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界面张力特征对复合驱驱油效果影响的实验研究

作　者: 俞淇竣
导　师: 李华斌
学　校: 成都理工大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 三元复合驱界面张力表面活性剂驱油效率
分类号: TE357.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

上个世纪80年代初国外提出了碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱（Alkaline-Surfactant-Polymer Technology即ASP）。该方法的表面活性剂的使用浓度只有0.03%～0.3%（有效浓度），其实质是用廉价的碱部分地或全部地替代价格昂贵的表面活性剂，以降低有效化学驱中所需表面活性剂的用量。与此同时，由于加入碱剂又降低了表面活性剂和聚合物的吸附滞留损失，特别是价格昂贵的表面活性剂，其降低幅度可以达到50%以上；此外，碱剂又可以与原油中的有机酸反应生成石油酸皂，石油酸皂与外加表面活性剂产生较好的协同效应。与聚合物驱相比，它在扩大波及体积的基础上，能够进一步提高驱油效率，因此该项技术是既可以提高驱油效率又可以提高波及效率的提高原油采收率新技术。目前，在国内三元复合驱技术外还处在室内实验研究和先导性试验阶段。通过大量的室内研究和矿场试验结果表明，油水平衡界面张力达到10-3mN/m数量级的超低值，可以使原油采收率比水驱提高20%OOIP以上。因此，三元复合驱油水平衡界面张力必须达到10-3mN/m数量级的超低值，已成为目前三元复合驱配方筛选的关键技术界限，并已成为三元复合体系中表面活性剂选择及其评价的一项重要的技术“硬”指标。同时该技术界限带来了以下2个问题：一是，加大了体系中表面活性剂的筛选难度，同时也限制了表面活性剂的种类和来源；二是，只有高浓度碱才能满足10-3mN/m数量级超低平衡界面张力，这就在很大程度上提高了三元复合驱的化学剂成本，妨碍了三元复合驱技术的推广应用。但是，具有以下两种界面张力特征的表面活性剂却较轻易生产和获得：1.油水平衡界面张力可以长期稳定达到10-2mN/m数量级的表面活性剂；2.油水平衡界面张力达不到10-3mN/m数量级超低值，但瞬时动态界面张力最低值可以达到10-3mN/m数量级。如果从理论上和实验上都能够证明以上两种活性剂体系的驱油效果与油水平衡界面张力达到10-3mN/m数量级超低值三元体系的驱油效果相当，则国内大多数的工业表面活性剂产品都可以应用于三元复合驱，从而大幅度降低三元复合驱体系对表面活性剂的苛刻要求和限制，大大拓宽了表面活性剂的来源和选择性。在调研国内外研究成果的基础上，论文分析和研究了残余油所需最低界面张力的理论由来，三元复合驱中，油水界面张力对采收率影响的机理讨论，以及三元复合驱矿场试验中的有效界面张力的分析。研究结果表明：油水界面张力为10-2mN/m数量级仍能有效提高采收率，同时也为合理选择表面活性剂及组合提供了新的思路，并把复合驱技术中油水界面张力从“必须达到10-3mN/m数量级及以下”的严酷条件中解放出来。本文的岩心驱油试验表明：即使在强亲油（原油与岩心的润湿接触角在10°～45°范围）条件下,无论是油水平衡界面张力还是油水瞬时动态界面张力,采收率都随着界面的的降低而上升；此外,曲线表现为典型的S型,即随着油水界面张力的降低复合驱采收率提高值随动态界面张力最低值的降低而上升；当油水界面张力值≥在4.5×10^-1mN/m时，尽管随着界面张力的降低，采收率逐渐增大，但增加幅度明显小于界面张力值4.5×10^-1mN/m～4.5×10^-2mN/m范围的增加幅度；也就是说,当油水界面张力值在4.5×10^-1mN/m～4.5×10^-2mN/m范围内逐渐降低时,采收率明显增大；当界面张力≤4.5×10^-2mN/m时，随着油水界面张力的降低，采收率进一步增高并达到最大值,但增加的幅度非常小。此外，岩心驱油试验还表明：在强亲油条件下,动态界面张力最低值达到10-2mN/m数量级的驱油效果与平衡界面张力为10^-3mN/m数量级的驱油效果基本相同，在20%OOIP左右。但由于使瞬时动态界面张力达到5×10^-2mNm,比使平衡界面张力可以达到10^-3mNm数量级容易且表面活性剂种类多。