第46卷第7期2017年7月
应用化工
Applied Chemical Industry
Vol.46 No.7
Jul.2017
I专论与综述i
乳状液体系在石油工业中研究现状综述
陈思智u,刘卫东2’3,王桂君4,田浩u,杜春泽u,杨烨2’3
(1.中国科学院大学,北京100190;2.中科院渗流流体力学研究所,河北廊坊065007;
3.中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊065007;
4.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院,新疆克拉玛依834000)
摘要:概述了原油乳状液的驱油机理和国内外原油乳状液在地层中的渗流规律及对采收率的贡献方面的研究与 应用进展,并展望了在乳状液性能研究、室内物理模拟实验对地层条件的真实反映、乳化作用对采收率定量关系的 研究和研制绿色、环保、廉价、无污染的乳化剂等方面的研究前景。
关键词:乳状液;概述;乳化;研究前景
中图分类号:TQ 013;TQ 021.1 ;TQ 022.1文献标识码:A 文章编号:1671 - 3206(2017)07 - 1366 -04 Summary about application of emulsion system in petroleum industry
如何消除嘴角纹
CHEN Si-zhih2 ,LIU Wei-dong2^ , WANG Gui-jun4 , TIAN Hao12 ,DU Chun-zeh2 , YANG Ye2'3
(1. University of Chine Academy of Sciences,Beijing 100190,China;
2. Institute of Porous Flow and Fluid Mechanics,Chine Academy of Sciences,Langfang 065007,China;
3. Langfang Branch of Rearch Institute of Petroleum Exploration and Development,Langfang 065007, China;
4. Rearch Institute of Experiment and Detection,PetroChina Xinjiang Oilfield Company,Karamay 834000,China)
又老了一岁的心情说说
Abstract: This paper mainly summarizes the rearch on the oil flooding mechanism of crude oil emulsion and the epage law of crude oil emulsion in the formation and the contribution to the recovery of oil and oil. At the same time,the rearch on the performance of the emulsion,the true reflection of the formation condition is simulated in laboratory, the role of emulsification on the quantitative relationship between the recovery and the development of green,environmentally friendly,cheap,non-polluting emulsifier and other aspects of the rearch prospects.
Key words:emulsion ;summary ;emulsion ;rearch prospects
乳状液是一种液相分散在另一种互不相溶液相 中的多相分散体系,分散成小小液滴的称为分散相,而包容这些小液滴的相称为连续相[12]。乳状液的 类型可分为:一类是水相为连续相,油相为分散相,称为水包油型乳状液(〇/w);另一类是油为连续 相,水为分散相,称为油包水型乳状液(W/0)。除 此之外,还有一类为多重乳状液:一类是油分散在水 相中,而油滴中又有小水珠,称为水包油包水型多重 乳状液(w/0/w);另一类是水分散在油相中,而水滴 中又有小油珠,称为油包水包油性乳状液(0/W/0)。
