驅油物理實驗裝置功能

A. 物理模擬實驗儀器選用

根據煤粉產出物理模擬實驗的原理及目的,需要設計可以滿足該實驗要求的儀器裝置。這些要求包括:

(1)滿足模擬地層流體在煤儲層裂隙之間的流動要求;

(2)滿足模擬煤儲層經儲層改造後的裂隙展布效果要求;

(3)滿足模擬煤儲層在含煤地層中的賦存狀態要求;

(4)滿足模擬煤層氣井排水→降壓→采氣的生產模式要求。

通過一系列的摸索與嘗試,確定了該物理模擬實驗儀器裝置的主體系統結構,其中包括計算機監控系統、樣品制備系統、泵送驅替系統、物理模擬系統、煤粉儲集系統、煤粉分析系統、電力動力系統等。

(1)計算機監控系統:主要由計算機操控平台和驅替導流監測平台等組成。計算機操控平台提供半自動半人工化功能服務,通過計算機實現對驅替導流監測平台的操控,可以滿足不同條件下物理模擬實驗的要求。同時,驅替導流監測平台實現流體相態驅替模式、自動調控驅替流速及壓力、實時監測導流狀況及實時記錄排出產物狀況等。

表5-3 煤體結構差異對煤粉產出的影響研究實驗方案

(2)樣品制備系統:主要由制樣模具、升降施壓油缸、平台支架等組成。制備樣品的前期准備工作需要碎樣機、標准樣品篩、電子天平等輔助設備。首先使用碎樣機將煤岩樣品破碎,經過標准樣品篩的篩選,選用一定粒度的煤粉顆粒,依據制樣模具的尺寸形狀,在升降施壓油缸的擠壓作用下,製作煤磚樣,用於煤粉產出物理模擬實驗。該系統需要通過計算機監控系統控制升降施壓油缸,為制樣提供穩定的壓力。

(3)泵送驅替系統:主要由平流泵、儲液容器、驅替液、導流室、無縫鋼導管、法蘭等組成。該系統的工作原理是通過調整平流泵的泵送功率,使其提供一定流速的穩定流體,該流體將儲液容器內的驅替液以同等速率注入導流室內,對導流室中的煤磚進行驅替作用,同時,需要導流室的左右兩側分別安裝進出液孔道,並在進出口端部安裝測壓孔道及相應法蘭。在此過程中,通過驅替導流監測平台調控平流泵的泵送功率、設置驅替作用的周期及數據記錄頻率等參數。

(4)物理模擬系統:主要由煤磚樣、石英砂、導流室、金屬墊片、塑料密封圈、差壓感測器、升降施壓油缸、平台支架等組成。該系統的工作原理是通過在兩塊煤磚中夾持石英砂顆粒進行人工造縫,模擬煤儲層經過儲層改造後的裂隙延展狀態;由泵送驅替系統向導流室內提供一定流速的驅替液,模擬地層流體在煤儲層裂隙之間的流動過程;由計算機監控系統調控升降施壓油缸,使其對導流室內的煤磚產生穩定圍壓,模擬煤儲層在含煤地層中的賦存狀態。該系統是在計算機監控系統、泵送驅替系統及物理模擬系統的相互配合下進行的,由平流泵提供驅替流體,由升降施壓油缸提供擠壓力,由驅替導流監測平台調控記錄驅替液流速、油缸壓力等參數,由金屬墊片和塑料密封圈來保證導流室中煤磚處於密封狀態。

(5)煤粉儲集系統:主要由電子天平、無縫鋼導管、燒杯等組成。該系統的工作原理是收集由物理模擬系統排出的液體及其中煤粉,同時通過驅替導流監測平台對排出液進行實時稱重並儲存數據結果。

(6)煤粉分析系統:主要由激光粒度儀、濾紙、過濾器、恆溫烘乾機、電子天平、顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀等組成。該系統的工作原理是採用激光粒度儀對不同實驗條件中產出的煤粉進行粒度分布測試;採用過濾器及恆溫烘乾機將排出液中的煤粉進行過濾烘乾;採用電子天平對乾燥的煤粉顆粒進行精密稱重;採用顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀分析煤粉的顯微形態及物質成分。從煤粉的粒度、質量、顯微狀態和物質成分等角度研究煤粉的產出物性特徵。

(7)電力動力系統:主要由配電箱和電動機等組成。該系統為物理模擬實驗設備裝置的其他系統提供電力及動力保障。

圖5-1 煤粉產出物理模擬實驗儀器設計示意圖

根據上述物理模擬實驗儀器裝置功能要求,實驗儀器設計如圖5-1所示。通過調研,在綜合考慮物理模擬實驗的可行性情況下,採用HXDL-Ⅱ型酸蝕裂隙導流儀作為測試儀器。該儀器可以在標准實驗條件下模擬地層壓力及溫度狀態,可以實現氣、液兩相驅替過程,並能評價裂縫的導流能力。其裝置流程如圖5-2所示。根據上述物理模擬實驗裝置的說明,選用的酸蝕裂隙導流儀的主體系統均達到開展實驗的要求,各個裝置部件可以滿足實驗的需求。該儀器的各項參數是參照《SY-T 6302—1997 壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法》標准而設定的。