这就为降低复合驱成本、降低碱浓度甚至不用加碱,采用对地层无伤害的无碱驱油体系提供了可能。显然:油水瞬时动态界面张力最低值与驱油效果更具有相关性，即影响驱油效果的主要因素是油水瞬时动态界面张力的最低值，而不是平衡界面张力值。根据本文的岩心驱油实验结果，选择油水瞬时动态界面张力最低值达到10-2mN/m数量级的复合体系，包括：大庆油田配方条件下的碱/表面活性剂/聚合物三元复合体系，以及降低碱剂浓度进行岩心驱替实验，来用于验证上述结论的正确性。试验结果表明：无论是碱剂用量降低25%～45%后还是无碱条件下，商业表面活性剂的复合体系进行岩心驱替试验，驱油效果都非常理想，比水驱提高采收率20%OOIP左右。结论显示，驱油效果非常理想，并且大大降低了体系的化学剂成本和费用，这将有助于三元复合驱的推广与应用。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-19
  1.1 引言  12-13
  1.2 课题来源及研究意义  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-16
    1.3.1 体系中表面活性剂的筛选难度加大，限制了表面活性剂的种类和来源  14-15
    1.3.2 为满足10~(-3))mN/m 数量级超低平衡界面张力而必须使用高浓度的化学碱  15-16
  1.4 研究内容及技术路线  16-17
    1.4.1 主要研究内容  16-17
    1.4.2 技术路线  17
  1.5 主要认识及成果  17-19
第2章残余油启动所需最低界面张力研究  19-36
  2.1 活化水驱残余油理论的研究  19-26
    2.1.1 启动水驱残余油所需界面张力值的讨论  19-24
      2.1.1.1 孔隙半径、油滴长度对于活化原油所需界面张力的影响  19-21
      2.1.1.2 油层润湿性对于活化原油所需界面张力的影响  21-24
    2.1.2 三元复合驱中提高毛管数与降低界面张力关系的讨论  24-26
  2.2 油水界面张力对采收率影响的机理讨论  26-30
  2.3 三元复合驱矿场试验中有效界面张力分析  30-35
    2.3.1 原油性质组分存在不同  31-34
    2.3.2 其它因素  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章不同界面张力特征的驱油体系筛选  36-50
  3.1. 实验仪器、条件及化学试剂  36-37
  3.2 实验结论  37-48
    3.2.1 三元体系平衡界面张力性质评价研究  37-43
      3.2.1.1 表面活性剂浓度对复合体系平衡界面张力性质的影响  37-40
      3.2.1.2 碱浓度对复合体系平衡界面张力性质的影响  40-43
    3.2.2 三元体系动态界面张力性质评价研究  43-44
    3.2.3 不同界面张力特征复合体系的选择  44-46
    3.2.4 不同聚合物对三元体系界面张力性质的影响研究  46-48
      3.2.4.1 不同聚合物对三元体系平衡界面张力性质的影响研究  46-47
      3.2.4.2 不同聚合物对三元体系动态界面张力性质的影响研究  47-48
  3.3 本章小结  48-50
第4章不同界面张力特征复合体系的驱油效果研究  50-67
  4.1 三元驱油体系及相关参数  50
  4.2 实验配置及方法  50-52
  4.3 实验结果及讨论  52-64
    4.3.1 岩心驱油实验结果  52-60
    4.3.2 岩心驱油实验结果分析  60-64
  4.4 瞬时动态界面张力达到10~(-2)mN/m 数量级时岩心驱油实验  64-66
    4.4.1 大庆油田三元复合体系配方条件下岩心驱油实验  64
    4.4.2 降低碱剂浓度的岩心驱油实验  64-66
  4.5 本章小结  66-67
结论与认识  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
攻读学位期间取得学术成果  72

界面张力特征对复合驱驱油效果影响的实验研究

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