鹼驅油

鹼驅油是指以鹼溶液作為驅油劑的驅油法。鹼驅油是一種提出最早(1917年)，試驗最早(1930年)，化學劑最便宜，操作最簡單，但驅油機理最複雜，限制也多的提高採收率的方法。因此礦場試驗的規模和範圍遠小於聚合物驅。

基本介紹

• 中文名：鹼驅油
• 外文名：Alkaline flooding
• 提出時間：1917年
• 學科：石油工程
• 特點：成本低、操作簡單
• 存在問題：鹼耗、結垢、乳化等

機理

鹼驅機理複雜，至今已提出如下的幾種機理解釋鹼驅之所以能提高原油採收率的原因：

（一）低界面張力（LIFT）

這種機理認為：在低的鹼質量分數和一個最佳的鹽含量下，鹼與原油中酸性成分反應生成的表面活性物質，可使油水界面張力降至10^-2 mN/m以下。

低界面張力機理要求鹼的質量分數低(<1%)，但其值已足以使鹼將親水親油適中的石油酸活化。而在最佳鹽含量(10000mg/L)下，鹼水—油體系的低界面張力區最寬。

（ 二）乳化—攜帶(Emuls—Entrain)機理

幾乎所有的鹼水驅實驗研究中都能觀察到原油的乳化現象。有時它是一種穩定的、細分散的乳狀液，有時則是粗分散的很快被破壞的乳狀液。 鹼水驅可以形成水包油型乳狀液，也可以形成油包水型乳狀液。

在低的鹼質量分數和低的鹽含量下，由鹼與石油酸反應的表面活性劑可使地層中的剩餘油乳化，並被鹼水攜帶著通過地層。按此機理，鹼驅應有如下特點：

(1)可以形成油珠相當小的乳狀液；

(2)通過乳化提高鹼驅的洗油效率；

(3)鹼水突破前採油量不可能增加；

(4)油珠的聚並性質對過程有較大影響。

（三）乳化—捕集(Emuls—Entrap)機理

在低的鹼質量分數和低的鹽含量下，由於低界面張力使油乳化在鹼水相中，但油珠半徑較大，因此當它向前移動時，就被捕集，增加了水的流動阻力，即降低了水的流度，從而改善了流度比，增加了波及效率，提高了採收率。 鹼驅應有如下特點：

(1)油可在鹼水相中形成乳狀液；

(2)分散的油珠會被捕集在較小孔道，改善了鹼驅的波及效率；

(3)鹼水突破前採油量可以增加；

(4)油珠的聚並性質對過程有有利的影響。

（四）由油濕反轉為水濕(OW→WW)機理

在高的鹼質量分數和低的鹽含量下，鹼可通過改變吸附在岩石表面的油溶性表面活性劑在水中的溶解度而解吸，恢復岩石表面原來的親水性，使岩石表面由油濕反轉為水濕，提高驅油效率，同時也可使油水相對滲透率發生變化，形成有利的流度比，提高波及效率。

（五）由水濕反轉為油濕(WW→OW)機理

在高的鹼質量分數和高的鹽含量下，鹼與石油酸反應生成的表面活性劑主要分配到油相併吸附到岩石表面上來，使岩石表面從水濕轉變為油濕。這樣，非連續的剩餘油變成連續的油相，為原油流動提供通道。 與此同時，在連續的油相中，低界面張力將導致油包水乳狀液的形成，這些乳狀液中的水珠將起到堵塞流通孔道的作用，並在有水珠堵塞的孔隙介質中產生高的壓力梯度。高的壓力梯度能克服被低界面張力所降低的毛管阻力。

油是從乳化水珠與砂粒之間的連續油相這條通道排泄出去，而將高水含量的乳狀液(在其中剩餘油飽和度可小至5%)留在後面，達到減小地層剩餘油飽和度的目的。

（六）自髮乳化與聚並機理

在最佳的鹼質量分數(0.1×10^-2)下，原油可自髮乳化到鹼水之中。 這種自髮乳化現象是由於油中的石油酸與鹼水中的鹼在表面上反應產生表面活性劑，先是濃集在界面上，然後擴散至鹼水中引起的。 油中的石油酸主要為羧酸，它可與鹼(如NaOH)反應產生羧酸鈉。羧酸鈉在水中的聚集狀況，決定於它的質量分數。

若保持溫度不變，在十二酸鈉濃體系中增加水的質量分數，則體系中的十二酸鈉膠束將經歷如下變化：層狀膠束→ 棒狀膠束六角束→棒狀膠束→球狀膠束。

層狀膠束、棒狀膠束六角束、棒狀膠束和球狀膠束都可增溶油。

（七）增溶剛性膜機理

在三次採油時，油處在分散狀態，瀝青質可在油水界面上形成一層剛性膜。這種膜的存在，使油珠通過孔喉結構時不易變形通過，使水不能有效排驅剩餘油。鹼水的注入，增加了瀝青質的水溶性，使它剛性減小，提高了剩餘油的流動能力。