圖5-2 酸蝕裂縫導流儀流程示意圖

B. 雙子表面活性劑的結構

從分子結構看，雙子表面活性劑與兩個表面活性劑分子的聚集相似，故有時又稱為二聚表面活性劑或孿鏈表面活性劑。雙子表面活性劑的結構如下圖所示

一、實驗部分
1．實驗葯劑
雙子表面活性劑：二亞甲基—1，2—雙(十二烷基二甲基溴化銨)一C12-2-12．2Br-，二亞甲基—1，2—雙(十四烷基二甲基溴化銨)一C14-2-14．2Br-，N，N'—雙月桂醯基乙二胺二丙烯酸鈉；均由長江大學石油工程學院自行研製。
單鏈表面活性劑：十二烷基三甲溴化銨—DTAB，十二烷基硫酸鈉，均為分析純。
化學試劑：氯化鈉，分析純。
2．實驗岩心與油水樣
實驗岩心為模擬人造岩心；所用原油為模擬油，由南陽油田下二門原油與煤油按體積比225：85配製而成，其在剪切速率6 s-1時粘度為8．2mpa·s；所用水樣包括南陽油田下二門地層水和模擬地層水，總礦化度均為2000mg/L。
3．表面活性劑溶液配製
用電子天平準確稱取所需種類和數量的表面活性劑，分別用蒸餾水、地層水(或模擬地層水)和5000mg/L鹽水溶解，並轉入1000ml容量瓶定容，得所需濃度的含鹽與不含鹽的表面活性劑溶液，以備表面張力測試與驅油實驗用。
4．實驗儀器
JHR—高溫高壓岩心驅油裝置一套，滴體積法測表面張力裝置一套。
5．實驗原理與步驟
用滴體積法測定各類表面活性劑的表面張力的原理與步驟參見文獻[7]。實驗溫度23℃，待測液體為蒸餾水和蒸餾水配製的含鹽表面活性劑溶液，23℃時，蒸餾水的表面張力為72．275 mN/m。
驅油實驗步驟：①將岩心抽空飽和地層水，測孔隙度；②將驅油裝置升溫至59℃(下二門油層溫度)，地層水驅測岩心水相滲透率；③岩心飽和模擬原油並恆溫老化12h④水驅至無油產生，測水驅採收率；⑤注入0．5PV的含鹽(2000mg/L)表面活性劑溶液，後續水驅至無油產出；⑥計算表面活性劑驅提高採收率值和總採收率值。
二、實驗結果及討論
1．雙子表面活性劑的表面活性研究
圖1是C12-2-12．2Br-、N，N'—雙月桂醯基乙二胺二丙烯酸鈉及相應單鏈陽離子與陰離子表面活性劑的表面張力—濃度曲線。結果表明，就降低水的表面張力而言，雙子表面活性劑均優於相應單鏈表面活性劑，其平衡表面張力均低於單鏈表面活性劑。其中C12-2-12．2Br-表面活性最優，DTAB表面活性最差。為了進一步對比研究上述各表面活性劑的表面活性，通過對表面張力—濃度曲線作趨勢線，計算出了它們的臨界膠束濃度(以下簡稱cmc)和對應的表面張力，有關數據結果見表1。
表1的結果表明，在四種表面活性劑中，不僅具有最低的cmc，僅為547mS/L；
而且其對應的表面張力也最低，只有30．72mN/m。由此表明，C12-2-12．2Br-確實具有最優的表面活性，可以作為首選驅油用高效表面活性劑。而就N，N'，—雙月桂醯基乙二胺二丙烯酸鈉而言，雖然它較陰離子單鏈表面活性劑—十二烷基硫酸鈉的表面張力低，但cmc值卻偏高，這可能與該活性劑未完全提純有關。進一步研究表明，C1：-2-1：．2Br-與C12-2-12．2Br-相比，則具有相對較高的表面張力，即使在加量高達1%的情況下，其表面張力仍高達57．33mN/m，而在2000mg/L鹽水中為65．92mN/m。
表2是不同含鹽量下，C12-2-12．2Br-在溶液中的臨界膠束濃度與對應表面張力實驗結果。表中結果表明，增大表面活性劑溶液中的含鹽量，可以明顯降低C12-2-12．2Br-的臨界膠束濃度，但只使其對應表面張力略微升高，其所受影響不大，不會對表面活性劑溶液的洗油效率或驅油效果產生大的影響。
2．雙子表面活性劑驅油效率研究
2．1不同陽離子表面活性劑驅油效果評價
表3是C14-2-14．2Br-、C1-2-12．2Br-和DTAB三種表面活性劑在1000mg/L加量下，注入0．5倍孔隙體積後繼續水驅至無油產出時，所提高水驅採收率的結果。表中數據表明，C12-2-12．2Br-具有明顯的提高採收率效果，即使在較高的水驅採收率情況下，仍可提高採收率7．70%。相比之下，C14-2-14．2Br-即使在較低的水驅採收率情況下，其也未能提高採收率。同樣，DTAB提高採收率效果也不明顯，其提高採收率值僅為0．95%。結合表1、圖1及前面相關的表面活性劑表面活性研究結論可知，上述不同類別表面活性劑驅油結果與表面活性高低密切相關。表面活性高，則相應的提高採收率能力強，反之，則差。由於C12-2-12．2Br-較C14-2-14．2Br-和DTAB的表面活性高，所以，在相同條件下，用其驅油提高採收率能力強、效果好。
2．2 C12-2-12．2Br-濃度對其驅油效果的影響
表4是C12-2-12．2Br-變化對其提高採收率效果的影響。結果表明，隨著C12-2-12．2Br-使用濃度的提高(300mS/L、500mg/L、1000mg/L)，在相同注入量下，其提高水驅採收率效果也逐步提高。實驗時發現，當注完0．5PV的C12-2-12．2Br-溶液後，通常在繼續水驅0．5—1．0PV時，才開始明顯或連續出油。這主要是表面活性劑驅替前沿或原油富集區到達岩心端部的結果。由此進一步表明了C12-2-12．2Br-表面活性劑的良好洗油效率或驅油作用。
2．3 岩心滲透率變化對C12-2-12．2Br-驅油效率的影響
從表5可以看出，濃度均為1000mg/L的C12-2-12．2Br-對不同的滲透率的岩心，其驅油效果明顯不同。即岩心滲透率愈低，則其提高水驅採收率能力相對更高。如岩心K3滲透率僅為岩心L15滲透率的一半，其提高採收率為7．70%，較之L15岩心而言，提高採收率能力高出近2倍。由此看來，C12-2-12．2Br-更適合於中、低滲油藏水驅採收率的提高。
三、結論與認識
(1)表面張力測試與cms計算表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-，具有優異的高表面活性，其cmc僅為547mg/L，其對應最低表面張力只有30．72mN/m；而增大表面活性劑溶液含鹽量則可明顯降低其cmc，但對其表面張力影響不大；是一種可作為提高水驅採收率用的高效驅油劑。
(2)驅油實驗表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-確實具有良好的提高水驅採收率能力，明顯優於相應單鏈表面活性劑，而且隨其用量增加，其提高採收率效果相應增大。當其使用濃度僅為500mg/L時，即可提高水驅採收率6．45%。
(3)驅油實驗還表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-更適合於中、低滲油藏水驅採收率的提高。

