相結(jié)合的方法，研究了油層非均質(zhì)性（滲透率變異系數(shù)）和油層韻律對 ASP 驅(qū)油效果的影響。王克亮、廖廣志等26通過物理模擬實(shí)驗(yàn)研究了三元復(fù)合體系和聚合物驅(qū)油液粘度對驅(qū)油效果的影響。大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5趙明國27通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了在三元復(fù)合驅(qū)中大慶油田巖石潤濕性的

24、變化規(guī)律，分析了潤濕性的變化機(jī)理。指出三元復(fù)合驅(qū)后，巖石潤濕性發(fā)生變化，總的趨勢是巖石潤濕性向親水方向轉(zhuǎn)化。三元復(fù)合驅(qū)中巖石潤濕性的變化主要是因?yàn)榛瘜W(xué)劑與地層中二價(jià)陽離子、巖石礦物相互作用，改變巖石的表面性質(zhì)以及堿對吸附在巖石表面的剛性油膜的溶解，使各相之間的界面張力發(fā)生變化。廖廣志、楊振宇、劉奕28針對大慶油田低酸值原油的特點(diǎn)，從原油組成，表面活性劑、堿、聚合物濃度及其類型、配置等諸方面，對三元復(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29在大慶油田室內(nèi)配方和先導(dǎo)性礦場試驗(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

25、及段塞優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了北一區(qū)斷西礦場試驗(yàn)的最佳注入程序及段塞大小。侯吉瑞、劉中春等30研究了三元復(fù)合體系的粘彈效應(yīng)對驅(qū)油效率的影響，指出三元復(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)掃盲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)中的必要性。盧祥國、戚連慶等21研究了低活性劑濃度三元復(fù)合體系的驅(qū)油效果，指出低活性劑三元復(fù)合體系是一種高效廉價(jià)的驅(qū)油體系。翟瑞濱、曹鐵、鹿守亮等22通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究了三元體系中聚合物、表面活性劑濃度對驅(qū)油效果的影響，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23研究了三元復(fù)合驅(qū)油體系粘彈性對驅(qū)油效率

26、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)用的絕對必要條件。侯吉瑞、劉中春等24針對大慶油田三元復(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)行了驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究了堿及聚合物濃度對 ASP 驅(qū)采收率的影響，并利用加隔層模型和合注分采方式，研究了堿濃度對啟動中、低滲透層的影響。1.3 本文的主要工作本論文從以下幾個方面對三元復(fù)合體系驅(qū)油效果進(jìn)行系統(tǒng)研究：體系的粘度比對體系驅(qū)油效果的影響，不同變異系數(shù)條件對三元復(fù)合驅(qū)效果

27、的影響研究，主段塞大小及注入速度對三元復(fù)合驅(qū)效果的影響研究，不同界面張力體系對三元復(fù)合驅(qū)效果的影響研究。揭示了影響三元復(fù)合驅(qū)提高采收率的主要因素：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，并針對優(yōu)選配方進(jìn)行不同變異系數(shù)條件驅(qū)油效果研究，為礦場成功應(yīng)用該技術(shù)提供依據(jù)。大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7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)油劑在儲油孔隙中驅(qū)出的原油的體積分?jǐn)?shù)，可用下式表示： （2-

28、DVOPREENNE.1）式中：OPoiVDPBVSEEN原油采收率；RE采出原油的總體積；PN油藏原始地質(zhì)儲量；ON洗油效率系數(shù)；DE體積波及系數(shù)；VE原始含油飽和度；oiS孔隙體積；PV地層體積系數(shù)。OB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要的參數(shù)。ASP 三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)通過同時注入界面張力降低劑和流度控制劑來提高采收率。注入流體中聚合物的加入可以改善流度比，減少了粘性指進(jìn)，由于水相的相對滲透率的降低導(dǎo)致流體轉(zhuǎn)向，擴(kuò)大了波及系數(shù)（） 。堿和表面活性VE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（） 。結(jié)果 ASP 復(fù)