据统计,世界上的原油80%是以乳状液形式采 出的[34],在油气田开发过程中与乳状液有关的环节众多,如钻井过程中所用的钻井液、完井过程中所 用的完井液、原油在地层中的运移、化学体系与原油
相互作用时形成的乳状液、采出原油在管道中的运 输等。现阶段,人们对乳状液在提高采收率中的认 识逐步加深,在三次采油过程中采收率得到提高。因此研究乳状液在地层中的渗流规律及作用机理对 于提高采收率具有重要的意义[5_6]。本文主要介绍 了乳状液在驱油中的应用和乳状液渗流机理的一些 进展和研究成果,并对三次采油中乳化作用对采收 率影响提出几点建议。
1乳状液驱油机理
乳状液驱油是指将乳化剂与原油混合,利用高
收稿日期=2017-03-05 修改稿日期:2017犯-27
基金项目:国家油气重大专项化学驱提高采收率技术(2016Z X05010404)
作者简介:陈思智(1991 -),男,甘肃白银人,中国科学院大学渗流流体力学研究所在读硕士研究生,师从刘卫东高级工 程师,主要从事油气田开发工作。电话:〇1〇 -69213579,E-m a i l:CSZ19910220@163.c〇m
通讯联系人:刘卫东(1970 -),河北唐山人,中国石油勘探开发研究院廊坊分院高级工程师,主要从事油气田开发工作。
电话:010 -69213365,E -mail :l w d69@petrochina. com. cn
第7期陈思智等:乳状液体系在石油工业中研究现状综述1367
速搅拌的方法制备所需性能的乳状液,然后将制备 好的乳状液注入到已经水驱后的岩心中,驱替残余 油的过程,现阶段主要的乳化剂有表面活性剂和碱。现阶段研究乳状液驱油机理主要应用光刻玻璃模型 和真实砂岩微观模型实验分析,大量的室内物模实 验和现场试验都表明,乳状液驱油能有效地提高采 收率,这些对研究乳状液驱油机理发挥重要的作用,也对改善油田三次采油开发效果起到指导性的作用。
王凤琴等[7]通过光刻玻璃模型和真实砂岩微 观模型探究了水包油型乳状液在多孔介质中的渗流 机理,最终总结了乳状液驱油的机理:①利用乳状液 堵塞大孔道,提高乳状液的波及系数,减少扰流产生 的残余油;②乳状液进入孔喉后,通过乳状液的挤 压、拉、拽作用,将边缘及角隅的残余油带走,提高了 洗油效率。
近年来,国内的许多学者通过光刻玻璃模型和 真实填砂模型发现乳状液在驱油过程中也具备调剖
的作用,通过实验发现乳状液对孔喉堵塞机理主要 有3种[8]:①单个乳状液分散相引起的堵塞;②数个 乳状液滴无序拥挤引起的堵塞;③细小液滴管壁吸 附引起的堵塞。
雷雨希等[9]通过岩心驱替实验研究了乳状液 的调剖能力和影响因素,结果表明,乳状液滴与岩心 孔
喉大小的匹配关系是影响调剖能的重要因素,当乳状液滴大于孔喉半径时,调剖效果较好。影响乳 状液调剖效果的因素很多[1M2],但主要的影响因素 有:乳状液滴的大小、乳状液的稳定性、乳状液在多 孔介质中的流动速度、岩心孔喉大小等。国内外许 多学者发现乳状液滴直径大于孔喉直径时对地层的 封堵效果较好;乳状液在多孔介质中的流速对地层 的封堵效果也较明显,低流速下容易发生堵塞现象,而高流速下不易发生堵塞现象[8’1344]。
2乳状液体系在驱油中的应用
2.1国内的发展状况
三元复合驱油技术提高原油采收率的主要机理 是:它能够形成超低界面张力,乳化携带原油,并通 过聚合物的高黏度来增加波及体积提高驱油效率[15]。三元复合驱矿场试验表明三元复合驱虽然 可提高采收率18%以上,但影响驱油效果的因素很 多,其中乳化对三元复合驱油效果影响较大。刘奕 和杨清彦等[1W7]论述了三元复合驱过程中乳化油 滴的产生方式大致可分为两种:一种是原先静止不 动的残余油被分散成小油滴;另一种是运动过程中 的一个油滴分散成两个较小的油滴。朱友益和牟建 海等对三元复合驱低浓度体系与相似原油所形成的相态特点研究得出:中间层的存在对三元复合驱体
系与油相形成超低界面张力至关重要,且中间层表 面活性剂分配占99. 8%[18〜。以往这些研究没有 对乳化程度与驱油效率之间的关系进行定量化