C. 驅替實驗

（一）實驗簡介

實驗用油為現場脫水原油，黏度為4.19mPa·s。為避免產生水敏，飽和岩心以及水驅油過程均用礦化度為30×10⁴mg/L的NaCl水溶液。實驗溫度為70℃。實驗岩心取自東濮凹陷深層高壓低滲砂岩油藏。實驗方法及實驗裝置採用岩石中兩相相對滲透率測定方法（SY/T 5345-2007）中的非穩態法測定油水相對滲透率及開展水（氣）驅油驅替實驗^[153]。按模擬條件，在油藏岩石上進行恆速（水驅）或恆壓（氣驅）驅油實驗。水驅油實驗中，驅替速度分別為0.5,0.8,1.0,1.2mL/min，凈覆壓分別為2,10,20MPa。岩樣出口端記錄每種流體的產量和岩樣兩端壓力差隨時間的變化，整理實驗數據、繪制相對滲透率曲線、計算驅油效率和採收率。實驗過程如下：①將岩心抽真空飽和NaCl水溶液，計算飽和水量及孔隙體積。②用原油驅替含水岩心，不再出水時計量驅出的水量，計算束縛水飽和度和油相滲透率。③水（氮氣）驅油，用NaCl水溶液（氮氣）驅替含油岩心，驅替時以恆速（水驅）或恆壓（氣驅）的方式進行。驅替開始前，在岩樣入口建立一定的壓力（壓差值小於測油相滲透率時的壓差值）。記錄見水（氣）前的油、水量（油、氣量）以及注入壓差和驅替時間，記錄見水（氣）時的累積產油量、累積產液量，岩樣兩端的壓力差及驅替時間。④當不再出油時，測定水相（氣相）滲透率，結束實驗。

氣驅油過程及相對滲透率的計算方法與水驅油類似。相對於水驅油，氣驅中氮氣開始流動的端點意義不同，氣體開始流動前達到的最小飽和度值稱為氣體平衡飽和度，氣體飽和度大於此平衡飽和度時開始流動。氣驅油採用氣驅完畢後的氣體滲透率作為基準滲透率，水驅油採用束縛水狀態下的油相滲透率作為基準滲透率。

（二）實驗結果

選擇低滲、特低滲岩心樣品共5塊，按上述方法進行水（氣）驅油實驗。實驗數據整理如表6-3-1，表6-3-2所示。

表6-3-1 氣驅綜合數據表

表6-3-2 水驅綜合數據表

D. 密立根油滴試驗是什麼請詳細介紹下 裝置 原理 結論 地位之類的 謝謝了

密立根油滴實驗 mì lì gēn yóu dī shí yàn
密立根油滴實驗，美國物理學家密立根所做的測定電子電荷的實驗。1907-1913年密立根用在電場和重力場中運動的帶電油滴進行實驗，發現所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數倍，該最小電荷值就是電子電荷。

密立根油滴實驗的目的
電子電量很小，且獲得單個電子也不易，密立根油滴實驗通過研究電場中的帶點油滴的下落，測定電子的電量。

密立根油滴實驗儀
這是一種專為中學設計的儀器。它主要由電源、觀察顯微鏡、油滴室、照明系統等組成。儀器電源在底座內，它將交流220伏輸入電壓變為直流500伏和交流7伏；觀察顯微鏡帶有刻度分劃板，便於讀出油滴運動的距離，配合計時停表，可測定油滴運動速度，利用齒輪、齒條的調焦，能清晰觀察油滴。油滴室內是兩塊水平放置的平行金屬板組成的電容器，電容器上的直流電壓在0－500伏內連續可調，平行極板的極性由三擋換向電鍵轉換，電壓大小由直流電壓表指示，改變電壓的大小和方向可以控制油滴在電場中運動的快慢和方向；照明系統採用6－8伏，3瓦燈泡為光源，發熱量小，發出的光經聚光鏡將平行極板內的油滴照亮，它可繞轉臂旋轉，便於調節視場照度。
該儀器配有噴霧器、鍾表油和水準器等附件。實驗中所用停表需另備

密立根油滴實驗原理
用噴霧器將油滴噴入電容器兩塊水平的平行電極板之間時，油滴經噴射後，一般都是帶電的。在不加電場的情況下，小油滴受重力作用而降落，當重力與空氣的浮力和粘滯阻力平衡時，它便作勻速下降，它們之間的關系是：
mg=F1+B（1）
式中：mg——油滴受的重力，F1——空氣的粘滯阻力，B——空氣的浮力。
令σ、ρ分別表示油滴和空氣的密度；a為油滴的半徑；η為空氣的粘滯系數；vg為油滴勻速下降速度。因此油滴受的重力為 mg=4/3πa^3δg(註：a^3為a的3次方，一下均是)，空氣的浮力 mg=4/3πa^3ρg，空氣的粘滯阻力f1=6πηaVg （流體力學的斯托克斯定律 ，Vg表示v下角標g）。於是（1）式變為：
4/3πa^3δg=6πηaVg+4/3πa^3ρg
可得出油滴的半徑 a=3(ηVg/2g(δ-ρ))^1/2 （2）
當平行電極板間加上電場時，設油滴所帶電量為q，它所受到的靜電力為qE，E為平行極板間的電場強度，E＝U／d，U為兩極板間的電勢差，d為兩板間的距離。適當選擇電勢差U的大小和方向，使油滴受到電場的作用向上運動，以ve表示上升的速度。當油滴勻速上升時，可得到如下關系式：
F2+mg=qE+B（3）
上式中F2為油滴上升速度為Ve時空氣的粘滯阻力：
F2=6πηaVe
由（1）、（3）式得到油滴所帶電量q為
q=(F1+F2)/E=6πηad/(Vg+Ve)（4）
（4）式表明，按（2）式求出油滴的半徑a後，由測定的油滴不加電場時下降速度vg和加上電場時油滴勻速上升的速度ve，就可以求出所帶的電量q。
注意上述公式的推導過程中都是對同一個油滴而言的，因而對同一個油滴，要在實驗中測出一組vg、ve的相應數據。
用上述方法對許多不同的油滴進行測量。結果表明，油滴所帶的電量總是某一個最小固定值的整數倍，這個最小電荷就是電子所帶的電量e。