29、合驅(qū)同時增加了原油采收率方程中的兩個系DE數(shù)和以達(dá)到最大的增采油量。油田礦場試驗(yàn)證實(shí)15復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出原油中重質(zhì)VEDE組分明顯增加，輕質(zhì)組分明顯減少，說明其采出了水驅(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、表面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)高酸值原油，同時也可以適應(yīng)像大慶這樣的低酸值原油16（酸值小于0.1mgKOH/g） 。目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（HPAM） 。由堿劑、表面活性劑和聚合物的作用來看，它

30、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，取長補(bǔ)短，大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8以充分利用它們間的協(xié)同效應(yīng)，即：堿劑價(jià)格低廉，會和原油酸組分反應(yīng)生成天然表面活性劑，減少人工表面活劑的損失，協(xié)助表面活性劑使油/水界面張力達(dá)到超低值，但它要和儲層流體、固體發(fā)生作用，自身受到消耗并傷害儲層；表面活性劑雖然會降低油/水界面張力，改變巖石潤濕性，提高驅(qū)油能力，但它價(jià)格昂貴，而且容易發(fā)生吸附、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?，波及效率較差。聚合物可顯著降低驅(qū)替液的流度，提高驅(qū)掃效率，但它要發(fā)生滯留，捕集與降解等。揚(yáng)長避短，相互配合使用，可

31、達(dá)到最佳驅(qū)油效果。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)配它們之間的關(guān)系，可以得到高效率的體系。從而進(jìn)一步提高原油采收率。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)油體系中各種驅(qū)油劑在儲層中的行為和作用決定了其驅(qū)油機(jī)理，以下從各驅(qū)油劑在儲層中的作用角度討論其驅(qū)油機(jī)理。2.1.12.1.1 堿在三元復(fù)合驅(qū)中的作用堿在三元復(fù)合驅(qū)中的作用1)降低油/水界面張力與原油中的有機(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： COONaHNaCOOHRTFYen 及 Dasan 等人

32、的研究發(fā)現(xiàn)13，這些皂化反應(yīng)物是復(fù)雜的有機(jī)酸皂的混合物，是由不同烷烴鏈羧酸皂、環(huán)烷酸皂組成的分子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，減少表面活性劑的用量，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)（）來描述，毛管數(shù)越大則采收率越高，一般毛管數(shù)需cN在 10-3至 10-2左右，而毛管數(shù)有如下的定義：cN （2-VNc2）式中:驅(qū)替相粘度； 注入速度；V油水界面張力（/） 。對于正常水而言，毛管數(shù)僅為 10-6至 10-5，可見要把毛管數(shù)增大到 10

33、-3至大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）910-2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/水界面張力，因此利于采油。界面張力降低后主要以兩種方式來提高原油采收率：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)而形成可流動的連續(xù)油帶，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目的?？梢姡瑝A的加入對降低界面張力有利。2)改變巖石的潤濕性在油-水-巖石系統(tǒng)中，存在

34、油/水（） 、油/巖石（）和水/巖石woos（）三種界面張力，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時：。這三個界面wscoswowsos張力之間的關(guān)系決定了巖石潤濕性的特征。堿與巖石反應(yīng)生成的表面活性劑除聚集在油水界面降低外，部分表面活性劑吸附在巖石表面，改變和，使woosws上述平衡遭到破壞，巖石潤濕性發(fā)生改變。三元復(fù)合驅(qū)后，巖石潤濕性變化的總趨勢是向親水方向轉(zhuǎn)化，三元復(fù)合驅(qū)中巖石潤濕性的變化主要是因?yàn)榛瘜W(xué)劑與地層中二價(jià)陽離子、巖石礦物相互作用，改變巖石的表面性質(zhì)以及堿對吸附在巖石表面的剛性油膜的溶解，使各相之間的界面張力發(fā)生變化26。3)溶解堅(jiān)硬的界面薄膜及原油的乳化29大量研究數(shù)據(jù)表明水和一些油滴界面處存在堅(jiān)