實現條件

鹼驅的機理主要是前5個機理，現將它們的實現條件的比較列於下表。

鹼驅機理的實現條件

機理	ω化學劑×10二次方
	NaOH	NaCl
低界面張力	低， <1	低，1～2
乳化—攜帶	低， <1	低， 0.5～1.5
乳化—捕集	低， <1	低， <O.5
由油濕反轉為水濕	高， l～5	低， <5
由水濕反轉為油濕	高， l～5	高， 5～15

驅油用的鹼劑

1、NaOH：濃度為0.5-5%，50度以下的溶解度是146g/100g水；

2、Na₂CO₃ ，在50℃ 以下的溶解度為32.2g/100g水；

3、NH₄OH：水中離解為離子，遇空氣爆炸；

4、Na₃PO₄：改善潤濕性；

5、Na₂SiO₃：具有極強鹼性反應；

常用的是NaOH、Na₂CO₃，依據在於原油的酸值和地層的水質。

這裡的鹼除一般具備鹼結構的物質（NaOH、KOH、NH₄OH）外，還包括鹽（如Na₂CO₃、Na₂SiO₃、Na₄SiO₄等）。由於這些鹽均可在水中水解產生OH^-，所以它們都可稱為潛在鹼。

鹼驅用的鹼溶液的pH值一般在11-13範圍。

存在的問題

鹼驅主要存在四個問題：

（一）鹼耗

鹼主要損耗於與地層和地層水中的二價金屬離子反應。礦物的鹼耗見表。這裡的鹼耗是指1g礦物所損耗的以mmol為單位表示的氫氧化鈉的量。

礦物的鹼耗

礦 物	鹼耗（mmol/g）
方解石	很少
白雲石	很少
石 英	很少
高嶺石	0.13
伊利石	1.36
蒙脫石	2.28
石 膏	11.6

石膏的鹼耗是嚴重的，這是由於石膏可與鹼產生離子交換引起：

CaSO₄+2NaOH→Ca(OH)₂↓+ Na₂SO₄

蒙脫石由於易在鹼水中膨脹，有利它與鹼反應，所以它的鹼耗大於高嶺石和伊利石，因此要求鹼驅地層中石膏和粘土(特別是蒙脫石）含量低。

二價金屬離子含量高的地層水會引起可觀的鹼耗。在這種情況下，可用淡水預沖洗地層，使這部分地層水與後來注入的鹼水隔開。

（二）結垢

配鹼溶液用水中的Ca²⁺、Mg²⁺，可引起注入系統和注入井近井地帶結垢； 鹼與地層礦物反應產生的可溶性矽酸鹽和可溶性鋁酸鹽，可在油井產出時與其他方向來水中的Ca²⁺、Mg²⁺反應，引起油井近井地帶和生產系統結垢。 可用氨基多膦酸鹽和氨基多羧酸鹽防垢。 在注入井中，防垢劑可加到配鹼用水中使用； 在油井中，防垢劑可注到結垢部位使用，但最好是將防垢劑擠入地層，讓它吸附或沉積在地層表面，隨後為產出水逐漸解吸或溶解而起防垢作用。

（三）乳化

乳化機理是鹼驅的重要機理，鹼驅的產出液為原油與水的乳狀液。 鹼與石油酸反應生成的表面活性劑：

1、在低鹽含量條件下為水溶性表面活性劑，可生成水包油乳狀液；可用水包油乳狀液破乳劑和(或)高頻高壓交流電場破乳。 例：電解質(如氯化鈉)、低分子醇(如乙醇)、陽離子型表面活性劑(如十四烷基三甲基氯化銨)和陽離子型聚合物(如：聚季銨鹽)。

2、在高鹽含量條件下為油溶性表面活性劑，可生成油包水乳狀液。用油包水乳狀液破乳劑和(或)高壓交流電場或高壓直流電場破乳。如聚氧乙烯聚氧丙烯二乙烯三胺、聚氧乙烯聚氧丙烯酚胺樹脂等。 鹼驅產出液也可能是多重乳狀液(水/油/水乳狀液或油/水/油乳狀液)。對多重乳狀液，可按其類型先後用相應的破乳法破乳。

（四）流度控制

由於鹼水的流度高，而油的流度低，所以鹼水很易沿高滲透指進入油井而不起驅油作用。當鹼驅用於開採粘度較高而鹼驅機理又是按低界面張力和乳化—攜帶機理設計時，這個問題顯得特別突出。

因此在注入鹼水之後必須注入流度控制劑控制鹼水的流度，使它能平穩地通過地層起驅油作用。 可用的流度控制劑主要有兩類：

1、聚合物(如聚丙烯醯胺)溶液；

2、泡沫(以磺酸鹽型表面活性劑做起泡劑，以氮氣為氣相生成)。