密立根油滴實驗方法
【目的和要求】
學習密立根油滴實驗方法，通過對不同油滴所帶電量的測量，總結出油滴所帶的電量總是某一個最小固定值的整數倍，從而得出存在著基本電荷的結論。通過實驗認識電子的存在，認識電荷的不連續性。
【儀器和器材】
密立根油滴實驗儀。
【實驗方法】
1．將儀器接入220伏交流電源。
2．高壓電源調節置於0位置，旋開油滴室蓋子，把水準器放置在上極板面上，利用調平螺釘將油滴室內的平行板電容器板面調節水平。調節顯微鏡目鏡，使分劃板刻線明顯清晰。再把大頭針插入上板小孔中，調節光源角度，直到從顯微鏡中觀察大頭針周圍光場最明亮、范圍最大和光強均勻為止，然後撥出大頭針擰上蓋子准備噴油。由於本步驟要調節電容器極板，謹防極板帶電，應由教師調節。
3．用噴霧器將油滴噴入油滴室內，從顯微鏡中觀察油滴運動情況。實驗時先找一個合適的油滴（較小的油滴，運動較緩慢，所帶電量小於5個基本電量），使它自由落下，然後再加上電場使它向上運動（上升太快或太慢就適當調節電壓）。這樣在重力和電場力交替作用下，讓油滴反復上升、下落若干次，在整個視場內都可以看得很清楚，否則需要重新選擇。
4．用停表作記錄：記錄油滴n次下落一定的距離L（顯微鏡分劃板刻線的距離），所經歷的總時間tg總，記錄油滴n次上升同一距離L，所經歷的總時間tE總（兩次記錄必須是對同一油滴），用油滴所通過的總距離nL分別除以總時間tg總及tE總就得出vg和vE利用公式（4）算出油滴所帶的電量q。
5．按照上述方法選取6－10個不同的油滴進行測量，計算它們各自所帶的電量。
6．數據處理：本實驗只要求學生進行簡單的數字處理和分析。按書後的表格記錄數據和計算，該表是用國產油滴儀進行實驗所得到的一組數據。

密立根油滴實驗注意事項
1．實驗完畢即切斷電源。
2．本實驗重點是實驗方法、實驗設計思想的學習和訓練。特別要強調實驗中必須耐心和細心，對實驗結果一定要實事求是。
3．注意保護顯微鏡。所有鏡頭出廠前均已經過校驗，不得自行拆開。鏡頭上若有灰塵，可用吹氣球將灰塵吹去，鏡頭表面油污可用清潔的軟細布沾少量酒精擦拭。
4．實驗後用柔軟的布將油滴室窗玻璃、機身的油擦拭乾凈，連同附件裝箱放在乾燥、通風的地方。
5．由於本儀器要用高壓電源，購進儀器後，要檢查高壓電源部分是否符合安全用電要求。
密立根油滴實驗參考資料
實驗中的油滴甚為微小，其線度約為微米數量級，可與空氣分子的平均自由程相比擬。這樣，空氣就不能看作是連續的媒質了，所以必須進行修正。經修正應換成
q=6πηad/U(Vg+Ve)/(1+(6.17*10^(-4)/pa)^3/2)
式中油滴的半徑雖然也應該予以修正，但由於其修正值很小，在這里我們不予考慮，因此將a代入，P為大氣壓強（以厘米汞柱為單位）。

關於密立根的油滴實驗
1897年湯姆生發現了電子的存在後，人們進行了多次嘗試，以精確確定它的性質。湯姆生又測量了這種基本粒子的比荷（荷質比），證實了這個比值是唯一的。許多科學家為測量電子的電荷量進行了大量的實驗探索工作。電子電荷的精確數值最早是美國科學家密立根於1917年用實驗測得的。密立根在前人工作的基礎上，進行基本電荷量e的測量，他作了幾千次測量，一個油滴要盯住幾個小時，可見其艱苦的程度。
密立根通過油滴實驗，精確地測定基本電荷量e的過程，是一個不斷發現問題並解決問題的過程。為了實現精確測量，他創造了實驗所必須的環境條件，例如油滴室的氣壓和溫度的測量和控制。開始他是用水滴作為電量的載體的，由於水滴的蒸發，不能得到滿意的結果，後來改用了揮發性小的油滴。最初，由實驗數據通過公式計算出的e值隨油滴的減小而增大，面對這一情況，密立根經過分析後認為導致這個謬誤的原因在於，實驗中選用的油滴很小，對它來說，空氣已不能看作連續媒質，斯托克斯定律已不適用，因此他通過分析和實驗對斯托克斯定律作了修正，得到了合理的結果。
密立根的實驗裝置隨著技術的進步而得到了不斷的改進，但其實驗原理至今仍在當代物理科學研究的前沿發揮著作用，例如，科學家用類似的方法確定出基本粒子——誇克的電量。
油滴實驗中將微觀量測量轉化為宏觀量測量的巧妙設想和精確構思，以及用比較簡單的儀器，測得比較精確而穩定的結果等都是富有啟發性的。