35、硬的薄膜結(jié)構(gòu)。瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、卟啉、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。而堿水溶液可溶解這些薄膜，促使原油乳化聚并，提高油的流動性和產(chǎn)出量。這個機(jī)理可以說與油/水界面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，滯留于大孔隙的喉部，降低驅(qū)替液的流動能力來提高波及范圍和波及效率。4)堿對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

36、砂巖表面對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28，即通過調(diào)整離子強(qiáng)度來調(diào)節(jié)表面活性劑在油水相中的分布，當(dāng)表面活性劑在油相和在水相中的分配比較接近一定臨界（或平衡）值時，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 10-2mN/m 以下。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10Mukerjee 等在研究相平衡的影響因素時證明19，在低含鹽度時隨 NaOH 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，在高的含鹽度下需要較高濃度的 NaOH，以增加表面活性劑的解離度，保證中

37、相的形成。在一個特定的 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，NaOH 只起電解質(zhì)的作用。5)堿對聚合物溶液粘度的影響堿通過以下三種方式影響聚合物的粘度。首先，堿向聚合物溶液中提供陽離子，這些陽離子通過電荷屏蔽機(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： 再次，堿通過與鈣、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 OH-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。堿的濃度對聚合物溶液粘度的影響取決于上面幾個因素的綜合效應(yīng)。在堿的濃度比較低時，

38、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，存在的高濃度鈉離子會通過電荷屏蔽，抵消掉水解作用對粘度的影響，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)30，隨著混合時間的增加，聚合物的粘度增大，而冪率指數(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狀態(tài)隨時間增加而發(fā)生偏離。存在強(qiáng)堿情況下，部分水解聚丙烯酰胺進(jìn)一步水解，隨著聚合物的水解其側(cè)鏈上羧基數(shù)目增多，因此靜電排斥增強(qiáng)、鏈的尺寸增大，從而體系粘度增大。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單分子（單體）縮聚而成的分子量很大（百萬）的天然或人工合成的高分子化合物

39、。聚合物對界面張力的影響很小11，在 ASP 驅(qū)中其作用主要是通過提高驅(qū)替相粘度，從而降低驅(qū)替相與被驅(qū)替相的流度比，達(dá)到流度控制目的。參考聚合物驅(qū)流度比的定義12，把 ASP 復(fù)合驅(qū)的流度比定義為： （2-)(wwooASPASPwoASPASPKKKM3）式中： ASP 復(fù)合驅(qū)的流度比；ASPM、分別為 ASP 復(fù)合驅(qū)段塞的流度和油水混合帶的流度；ASPwo、分別為 ASP 復(fù)合驅(qū)溶液、油相和水相的滲透率；ASPKoKwK +YNaOHNH2 CH2CH xC=O O=Na+ CH2CH z C=O NH2 CH2CH nC=O +YNH3大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11、分別為 AS

40、P 復(fù)合驅(qū)溶液、油相和水相的粘度。ASPow由上式可見，增加驅(qū)替相的粘度、降低驅(qū)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)替相的粘度又能降低驅(qū)替相的相滲透率，所以能夠進(jìn)行流度控制。驅(qū)油常用的聚合物為聚丙烯酰胺（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力學(xué)體積，可以達(dá)到增粘的目的。同時，因?yàn)橐肓穗x子基 COO-，溶解性高于均聚物，而且由于在主鏈上所引入的 COO-之間靜電排斥使鏈更為伸展，因此也可以獲得更大的水動力學(xué)體積23（圖 2-

41、2） ，因而可以得到更高的溶液粘度。配成水溶液時，聚合物分子在水中伸展開，把水分子捕獲到自己的鏈間結(jié)合，從而把水溶液的粘度增大 25 個數(shù)量級，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，由于孔隙介質(zhì)的吸附和捕集引起聚合物分子的滯留，被滯留的聚合物分子與水分子之間的作用較強(qiáng)，對水的阻力很大24，對油的阻力甚微，從而導(dǎo)致水相滲透率的降低，因而提高了波及系數(shù)。近年來，我國專家研究認(rèn)為粘彈性聚合物不但能夠提高波及效率

