表面活性剂驱油机理的研究

表面活性剂驱油机理的研究

（1）表面活性剂的微观驱油机理 Stegemeier把表面活性剂提高采收率的机理分为两大类，一是改变粘滞力和毛细管力的比值，二是改变流体的相体积。即在微观上启动原油，并在宏观上进行驱替。在具体油藏条件下，可以用降低油水界面张力的方法使毛细管数增加3～4个数量级。一般原油、水界面张力在20～30mN/m范围内，使用适当的表面活性剂体系，界面张力可以降到超低，从而达到驱油的要求。可以看出，超低界面张力可以极大地提高毛细管数。换句话说，如果油水界面上的界面张力是油珠通过沙粒间狭窄通道时阻止油珠变形的主要因素，那么降低界面张力就可减少变形的阻力，使原油可以在通常的注水压差下被驱出。另外，界面张力的降低可使岩石由油湿变为水湿，减小岩石对原油的束缚力，使油滴更易启动，可见超低界面张力是表面活性剂的驱油机理之一。 （2）流体相体积的改变 改变流体的相体积包括各种乳化作用，这是一种宏观上的驱油机理，主要有乳化夹带、乳化聚并和乳化捕集等。能与原油形成中相微乳液的体系是有利的，因为中相与油相和水相间的界面张力都极低，所以驱油效率很高。因此，我们在评价一个表面活性剂驱油体系时，要考察它的相变化。在国内，李干佐等人对这种相态研究较多，他们使用相态法进行了天然羧酸盐体系配方的筛选，同时研究了Tween80的相性质，得出的结论是中相体积随盐度增大而减小，随油水比增大而增大。王宝瑜等人研究了采出液的相态变化，对表面活性剂驱油的后继处理工作有一定的积极意义。 （3）碱的作用 有时加入碱更有利于低的界面张力，原因是碱与石油中的酸性成分反应生成的活性组分可以与表面活性剂产生有利的协同效应。几位研究者已经发现，原油中的沥青质和树脂可与碱作用生成活性物质。尤其是在重油中这两种成分的含量特别高，所以重油适于用碱驱油。Jenmings通过界面张力和比重间的关联，显示出原油越粘稠越易与碱反应。有些油田的原油，例如大庆原油，在没有碱的情况下，不能与表面活性剂体系产生超低界面张力，可见这种石油酸皂的生成也是表面活性剂的驱油机理之一。实际上，表面活性剂驱油最初是从增效碱驱演化而来的。 Rudin等人对酸性物质对界面张力的影响做了深入的研究，他们将油酸加到癸烷中作为油相。他们发现，在没有外加表面活性剂的情况下，碱的加入量恰好使油酸反应一半时，界面张力最低，也就是说解离与未解离油酸的量相等，且碱的浓度越高，最佳油酸浓度也越高。如果碱浓度太高，则得不到超低界面张力，因此时油酸全部电离。在一定表面活性剂浓度下，最低的界面张力对应着一定的油酸浓度，油酸可以与表面活性剂形成混合胶束，从而降低界面张力，另外，油酸亦可改变表活剂的分配系数，当分配系数为1时，界面张力最低。表面活性剂B-100的加入使最佳碱度降低，并指出加入的表面活性剂与解离油酸的作用相同。结果表明，表面活性剂与碱之间存在一定的协同效应。通过加入表面活性剂，可使最佳碱度向低pH（B-100）方向或高pH方向（B-105）移动。比较有趣的是，随着pH的增加，加表面活性剂和未加表面活性剂的碱体系界面张力逐渐趋于相同。可能是在高pH下，解离酸起主要作用。 早在1917年，Squires就认识了碱驱的重要性。碱浓度对界面电荷、界面张力和油滴大小皆有影响，最佳的碱浓度对应着最大的电泳淌度（大的表面电荷），最低的界面张力及最大的油滴数量。钙离子的加入可使界面电荷减少，并导致界面张力的上升。所以说高电荷密度导致了低的界面张力。Krumrine等人认为碱在驱油过程中起双重作用，一是降低界面张力，减少毛细管力，使原油更易驱替；另外，碱赋予岩石表面负电荷，减少表面活性剂的吸附损失。 （4）扰动及自发乳化 在研究用水萃取苯中正丁酸及异丁醇中乙酸时，Sherwood和Wei发现NaOH的加入可使质量交换速率提高4～5倍。其他研究者也报道了相似的研究结果，并认为界面扰动的产生是造成这种高的质量交换速率的原因。界面扰动可促进水溶液渗入油和固体之

间，使油自固体表面脱离，从垂直界面的角度观察，如果多角形胞室的边界高于界面的平均高度，则界面张力较高，要是胞室中间下凹，则界面张力较低。Bubin和Radke指出，瞬间界面张力的最低值出现在溶质质量交换阻力最大（也就是脱附障碍最大）时。由于扰动的存在，并导致界面张力的梯度分布，实际上，测定界面张力为油滴的平均值。棒状胞室大小与OH-浓度有关，OH-浓度越高，胞室越大，OH-浓度达到一定值时，胞室大小不在变化。在有表面活性剂存在时，碱浓度很高时，界面张力可长时间下降，说明表面活性剂可阻止酸性物质的交换扰动是自发乳化的机理之一，是其必要但不充分条件，低界面张力也是必要的。有人证实，界面张力越低，通过自发乳化的乳状液越多。 可见超低界面张力是表面活性剂驱油的最基本机理，其它驱油机理都与超低界面张力有联系。表面活性剂水溶液驱油过程中，最重要现象要数界面现象，油水界面张力是界面现象的最直观反应。油-水界面张力是研究表面活性剂驱油最重要的手段，评价一个配方，首先要经过界面张力的测试，同时也是理论研究最重要的方法。

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