E. 你認為液壓油具有什麼物理特性和功能

液壓油就是利用液體壓力能的液壓系統使用的液壓介質，在液壓系統中起著能量傳遞、抗磨、系統潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用。對於液壓油來說，首先應滿足液壓裝置在工作溫度下與啟動溫度下對液體粘度的要求，由於潤滑油的粘度變化直接與液壓動作、傳遞效率和傳遞精度有關，還要求油的粘溫性能和剪切安定性應滿足不同用途所提出的各種需求。

F. 驅油為什麼要加聚合物加了聚合物和表面活性劑的二元驅具體有什麼作用

目前，世界上已形成三次採油的四大技術系列，即化學驅、氣驅、熱力驅和微生物驅。其中化學驅包括聚合物驅、表面活性劑驅、鹼驅及其復配的二元、三元復合驅、泡沫驅等;氣驅包括CO2混相/非混相驅、氮氣驅、烴類氣驅和煙道氣驅等;熱力驅包括蒸汽吞吐、熱水驅、蒸汽驅和火燒油層等;微生物驅包括微生物調剖或微生物驅油等。四大三次採油技術中，有的已形成工業化應用，有的正在開展先導性礦場試驗，還有的還處於理論研究之中。 1)化學驅 自20世紀80年代美國化學驅達到高峰以後的近20多年內，化學驅在美國運用越來越少，但在中國卻得到了成功應用。中國化學驅技術已代表世界先進水平，其中，聚合物驅技術於1996年形成工業化應用;「十五」期間大慶油田形成了以烷基苯磺酸鹽為主劑的「鹼+聚合物+表面活性劑」二元復合驅技術，勝利油田形成「聚合物+表面活性劑」的無鹼二元復合驅技術;目前，已開展「鹼+聚合物+表面活性劑+天然氣」泡沫復合驅室內研究和礦場試驗。 2)熱力驅 最早於20世紀50年代運用於委內瑞拉稠油開採的熱力驅技術為蒸汽吞吐，因蒸汽吞吐技術伴隨著吞吐效果逐漸降低的實際情況，蒸汽驅和火燒油層成為主要接替方法。目前蒸汽驅技術已成為世界上大規模工業化應用的熱采技術。為了提高熱效應，國外近年來開發的稠油開采先進技術有水平井蒸汽輔助重力泄油技術(SAGD)和電磁波熱采技術。SAGD已成為國際開發超稠油的一項成熟技術，而電磁波熱采技術被認為是未進行蒸汽驅油區的最好替代方法，但在巴西試驗效果不如注蒸汽。 3)注氣驅 20世紀70年代，注烴類氣驅主要在加拿大獲成功應用，到80年代，CO2混相驅成為美國最重要的三次採油方法。氮氣或煙道氣技術應用較少。 4)微生物驅 微生物驅基本處於室內研究和先導試驗階段。

G. 密立根油滴實驗是怎樣操作的

密立根設置了一個均勻電場，方法是將兩塊金屬板以水平方式平行排列，作為兩極，兩極之間可產生相當大的電位差。金屬板上有四個小洞，其中三個是用來將光線射入裝置中，另外一個則設有一部顯微鏡，用以觀測實驗。噴入平板中的油滴可經由控制電場來改變位置。

為了避免油滴因為光線照射蒸發而使誤差增加，此實驗使用蒸氣壓較低的油。其中少數的油滴在噴入平板之前，因為與噴嘴摩擦而獲得電荷，成為實驗對象。

(7)驅油物理實驗裝置功能擴展閱讀：

實驗背景

1897年湯姆生發現了電子的存在後，人們進行了多次嘗試，以精確確定它的性質。湯姆生又測量了這種基本粒子的比荷（荷質比），證實了這個比值是唯一的。許多科學家為測量電子的電荷量進行了大量的實驗探索工作。

電子電荷的精確數值最早是美國科學家密立根於1917年用實驗測得的。密立根在前人工作的基礎上，進行基本電荷量e的測量，他作了上百次測量，一個油滴要盯住幾個小時，可見其艱苦的程度。密立根通過油滴實驗，精確地測定基本電荷量e的過程，