42、，而且能夠提高微觀驅(qū)油效率25。圖 2-1 HPAM 分子結(jié)構(gòu)示意圖 聚合物對驅(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)?HPAM 是一個在羧基上帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)，在聚合物和溶劑中的任何陽離子之間發(fā)生著強(qiáng)烈的相互作用使其增粘效果降低，特別是在水解度較高時更是如此。聚合物的驅(qū)油機(jī)理較簡單，效果良好，但它在洗油能力方面較差，并且會在多孔介質(zhì)中發(fā)生吸附、滯留及捕集，當(dāng)壓差太大時會發(fā)生機(jī)械降解，還會發(fā)生化學(xué)降解和生物降解等，使聚合物失去增粘的作用。離子化 非離子低水動力學(xué)體積 離子化高水動力學(xué)體積 圖 2-2 PAM 和 HPAM 水動力學(xué)體積比較電荷排斥 電荷排斥 O

43、=Na+ CH2CH z C=O NH2 CH2CH xC=O大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）122.1.3 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28。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，表面活性劑本身的活性是三元復(fù)合驅(qū)中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)在體相中和水分子結(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、巖石的表面結(jié)

44、合時就會破壞原油邊界層，把邊界層中束縛的原油解脫出來，成為可流動的原油，極性的水分子或親水基團(tuán)就會占據(jù)顆粒表面，從而使礦物、巖石表面由油濕變?yōu)樗疂瘢?dāng)然也會出現(xiàn)堿劑造成的界面張力降低、潤濕性的改變、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)在以下幾個力的減?。?)減小毛細(xì)管力毛細(xì)管力是孔隙吼道中非潤濕相流體所受到的阻力。毛細(xì)管力的減小降低了非潤濕相流體原油的流動阻力，有利于原油流向生產(chǎn)井井底。 （2-rpc/cos24）式中： 毛細(xì)管力；cp原油/水界面張力；水相潤濕接觸角；毛細(xì)管半徑。r2)減小原油在巖石表面的粘附力21水中加入表面活性劑后不僅降低了油水界面張力，而且可使?jié)櫇?/p>

45、接觸角變小，即增強(qiáng)水對巖石的潤濕作用。潤濕角變小與界面張力降低都能導(dǎo)致巖石對原油的束縛能大大減小。原油在巖石表面的粘附力可用 Young 氏方程來計(jì)算： （2-)cos1 (aW5）式中： 粘附功；aW 原油/水界面張力； 水相潤濕接觸角。3)減小內(nèi)聚力19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等徑的小油珠所做的功。 （2-)/1 (42RrnrA6）大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13式中： 分散功；A油滴數(shù)；n分散前的油滴半徑；R分散后的油珠半徑；r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)后剩余的各種形態(tài)的殘余油

46、被驅(qū)替出來。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)合體系中，價(jià)格較低的堿劑主要是用做犧牲劑，通過與巖石反應(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，減少它們在地層中的吸附損失，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于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面上的吸附特性可用兩個指標(biāo)來表示28：一是達(dá)到飽和吸附時所達(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29，故 cmc 可體現(xiàn)這一特性。飽和吸附量的大小取決于分子（或離子）自身橫截面

47、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面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)使分子截面積變大；飽和吸附量變小。表面活性劑分子在界面（液氣、液液）上的吸附能使溶劑的表（界）面張力降低，此乃表面活性的標(biāo)志。對表面活性劑活性能力的度量有兩種參數(shù)6：一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面活性劑濃度，記作 PC20： （2-20220)/1lg(CPC202)lg(C7）其物理意義是在表面張力降至 20mN/m 時，對應(yīng)的表面活性劑濃度，此值接近 cmc 值。二是表面活性劑的效能（能力） ，即表面活性劑使溶劑界面張力降低的最大值。

48、表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了水溶液中表面活性劑分子的烷烴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，表面活性劑大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14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)象稱為表面過剩，這一現(xiàn)象可以用 Gibbs 公式描述： （2-22ln)1(CddRT8）式中： 表面（界面）張力； 吸附平衡時表面活性劑的濃度。2C2)表面活性劑在巖石礦物上的吸附20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固體表面 OH-離子解離使其表面帶電；二是可溶解礦物由于表面