研究。
赵凤兰等[21]针对大庆原油与ASP体系的乳化,评价了作用方式和大小、油水比以及原油组成等对
原油乳状液稳定性的影响。他们通过对比一元、二 元、三元体系与低酸值的大庆原油乳化过程,得出碱
在乳化作用过程中起到关键性的作用。他们认为碱
能够与原油中的酸性组分反应,生成薄膜性物质,有 利于W/0型乳状液的形成和稳定性的增强;相对 分子质量较大的水溶性聚合物的加人,有利于W/0 型乳状液的形成且能增强水膜的强度,增加乳状液
的稳定性。他们认为化学体系与原油乳化作用与提 高采收率具有直接的关系,但没有给出具体的实验 证明。
雷征东等[22]基于对乳化启动、乳化捕集和浓体
系乳状液渗流的合理描述的缺陷,通过建立捕集数
与残余油饱和度的关系,修正毛管数减饱和度曲线,
描述了三元复合驱乳化启动、乳化携带作用。最后
利用非均质正韵律剖面地质模型评价了三元复合驱 对采收率和波及效率的影响,结果显示乳化作用可 提高采收率3.17个百分点,提高波及效率4. 7个百 分点;乳化作用对低渗透和中间层洗油效率贡献较
大,对低渗透层的波及系数贡献较大,而洗油效率和 波及系数在高渗透层中表现较弱。王克亮等[2M4]
通过多测点取样长岩心对不同渗透率的岩心,研究 了三元复合驱体系在渗流过程中的乳化规律。结果
同样表明,低渗透的岩心比高渗透的岩心发生乳化
时机要早,且乳状液的颜色较深,乳化效果好。与此
我的家园作文同时,他也证明了在相同渗透率的情况下,中含水率
岩心比高含水率岩心发生乳化时机早,且乳化效果
较好。对于均质岩心,乳化体系比未乳化体系采收 率可提高5 ~ 10个百分点;对于非均质岩心,乳化体
系比未乳化体系采收率可提高5个百分点左右。
张立娟等[25]利用多测点长岩心更为真实的反 映了 ASP体系与大港和大庆原油在地下的乳化过 程,通过生物显微镜观察不同位置采出液,研究了不 同碱用量下,ASP体系与原油乳化的特性。结果表 明,ASP体系以油藏平均流速(约1m/d)驱替原油 时,在数厘米的距离就可发生乳化作用;碱用量越
高,乳化程度越大,乳状液稳定性越强;低酸值、低粘
度的大庆原油比高酸值、高粘度的大港原油容易发
生乳化作用,但其乳状液的稳定性较差,乳化程度较
低;对于大港和大庆原油,高碱用量比低碱用量的采
1368应用化工第46卷
收率可提高10个百分点左右,且采油速度也越快。其缺点是对乳化能力的评价及乳化程度的量化表征 方法过于单一。
李世军等[26]分析了大量的物理模拟岩心驱油 实验,得出了原油乳化是提高采收率和扩大波及体 积系
数的关键性因素,乳化比未乳化提高采收率5% ~6%。现场三元复合驱试验,发现采油井含水 率下降到40% ~ 60%。
刘奕等通过大量的室内物理模拟实验发现
乳化可以提高采收率,乳化体系比未乳化可提高5% ~6%;乳化可以缓解层间和层内的矛盾,乳状液 具有调剖作用,可以扩大波及体积和提高洗油效率。洪冀春等研究了三元复合驱乳化对油井产能的影 响,得出大庆北一区断西北产液指数下降幅度为50% ~60%。
李星[27]通过大量的物理模拟实验发现,乳化程 度影响采收率的提高。实验根据乳化中间层作为判 断乳化程度的依据,定量化研究三元复合体系乳化 程度对驱油效果的影响,为矿场应用提供有利依据。实验得出只有乳化程度和油层物性匹配且乳状液的 粒径大小和岩心孔喉半径的比值在6 ~8的范围内对提高采收率最有利。孙仁远[28]利用超声技术自 制的原油超声乳状液,并进行乳状液段塞驱油实验,结果表明,在水驱之后注入0.25 PV的超声乳状液 驱油,采收率可提高11.9个百分点。由于超声乳状 液的粘度大于原油粘度,超声乳状液进入孔隙后,首 先堵塞的是大孔道。与此同时,超声乳状液在流动 的过程中产生贾敏效应,提高高渗部位的流动阻力,改善了吸水剖面,提高了波及系数及洗油效率。
2.2国外的发展状况
乳状液在化学驱油过程中对提高采收率扮演着 重要的角色,在化学体系注入地层的过程中很容易 形成乳状液。油水乳状液可以通过注入井可以直接 注入地层,1973年McAuliff e[1°’29]介绍了乳状液驱提 高水驱后的波及系数,在过去的几十年里乳状液驱 已经应用。在最近的研究里McAuliffe通过比较水 包油乳状液驱和水驱,研究在岩心中注入的乳状液 是如何提高波及系数的。从油田生产结果来看,乳 状液驱可以增加波及系数和采油量。