實驗意義

密立根的實驗裝置隨著技術的進步而得到了不斷的改進，但其實驗原理至今仍在當代物理科學研究的前沿發揮著作用，例如，科學家用類似的方法確定出基本粒子──誇克的電量。

油滴實驗中將微觀量測量轉化為宏觀量測量的巧妙設想和精確構思，以及用比較簡單的儀器，測得比較精確而穩定的結果等都是富有啟發性的。

H. 如何對油氣藏進行一般體檢

對油層中的流體即油、氣、水和油層岩石的現場取樣岩心進行實驗分析，像給油氣藏例行體檢一樣，為認識和科學開發油氣藏提供依據。
（1）原油常規分析。不同油藏的原油性質不同。為了全面了解各種原油的物理化學性質，需要對原油的密度、粘度、酸值、膠質、瀝青含量、凝點、含蠟、含硫、餾分組成、含鹽、閃點、灰分、含砂等進行分析檢測。對稠油還要測試粘度隨溫度的變化關系曲線。例如，克拉瑪依油田經過大量原油樣品分析實驗，制定了原油的分類標准。將原油分為0號的普通原油，1號、2號、3號低凝原油及黑油山特低凝原油等五類，確定了各類原油的性質和組成。
原油的「特殊化驗」有兩項：一是地層原油高壓物性分析。它是評價油氣在地層條件下物理性質的重要手段。其分析結果是編制油田開發方案，計算地質儲量，進行流體力學計算和採油工程、油氣集輸工藝設計的重要依據。二是地層流體相態實驗。它對確定油氣藏類型，油氣性質及分布規律，開采過程中氣、液兩種相態的轉化及動態預測，采氣工藝優化，合理有效地開發凝析氣藏都具有重要意義。
（2）地層水分析。通過分析研究可了解地層水的活動特徵，對油氣田的勘探、開發，提高原油採收率和保護油氣層有重要意義。分析內容包括密度、粘度、各種鹽類離子含量及有關的特殊成分。
除了對油藏中的流體進行分析化驗外，還必須對組成油氣藏骨架的岩石進行「骨科檢查」。
（3）「骨架」常規體檢，就是指油氣層的岩心常規分析。它包括一系列的「體檢指標」，如孔隙度、滲透率、飽和度、粒度、碳酸鹽與氯鹽含量等。通過這些指標我們可以正確認識油氣層，科學開發油氣田。
（4）「骨架」特殊體檢，是指油氣層的微觀物性分析和岩石特殊物性測試。前者通過鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射、粘土礦物分析等資料，評價油氣層的孔隙結構、孔隙類型及孔隙中粘土礦物的類型、形態、分布特徵等，為油氣藏精細描述提供依據。後者通過對油氣層岩石的潤濕性、毛細管壓力和相對滲透率的測試得出岩石表面與流體的潤濕關系，岩石孔隙大小與分布，以及多相滲流的特點，為油氣層特徵研究、油藏工程計算與開發動態分析，提供最基礎的微觀岩石物性參數。
（5）碎屑岩粒度分析，是對沉積物顆粒大小進行測量統計和數據處理，求得碎屑顆粒的粒度分布，即大小不同顆粒所佔的百分數。目的是了解油層岩石不均質性的程度。
（6）室內驅油實驗。它是通過物理模型，模擬不同驅替流體、不同多孔介質、不同滲流特徵、不同驅替速度及不同流度比等條件下的驅油效率，為合理開發油田、提高原油採收率研究提供技術支持。
（7）油氣層敏感性評價。為了避免在鑽井、完井、修井、注水、壓裂、酸化等作業過程中所用的入井液體對油氣層造成傷害，致使近井地帶滲透率下降，滲流阻力增加，必須藉助儀器設備，預先測定油氣層岩石與外來流體作用前後的滲透率變化，認識和評價油氣層被傷害的程度，提出防止或抑制油氣層受到傷害的措施，保護好油氣層。

I. 超低界面張力泡沫體系性能及驅油方案優化研究

許關利

（中國石化石油勘探開發研究院提高採收率研究所，北京 100083）

摘 要 在大慶油田的油水條件下，評價了表面活性劑的界面和泡沫性能，並優化了泡沫配方和注入方式。篩選的雙子表活劑的表面張力約為25mN/m，能在表活劑濃度為0.05％～0.3％的范圍內與原油達到超低界面張力，具有較好的泡沫穩定性。泡沫體系配方中氣液比對泡沫驅採收率的影響最大，其次是聚合物濃度，優選的泡沫體系配方為表面活性劑濃度0.3％，聚合物濃度2000mg/L，氣液比為3：1。氣體和表面活性劑/聚合物二元液混合注入的壓力升幅最大，耗時最短，泡沫驅採收率也較高。氣體、表面活性劑與聚合物3種物質完全分開交替分段塞注入時壓力升幅最小，耗時最長，採收率最小。氣體與二元液交替注入時的壓力和採收率居中。結合現場實施工藝，優選氣體與表面活性劑/聚合物二元液交替注入的方式，交替周期越短泡沫驅採收率越高。

關鍵詞 表面活性劑 超低界面張力 泡沫驅 提高採收率 注入方式

Research on the Performance of Ultra-low Interfacial TensionFoam and Optimization of Core Flooding Project

XU Guanli

（SINOPEC Exploration ＆ Proction Research Institute，Beijing 100083，China）

Abstract The interfacial property，foam stability of selected surfactant were investigated in this paper.The formula and injection mode were optimized under reservoir condition of Daqing Oilfield.The experiment shows that the surface tension of the Gemini surfactant is approximate 25mN/m（ 25℃），which indicating super surface activity.The ultra-low interfacial tension（ ＜0.01mN/m）is acquired between oil and surfactant solution with the surfactant concentration range of 0.05％ and 0.3％.Its foam stability is better than those of sodium α- olefin sulfonate and sodium heavy alkyl benzene sulfonate according to the disintegration half-time of foam volume.For the ultra-low interracial tension foam，gas liquid ratio has the most obvious influence on the EOR of foam after polymer flooding，and polymer concentration follows.The preferential surfactant concentration is 0.3％，with polymer concentration of 2000 mg/L and gas liquid ratio of 3：1.At the same dosage of surfactant and polymer，the simultaneous injection of gas and the liquid which is composed of surfactant and polymer gives rise to the highest injection pressure and highest EOR.The medium pressure and EOR result from the alternate injection of gas and liquid.The consuming time of simultaneous injection is the shorter than that of alternate of gas and the liquid.The alternate injection of indivial surfactant，polymer and gas demands the longest injection time.Combined with the injection technology of oilfield，the preferential injection method is alternate injection of gas and the liquid，and the shorter the alternate cycle is，the higher the EOR of foam after polymer flooding is.

Key words surfactant；ultra-low interfacial tension；foam flooding；enhance oil recovery；injection mode

泡沫是氣體分散於起泡劑溶液中所組成的分散體系，起泡劑一般為表面活性劑。作為多相粘彈性流體，泡沫的密度低、黏度大，具有剪切稀釋特性，這些特徵使其具有了提高石油採收率的應用前景。國外已對泡沫用於控制氣體流度、提高氣驅的採收率進行了充分的研究［1～3］，現場試驗也取得了一定的效果。國內的大慶油田和勝利油田也對泡沫驅油技術進行了多年研究［4］，其中大慶油田的泡沫復合驅技術最具代表性，試驗取得了提高採收率20％以上的效果［5］，預示著泡沫驅油技術具有大幅度提高水驅油田採收率的潛力［6］。

大慶油田完成的泡沫復合驅試驗使用表面活性劑、聚合物和強鹼組成的三元體系，雖然取得了較好的驅油效果，但無法避免強鹼帶來的腐蝕、結垢、影響泡沫穩定性等負面問題。三元體系的一個主要技術特徵是表面活性劑和鹼協同作用產生超低油水界面張力，多年來復合驅研究的焦點也是合成在不需要加鹼條件下能和原油達到超低界面張力的表面活性劑，並取得了一定的成果。本文對篩選的表面活性劑性能進行了研究，考察了聚合物驅後無鹼的超低界面張力泡沫體系的驅油效果，優化了泡沫體系配方方式，為制定現場試驗方案提供參考。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

