三元聚驱复合体系研究

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

2NaRSO3?CaCl2?Ca(RSO3)2??2NaCl

或 （Mg2?） (Ca(RSO3)2?)

P.Somasundaran[22]的研究发现，在一定磺酸盐浓度下，当溶液中有一定强度的钙离子存在时便有磺酸钙的沉淀物生成，但再增加磺酸盐浓度时，却出现沉淀物的再溶解，继续增加磺酸盐浓度时，又出现沉淀。这种沉淀-溶解-再沉淀的发生同样导致表面活性剂的损失。

2.2.2聚合物在岩石孔隙中的滞留损失

聚合物通过多孔介质后所产生的损失总称为滞留。引起聚合物滞留的主要原因是在岩石上的吸附和在小孔隙中的捕集以及流体动力学捕集。

聚合物的吸附主要是组成岩石矿物的粘土（高龄石、蒙脱石、绿泥石、依利石等）的相互作用，因粘土矿物具有很大的表面，而且由于晶格缺陷或离子取代使粘土晶层侧面带正电。因此，水溶液中带负电的部分水解聚丙烯酰胺分子在库仑力的作用下产生吸附，吸附量与粘土的含量、类型以及聚合物的相对分子质量、水解度和浓度有关。

聚合物的机械捕集是由于油层岩石孔隙结构的非均质性使较大的聚合物分子未能通过狭窄的流动通道，而堵塞在其中造成了聚合物在多孔介质中的滞留。简单地说，机械捕集类似于过滤，即一些较大的聚合物分子被较小的孔隙所“滤出”。机械捕集主要发生在那些入口端大（足以使聚合物分子进入）而出口端小（聚合物分子不能流出）或出口端封闭的孔道。当聚合物分子进入上述孔道后，流动就受到了限制，但水仍可以在这些孔道内流动。由于水在这些孔道内缓慢流动，使得聚合物分子在孔道的出口端被逐渐地压紧。由于聚合物分子在狭窄的流动通道被捕集造成堵塞，从而使后续的更多的聚合物分子被捕集。

聚合物的流体动力学捕集[13]的概念是人们根据实验观察到的现象提出来的。人们在实验中发现，当流速增大时，聚合物的滞留量也增加；当流速降低或停止流动一定时间之后再恢复流动，一部分滞留的聚合物又会重新流出孔道，使聚合物的滞留量下降。由此可见，聚合物在岩心中的滞留与流速有关，换言之，滞留的聚合物中有一部分是由于流体动力学效应产生的。

2.2.3碱的吸附损失

碱剂的吸附损失[6]主要是碱同岩石的相互作用。在碱水通过多孔介质驱油时一个重要的过程是碱同岩石的相互作用，该过程主要是阳离子交换过程、碱对岩石的溶解过程以及同二价离子反应形成水不溶物的过程。

1）阳离子交换过程

碱同岩石的反应中最重要的是同岩石胶结物—粘土的反应，即粘土上的Na+、

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H+及Ca2?（或Mg2+）等阳离子与碱溶液中的Na+离子处于交换平衡之中，碱剂

NaOH?Na??OH?

在水溶液中解离：

碱剂水中的Na+与吸附在粘土负电位上的H+的离子交换按下式进行：

M?H??Na??MNa??H?粘土吸附一克当量的Na+离子，相当于碱溶液中失去一克当量的碱，引起碱耗。 岩心上束缚于负电位上的Ca2+（或 Mg2+）与溶液中Na+离子进行交换。 MCa?2Na??2MNa?Ca2? 其中M代表一个可被交换的矿物质点（位）。 2）碱同二价离子的沉淀反应

岩石中的石膏（CaSO4）等含二价离子的矿物以及水中的和从粘土中交换到水中的Ca2+、Mg2+离子也同碱发生不同成分的溶解反应生成不溶性物质而沉淀。

CaSO4(固）?2NaOH?Ca(OH)2??Na2SO4

Ca2??2OH??Ca(OH)2? 或 (Mg2?) Mg(OH)2?

4Ca(OH)2?CO2?Ca2CO3??4H2O 上述反应同样消耗了碱而使碱液在推进过程中引起pH值降低。 3）碱对岩石的溶解反应

碱水溶液也与岩石中的碳酸岩、粘土等反应生成可溶性硅、铝酸盐化合物，使pH值降低，引起碱耗，同时，这些反应物同羧基反应生成不可逆性溶解物而引起pH值变化。它们的反应方程如下：

2? SiO2?2OH??H2SiO4

2?? 或 OH??H2SiO4?H3SiO4?H2O

?2?OH??H2SiO4?H2SiO4?H2O

碱与SiO2反应生成物与二价金属离子反应生成不溶物硅酸盐垢。

2?Ca2??SiO4?CaSiO4? (Mg2?) (MgSi4O)?