Sarma等[3°]研究乳状液驱提高采收率的程度 强于水驱或化学驱。2000年Bai等[31]得出的结论 和 Mculiffe具有一'致性,Bai等和 1998 年 Khambhra-tana等[32]观察到乳状液在多孔介质中的堵塞机制 主要由于乳状液流动时压降和流速引起的。虽然乳 状液在多孔介质中流动的研究一直有进展,但是对 于乳状液在多孔介质中的流动模型没有清楚的认识,现阶段要建立一个可靠的乳状液流动模型并应 用于实际生产应用中。2012年Guillen等[33]论述了 乳状液驱可以提高洗油效率,最终采收率可以提高 4 ~8个百分点。
2010年Wang等[34]通过研究碱驱实验和数值 模拟结果表明在碱驱时乳状液的形成改善填砂模型 的波及系数。2012年K umar[35]研究在油层中注入 碱-表活剂可以提高采收率并在油层中出现乳状液,乳状液的类型包括水包油型(0/W)和油包水型 (W/0),含盐量、水油比、表活剂的疏水性等影响乳 状液的类型。
乳状液在多孔介质中的流动规律对于研究乳状 液提高采收率具有重要的作用。乳状液在通过孔喉 时可以对部分的孔喉起到堵塞的作用,使驱替液活 塞式的向前推进,防止了液流的“指进”现象,提高 驱油剂的波及系数。现阶段对乳状液是如何通过孔 隙的流动机理研究不是很详细,乳状液在孔喉中流 动的模型是一个巨大的挑战。Seright和Liang[36]阐述了乳状液不同堵塞机理的优缺点,他们推断出乳 状液的性能与低粘度体系的性能相似。
Thomas和人1丨[37]通过实验研究了在多孔介质中 注入油包水和水包油乳状液,他们推断出在孔喉大 小分布一定时,乳状液的流动与液滴的大小分布、性 能及流变性相关。在乳状液滴大小和孔喉大小相当 时,用有效粘度描述乳状液在多孔介质中的流动是 说不通的。在这种情况下,Soo等[13’38-39]描述了乳 状液滴堵塞孔喉机理,提出了用过滤模型描述在多 孔介质中乳状液变稀及稳定性;也研究了在低毛细 管数下乳状液在多孔介质中运移的速度对堵塞机理 的影响,表明流动速度对乳状液流动行为贡献较弱,毛细管数贡献较强。
Mao Ilich Romero「4〜通过实验和毛细管模型分 析了乳状液在多孔介质中的流动,实验分析了在乳 状液滴的大小分布已知的情况下,两种不同渗透率 岩心中乳状液的流动特性,最终建立了压力和流速 的关系;毛细管模型分析了乳状液通过变径毛细管 时压力和流速的关系。Pereira等[41]应用理论和数 值分析的方法在微观上研究了乳状液注入机理和多 孔介质结构的特征。
3发展趋势
乳状液在油气田开发过程中的应用越来越广 泛,尤其在三次采油过程中,乳化对提高采收率起到 的作用越来越突出,现阶段在乳状液驱油方面取得 了相应的成果。今后的发展趋势为:
(1)加强乳状液的性能研究。随着油藏温度、地层的复杂程度、含盐量等的变化,对乳状液的性能
第7期陈思智等:乳状液体系在石油工业中研究现状综述1369
要求加大,现阶段对乳状液性能表征还处于传统的
技术,研究新技术已成为现阶段必不可少的工作。
(2) 加强室内物理模拟实验对地层条件的真实 反映。室内物理模拟实验是对现场实际适用的真实
反映,现阶段对乳状液的制备还处于高速搅拌的方
法,这种乳状液不能很好地满足地层中原油乳状液
的生成条件,研究在地层条件下发生乳化现象成为
现阶段的工作重心。
(3) 加强乳状液驱油机理研究。现阶段主要通 过微观实验研究乳状液的驱油机理,通过现象观察
乳状液渗流机理,缺乏数学模型的论证。能够用数
学的理论知识对乳状液在多孔介质中的运移做出解
释,这样结合实验可以对现场起到指导的作用。
(4) 加强乳化作用对采收率定量关系的研究。现阶段都以制备好的乳状液做室内驱油实验,得出
相应的采收率不能很好地解释乳化作用真实对采收
率的贡献值,研究乳化与采收率的定量关系成为现
阶段的中心任务。
(5) 加强研制绿色、环保、廉价、无污染的乳化 剂。在三次采油的过程中,乳化剂的用量很大,因此
研制新型乳化剂是研究乳化的关键。随着国家对环
境保护的日益关注以及人们对环保意识的加强,研
制绿色、环保、廉价、无污染的乳化剂是我们不可推
辞的任务。
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