實驗用油為大慶油田井口脫水原油和模擬油，實驗用水為油田現場注入污水，過濾後使用。聚合物為中國石油大慶煉化公司生產的分子量為3072萬的聚丙烯醯胺。表面活性劑（DWS）為非離子雙子表面活性劑，由大連戴維斯公司提供。重烷基苯磺酸鹽（HABS）為大慶東昊投資有限公司生產，α-烯烴磺酸鹽（AOS）購自浙江中輕物產化工公司。岩心為購自大慶石油學院的30cm長的人造3層非均質岩心，滲透率變異系數為0.72，孔隙度為22％～25％。

1.2 實驗方法

1）表面張力：表面張力儀k12（Kruss公司生產），吊片法測量；全自動表面張力儀Tracker（TECLIS公司生產），懸滴法測量。

2）油水界面張力：旋轉滴界面張力儀，TX500C，45℃。

3）泡沫半衰期：泡沫掃描儀FoamScan（TECLIS公司生產），注氣速度30mL/min，注氣量300mL，溫度45℃。

4）岩心驅替實驗：岩心首先抽真空飽和水，然後飽和油，老化一天後進行水驅，含水大於98％後進行聚合物驅（包括後續水驅），最後進行超低界面張力泡沫復合驅及後續水驅。

2 實驗結果

2.1 表面張力

表面張力是評價表面活性劑活性高低的一項重要指標。如表1所示，雙子表面活性劑（DWS）的表面張力隨溫度的升高而降低，與常規表面活性劑的變化規律相同。常規表面活性劑的表面張力一般大於30mN/m，如重烷基苯磺酸鹽的表面張力為31.5mN/m^［7］，α-烯基磺酸鈉的表面張力為34.4mN/m^［8］。25℃時該雙子表面活性劑的表面張力在25mN/m左右，已經接近碳氫表面活性劑理論上最低的表面張力值^［9］，與有機硅表面活性劑的表面張力相當（20～30mN/m），說明該雙子表面活性劑的活性非常好。

表1 雙子表面活性劑（DWS）的表面張力

選用Tracker全自動表面張力儀測定了25℃時不同濃度表面活性劑溶液的動態表面張力（圖1）。各個濃度的表面活性劑溶液的表面張力隨測試的進行逐漸降低，表面活性劑濃度越高，其表面張力越低。根據表面張力隨濃度的變化趨勢判斷，該表面活性劑的臨界膠束濃度（CMC）在0.08％附近，25℃時表面張力值約為25 mN/m。

圖1 雙子表面活性劑（DWS）的動態表面張力

2.2 油水界面張力

油水界面張力是驅油用表面活性劑的一個重要指標，不同濃度的表面活性劑/聚合物二元體系（聚合物濃度1000mg/L）的界面張力測試結果（圖2）表明，該雙子表面活性劑的油水界面張力隨測試的進行逐漸降低，20min後界面張力即小於0.01 mN/m，達到超低界面張力。雙子表面活性劑能在0.05％～0.3％的較寬濃度范圍內達到超低的油水界面張力。重烷基苯磺酸鹽需要在有鹼存在的條件下才能達到超低界面張力^［10］，而α-烯基磺酸鈉即使加鹼也無法達到超低界面張力。

圖2 雙子表面活性劑DWS的油水界面張力

2.3 泡沫穩定性

泡沫的穩定性可以用半衰期來表徵，半衰期分為兩種，一種是體積衰減半衰期（泡沫體積衰減一半所需要的時間），另一種是析液半衰期（從泡沫中排出一半液體所需要的時間）。表2為用泡沫掃描儀（FoamScan）測得的表面活性劑溶液的泡沫體積衰減半衰期。不同濃度的雙子表面活性劑的半衰期都大於60min，比重烷基苯磺酸鹽和α-烯烴磺酸鹽的穩定性好。

表2 不同表面活性劑的泡沫半衰期

超低油水界面張力是對驅油用表面活性劑的基本要求，目前市場上常見的表面活性劑的油水界面張力都比較高，達不到超低界面張力。界面張力高的原因是這些表面活性劑的親水性太強，因此要獲得較低的界面張力，就要增加表面活性劑疏水基團的長度或個數。疏水基團長度或個數的增加，有利於提高表面活性劑分子間的疏水締合作用，增加泡沫中表面活性劑液膜的強度，增大液膜的界面粘彈性，泡沫的穩定性將得到提高。因此，在一定程度上獲得超低界面張力與提高泡沫穩定性對表面活性劑分子結構的要求方向是一致的。雙子表面活性劑（DWS）的兩個疏水基團增加了其親油性，能夠與原油達到超低的油水界面張力，同時又具有較好的泡沫穩定性，是驅油用超低界面張力泡沫體系的最好選擇。

2.4 泡沫體系配方優化

驅油用泡沫由雙子表面活性劑、聚合物和氣體組成，表面活性劑、聚合物濃度的高低和氣體的多少（氣液比）對泡沫的驅油性能有重要影響。為了確定最佳的泡沫體系配方，針對表面活性劑濃度、聚合物濃度和氣液比開展了三因素、三水平的正交實驗來優化泡沫體系配方。各次實驗的實驗條件及驅油結果見表3。

表3 正交實驗條件與驅油結果

按照極差分析方法對表3中的數據進行分析，分析方法參考文獻^［11］。把泡沫驅採收率作為評價指標，表3 「表面活性劑濃度」 列中Ⅱ最大，說明表面活性劑濃度的水平0.3％比較好；「泡沫聚合物濃度」 列中Ⅲ最大，說明聚合物濃度水平2000mg/L比較好；「氣液比」 列中Ⅲ最大，說明氣液比的水平3：1比較好。因此根據泡沫驅採收率得到的最佳驅油條件為表面活性劑濃度0.3％，聚合物濃度2000mg/L，氣液比為3：1。級差中 「氣液比」 最大，其次為 「聚合物濃度」，說明氣液比對泡沫驅採收率的影響幅度最大，其次為聚合物濃度。