49、離子溶解、晶體離子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面帶電。硅酸鹽礦物晶體以硅氧配位的四面體（SiOH）-4為主要結(jié)構(gòu)，它與水接觸后水解成Si-OH，表面電勢同 pH 的關(guān)系如下：OHMOMOHOHM22)(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)吸附自由能為G0ass，由 Stern 層吸附導(dǎo)出的 Stern_Grahame 方程是： （2-/exp10203kTGCads9）式中：引起吸附表面活性劑的 Stern 層內(nèi)吸附的表面活性劑-離子的密度，mol/cm2吸附的表面活性劑分子有效半徑，cmr表面活性

50、劑離子在體相的濃度，mol/mlC從溶液中吸附時，有若干個作用力單獨(dú)或相互聯(lián)合對吸附起作用。能夠?qū)ξ竭^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]到對吸附過程起作用的各種力，則上式中的為：adsG （2-00000cov00solvhscccelecadsGGGGGGG10）式中：靜電相互作用自由能；0elecG共價(jià)鍵自由能；0covG吸附表面活性劑分子碳鏈側(cè)向相互作用自由能；0ccGH+OH-大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15表面活性劑分子碳鏈同固體表面活性劑親油部位間非極性相0

51、scG互作用自由能；氫鍵自由能；0hG吸附質(zhì)或任何從表面向溶液中溶解的溶解自由能。0solvG對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)對吸附起作用。3)表面活性劑在多價(jià)陽離子溶液中的沉淀21石油磺酸鈉表面活性劑與地層水中的多價(jià)陽離子、巖石中粘土的可交換多價(jià)陽離子相互作用會發(fā)生沉淀，反應(yīng)方程式如下：NaClRSOCaCaClNaRSO2)(22323或 （） 2Mg)(23RSOCaP.Somasundaran22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)度的鈣離子存在時便有磺酸鈣的沉淀物生成，但再增加磺酸鹽濃度時，卻出現(xiàn)沉淀物的再溶解，繼續(xù)

52、增加磺酸鹽濃度時，又出現(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力學(xué)捕集。聚合物的吸附主要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晶層側(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子在庫侖力的作用下產(chǎn)生吸附，吸附量與粘土的含量、類型以及聚合物的相對分子質(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

53、合物分子未能通過狹窄的流動通道，而堵塞在其中造成了聚合物在多孔介質(zhì)中的滯留。簡單地說，機(jī)械捕集類似于過濾，即一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（足以使聚合物分子進(jìn)入）而出口端?。ň酆衔锓肿硬荒芰鞒觯┗虺隹诙朔忾]的孔道。當(dāng)聚合物分子進(jìn)入上述孔道后，流動就受到了限制，但水仍可以在這些孔道內(nèi)流動。由于水在這些孔道內(nèi)緩慢流動，使得聚合物分子在孔道的出口端被逐漸地壓緊。由于聚合物分子在狹窄的流動通道被捕集造成堵塞，從而使后續(xù)的更多的聚合物分子被捕集。聚合物的流體動力學(xué)捕集13的概念是人們根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象提出來的。人們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流速增大時，聚合物的滯留量也

54、增加；當(dāng)流速降低或停止大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16流動一定時間之后再恢復(fù)流動，一部分滯留的聚合物又會重新流出孔道，使聚合物的滯留量下降。由此可見，聚合物在巖心中的滯留與流速有關(guān)，換言之，滯留的聚合物中有一部分是由于流體動力學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的。2.2.3 堿的吸附損失堿劑的吸附損失6主要是堿同巖石的相互作用。在堿水通過多孔介質(zhì)驅(qū)油時一個重要的過程是堿同巖石的相互作用，該過程主要是陽離子交換過程、堿對巖石的溶解過程以及同二價(jià)離子反應(yīng)形成水不溶物的過程。1）陽離子交換過程堿同巖石的反應(yīng)中最重要的是同巖石膠結(jié)物粘土的反應(yīng)，即粘土上的Na+、H+及 C（或 Mg2+）等陽離子與堿溶液中的 Na+離子