上述诸多反应引起碱损耗，同时形成复合驱中的碱垢。但碱的损耗也有积极的一面，即作为牺牲剂保护表面活性剂和聚合物降低昂贵的表面活性剂和聚合物的吸附量。

2.3 ASP三元复合驱油体系各组分的选择

碱/表面活性剂/聚合物三元复合体系中各组分在驱油过程所起的作用以及它们相互间的协同作用决定了在选择其作为三元组分驱油时应考虑的问题。除了价格成本因素外，在选择ASP复合驱油剂时还应考虑如下诸多方面的要求：

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2.3.1表面活性剂的选择

表面活性剂作为三元复合驱体系中降低界面张力的主剂在选择时大致应遵循以下原则：

a.应在较宽的碱浓度和离子强度范围内与原油的界面张力最低； b.分子量分布应适当地宽；

c.尽量避免不同类型表面活性剂的混配，以避免体系在油层推进过程中产生色谱分离；

d.对多价离子有高的容忍能力和在岩心中吸附滞留低。

2.3.2聚合物的选择

聚合物是三元复合驱油体系中解决流度控制问题的主剂，在选择时大致应遵循以下原则：

a.具有水溶性，能在常用驱油剂（水）中溶解。为了优化聚合物的某些性质，如水溶解度、粘度和滞留情况要选择其水解的程度。如果水解作用太小，聚合物将不溶于水，如果水解度太大，它的各种性质对含盐量和硬度反应又会太敏感；

b.具有明显的增粘性，加入少量的聚合物就能显著地提高水的粘度，从而改善流度比；

c.化学稳定性和剪切稳定性好，对碱剂的敏感在允许范围内； d.抗吸附性，防止因吸附而使溶液的粘度降低，影响驱油效果； e.在多孔介质中具有良好的传输性。

2.3.3碱剂的选择

ASP体系中碱剂的类型和浓度的选择要根据原油中有机酸的含量及地层水矿化度、硬度进行筛选，一般应遵循如下原则：

a.最大限度地满足将原油中的有机酸转化为石油酸皂； b.优化把原油中石油酸就地转化为石油酸皂的pH 值；

c.在较宽的碱浓度和适当的盐浓度范围内保持体系与原油的界面张力超低； d.体系与原油超低界面张力对应的含盐度范围应尽量保持在注入水和地层水矿化度之间的范围；

e.碱在岩石中的损耗以及对地层的伤害不应超过许可的范围； f.对聚合物增粘效应的负贡献应保持在最低值。

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第3章 ASP三元复合体系驱油效果影响因素实验研究

3.1实验仪器及实验方法条件

1)实验仪器

a.界面张力仪 ：TEXAS-500；产地为美国德克萨斯大学

b.天平 ：PB3002-E； 产地为梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 c.天平 ：AB204-S； 产地为梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 d.布氏粘度计 ：BROOK-II； 产地为美国Brookfidd公司 e.岩心驱替装置：DY-I； 产地为江苏海安华达石油仪器厂 f.平流泵 ：LP-20C； 产地为北京星达技术开发公司 g.搅拌器 ：JJ-1； 产地为江苏金坛大地自动化仪器厂 2）实验步骤 a.岩心管填砂。

b.将岩心抽空后饱和水，测定孔隙体积VP，建立束缚水饱和度。 c.饱和油，饱和2PV以上，直到出口端不再有水流出。 d.进行水驱至模型出口含水98%以上，注入体积2PV以上结束。 e.进行化学驱，按实验方案设计注入化学剂。 f.后续水驱，水驱至模型出口含水98%以上结束。 g.整理资料，计算各阶段采收率及总采收率。 3)实验模型

模型的设计力求体现油田的地质特征，并且尽量做到物性及几何相似。由于大庆油田主力油层为正韵律油层，将模型设计为自上而下低渗、中渗、高渗三层，各层渗透率设计与并联模型相似。变异系数VK=0.59的高渗透层渗透率设计为1.575μm2，中渗为0.6μm2，低渗为0.30μm2。模型的孔隙特征主要考虑孔隙度及润湿性与砂子的粒度，胶结剂含量和施加的压力。对孔隙的润湿性处理时，将模型总砂量的30%采用取自油层的油砂，可使驱油模型获得弱亲油的润湿性，与大庆油田油层润湿性相似。根据相似准则，选用两维纵向非均质正韵律人造物理模型，实验选用了变异系数为0.59的模型，其参数见表3-1。

4)界面张力的测量

许多技术都可以用来测量界面张力，三次采油中主要用旋滴法测量界面张力。三次采油技术要求原油/水体系的界面张力降低到10-3mN/m以下，而旋滴法可测量低达10-6mN/m的界面张力。

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