2.5 注入方式對泡沫驅採收率的影響

泡沫體系包括雙子表面活性劑、聚合物和氣體，驅油時可組合成多種注入方式。第一種為氣液同時混合注入，先把表面活性劑和聚合物混合成二元液，然後和氣體按照一定的氣液比同時注入岩心；第二種為氣體和液體交替注入（氣液分段塞注入），一是表面活性劑、聚合物混合成二元發泡液與氣體按照確定的氣液比和交替周期交替注入，二是表面活性劑、聚合物和氣體分別單獨交替注入，即按照確定的交替周期和氣液比，先注一個聚合物段塞，再注一個表面活性劑段塞，再注氣體段塞，按這樣的順序重復注入。通過岩心驅油實驗考察各種注入方式對驅油效果的影響。實驗中表面活性劑濃度為0.3％，聚合物濃度為2000mg/L，表面活性劑注入量為0.3PV。岩心水驅後進行不同注入方式的泡沫驅油，實驗結果見表4。

表4 不同注入方式下泡沫驅油結果

表4中編號為1、2、3的實驗為聚合物、表活劑和氣體完全分開注的岩心驅油實驗，交替周期為0.1 PV和0.05PV，即驅替時先注0.1 PV聚合物，再注0.1 PV的表面活性劑，再按氣液比注入氣體，重復以上步驟直至注完聚合物、表面活性劑各0.3PV，最後跟0.2PV的聚合物保護段塞和後續水。在表4所示的交替周期和氣液比條件下，採用3種物質完全分開注入的方式，泡沫驅可在聚驅後平均提高採收率15.63％。表4中編號為4、5的實驗為氣體和表面活性劑、聚合物組成的二元發泡液交替注入，在發泡液用量與實驗1 、2、3相同的條件下，氣體與二元液交替注入時的泡沫驅採收率比完全分開注入時的效果好。實驗6的注入方案為先注0.1 PV聚合物前置段塞，然後氣體和表面活性劑溶液（含200mg/L中分聚合物）同時注入，最後注入0.2PV聚合物保護段塞。與前幾個實驗相比，在節省聚合物用量的條件下，混合注入的泡沫驅採收率接近18％，比氣體與二元液交替注入的效果相當。圖3為3種不同注入方式所對應的壓力曲線。第一條曲線為氣體和表面活性劑溶液（含200 mg/L中分聚合物）同時注入的壓力曲線，在注聚合物前置段塞和氣液同時混合注入階段注入壓力一直持續上升，注後續聚合物保護段塞時壓力上升不明顯，顯示了泡沫具有很好的封堵岩心孔隙的能力。第二條曲線為氣體和二元液（聚合物和表面活性劑混合）交替注入的壓力曲線，注二元體系時壓力上升，轉注氣體後壓力先上升，然後開始下降，隨著實驗的進行，整體注入壓力呈階梯式上升，但注化學劑結束時的最高壓力比氣液同時注入的低。第三條曲線為聚合物、表面活性劑和氣體完全分開交替注入的壓力曲線，注聚合物時壓力上升，注表面活性劑時壓力略有下降，注氣體時壓力下降，雖然整體的注入壓力在逐漸升高，但是比氣體和二元液交替注入時壓力要低。驅替時間是氣液混合同時注入時耗時最短，3種物質完全分開交替注入的耗時最長，氣體與二元液交替注入時居中。

這些結果表明，對於泡沫驅油，氣液同時混合注入是最好的注入方式，其次是氣體與二元液交替注入。目前現場試驗時，工藝上難以實現氣體和液體同時注入，因此推薦選用氣體和表面活性劑/聚合物二元液交替注入的方式。

圖3 不同注入方式下的泡沫驅壓力曲線

2.6 交替注入周期對泡沫驅採收率的影響

泡沫驅油時，現場選擇的是氣體和二元液（表面活性劑＋聚合物）交替注入，這就涉及一個交替周期或交替頻率的問題。通過評價不同交替周期下的岩心泡沫驅油效果來優選氣液交替周期。水驅、聚驅條件與前面相同，泡沫液中表面活性劑濃度為0.3％，聚合物濃度為2000mg/L，發泡液注入量為0.3PV，氣液比為3：1。注完泡沫體系後，再注入0.2PV的聚合物保護段塞。聚驅後無鹼超低界面張力泡沫體系在人造3層非均質岩心上交替注入時的驅油效果見表5。

實驗結果表明，無論採取何種注入方式，聚驅後泡沫驅採收率均能提高16個百分點以上。在其他條件相同時，隨交替次數的增多，聚驅後泡沫驅採收率呈增加趨勢。同混合注入方式相比，採用交替注入方式泡沫驅採收率略有降低。因此現場試驗時，要盡可能縮短交替周期。

表5 不同交替周期聚驅後岩心驅油結果

3 結 論

1）25℃時雙子表面活性劑（DWS）的表面張力約為25mN/m，接近於碳氫表面活性劑理論上的最低表面張力，顯示了非常高的表面活性。能在較寬的濃度范圍內與原油達到超低的油水界面張力，具有比烷基苯磺酸鹽和α-烯烴磺酸鹽更好的泡沫穩定性。

2）泡沫體系配方中，氣液比對泡沫驅採收率的影響最大，其次是聚合物濃度，較好的泡沫體系配方為表面活性劑濃度0.3％，聚合物濃度2000 mg/L，氣液比3：1。

3）氣體和表面活性劑/聚合物二元液混合注入的壓力升幅最大，耗時最短，泡沫驅採收率最高。氣體、表面活性劑與聚合物3種物質完全分開交替注入時壓力升幅最小，耗時最長，採收率最小。氣體與二元液交替注入時的壓力和採收率居中。

4）泡沫驅現場試驗選用氣體與表面活性劑/聚合物二元液交替注入的方式，交替周期越短泡沫驅採收率越高。

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