55、處于交換平衡之中，a2堿劑在水溶液中解離：OHNaNaOH堿劑水中的 Na+與吸附在粘土負(fù)電位上的 H+的離子交換按下式進(jìn)行：HMNaNaHM粘土吸附一克當(dāng)量的 Na+離子，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 Ca2+（或 Mg2+）與溶液中 Na+離子進(jìn)行交換。 222CaMNaNaMCa其中 M 代表一個可被交換的礦物質(zhì)點(diǎn)（位） 。2）堿同二價(jià)離子的沉淀反應(yīng)巖石中的石膏（CaSO4）等含二價(jià)離子的礦物以及水中的和從粘土中交換到水中的 Ca2+、Mg2+離子也同堿發(fā)生不同成分的溶解反應(yīng)生成不溶性物質(zhì)而沉淀。 4224)(2(SONaOHCaNaOHCaSO固）

56、22)(2OHCaOHCa或 )(2Mg2)(OHMgOHCOCaCOOHCa232224)(4上述反應(yīng)同樣消耗了堿而使堿液在推進(jìn)過程中引起 pH 值降低。3）堿對巖石的溶解反應(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 pH 值降低，引起堿耗，同時，這些反應(yīng)物同羧基反應(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： 24222SiOHOHSiO 或 OHSiOHSiOHOH243242大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17 OHSiOHSiOHOH224242堿與反應(yīng)生成物與二價(jià)金屬離子反應(yīng)生成不溶物硅酸鹽垢。2SiO4242CaSiOSiOCa )(

57、2Mg)(4MgSiO上述諸多反應(yīng)引起堿損耗，同時形成復(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)油時應(yīng)考慮的問題。除了價(jià)格成本因素外，在選擇 ASP 復(fù)合驅(qū)油劑時還應(yīng)考慮如下諸多方面的要求：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)與原油的界面張力最低；b.分子量分布應(yīng)適

58、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)過程中產(chǎn)生色譜分離；d.對多價(jià)離子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)油體系中解決流度控制問題的主劑，在選擇時大致應(yīng)遵循以下原則：a.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)對含鹽量和硬度反應(yīng)又會太敏感；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，對堿劑的敏感在允許范圍內(nèi)；d.抗吸附性，防止

59、因吸附而使溶液的粘度降低，影響驅(qū)油效果；e.在多孔介質(zhì)中具有良好的傳輸性。大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）182.3.3 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：a.最大限度地滿足將原油中的有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為石油酸皂；b.優(yōu)化把原油中石油酸就地轉(zhuǎn)化為石油酸皂的 pH 值；c.在較寬的堿濃度和適當(dāng)?shù)柠}濃度范圍內(nèi)保持體系與原油的界面張力超低；d.體系與原油超低界面張力對應(yīng)的含鹽度范圍應(yīng)盡量保持在注入水和地層水礦化度之間的范圍；e.堿在巖石中的損耗以及對地層的傷害不應(yīng)超過許可的范圍；f.對聚合物增粘效應(yīng)的負(fù)貢獻(xiàn)應(yīng)保持在最低值

60、。大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19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3.1 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法條件1)實(shí)驗(yàn)儀器a.界面張力儀 ：TEXAS-500；產(chǎn)地為美國德克薩斯大學(xué)b.天平 ：PB3002-E； 產(chǎn)地為梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司c.天平 ：AB204-S； 產(chǎn)地為梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司d.布氏粘度計(jì) ：BROOK-II； 產(chǎn)地為美國 Brookfidd 公司e.巖心驅(qū)替裝置：DY-I； 產(chǎn)地為江蘇海安華達(dá)石油儀器廠f.平流泵 ：LP-20C； 產(chǎn)地為北京星達(dá)技術(shù)開發(fā)公司g.攪拌器 ：JJ-1； 產(chǎn)地為江蘇金壇大地自動化儀器廠2）實(shí)驗(yàn)步驟a.