驱油物理实验装置功能

A. 物理模拟实验仪器选用

根据煤粉产出物理模拟实验的原理及目的,需要设计可以满足该实验要求的仪器装置。这些要求包括:

(1)满足模拟地层流体在煤储层裂隙之间的流动要求;

(2)满足模拟煤储层经储层改造后的裂隙展布效果要求;

(3)满足模拟煤储层在含煤地层中的赋存状态要求;

(4)满足模拟煤层气井排水→降压→采气的生产模式要求。

通过一系列的摸索与尝试,确定了该物理模拟实验仪器装置的主体系统结构,其中包括计算机监控系统、样品制备系统、泵送驱替系统、物理模拟系统、煤粉储集系统、煤粉分析系统、电力动力系统等。

(1)计算机监控系统:主要由计算机操控平台和驱替导流监测平台等组成。计算机操控平台提供半自动半人工化功能服务,通过计算机实现对驱替导流监测平台的操控,可以满足不同条件下物理模拟实验的要求。同时,驱替导流监测平台实现流体相态驱替模式、自动调控驱替流速及压力、实时监测导流状况及实时记录排出产物状况等。

表5-3 煤体结构差异对煤粉产出的影响研究实验方案

(2)样品制备系统:主要由制样模具、升降施压油缸、平台支架等组成。制备样品的前期准备工作需要碎样机、标准样品筛、电子天平等辅助设备。首先使用碎样机将煤岩样品破碎,经过标准样品筛的筛选,选用一定粒度的煤粉颗粒,依据制样模具的尺寸形状,在升降施压油缸的挤压作用下,制作煤砖样,用于煤粉产出物理模拟实验。该系统需要通过计算机监控系统控制升降施压油缸,为制样提供稳定的压力。

(3)泵送驱替系统:主要由平流泵、储液容器、驱替液、导流室、无缝钢导管、法兰等组成。该系统的工作原理是通过调整平流泵的泵送功率,使其提供一定流速的稳定流体,该流体将储液容器内的驱替液以同等速率注入导流室内,对导流室中的煤砖进行驱替作用,同时,需要导流室的左右两侧分别安装进出液孔道,并在进出口端部安装测压孔道及相应法兰。在此过程中,通过驱替导流监测平台调控平流泵的泵送功率、设置驱替作用的周期及数据记录频率等参数。

(4)物理模拟系统:主要由煤砖样、石英砂、导流室、金属垫片、塑料密封圈、差压传感器、升降施压油缸、平台支架等组成。该系统的工作原理是通过在两块煤砖中夹持石英砂颗粒进行人工造缝,模拟煤储层经过储层改造后的裂隙延展状态;由泵送驱替系统向导流室内提供一定流速的驱替液,模拟地层流体在煤储层裂隙之间的流动过程;由计算机监控系统调控升降施压油缸,使其对导流室内的煤砖产生稳定围压,模拟煤储层在含煤地层中的赋存状态。该系统是在计算机监控系统、泵送驱替系统及物理模拟系统的相互配合下进行的,由平流泵提供驱替流体,由升降施压油缸提供挤压力,由驱替导流监测平台调控记录驱替液流速、油缸压力等参数,由金属垫片和塑料密封圈来保证导流室中煤砖处于密封状态。

(5)煤粉储集系统:主要由电子天平、无缝钢导管、烧杯等组成。该系统的工作原理是收集由物理模拟系统排出的液体及其中煤粉,同时通过驱替导流监测平台对排出液进行实时称重并储存数据结果。

(6)煤粉分析系统:主要由激光粒度仪、滤纸、过滤器、恒温烘干机、电子天平、显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等组成。该系统的工作原理是采用激光粒度仪对不同实验条件中产出的煤粉进行粒度分布测试;采用过滤器及恒温烘干机将排出液中的煤粉进行过滤烘干;采用电子天平对干燥的煤粉颗粒进行精密称重;采用显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪分析煤粉的显微形态及物质成分。从煤粉的粒度、质量、显微状态和物质成分等角度研究煤粉的产出物性特征。

(7)电力动力系统:主要由配电箱和电动机等组成。该系统为物理模拟实验设备装置的其他系统提供电力及动力保障。

图5-1 煤粉产出物理模拟实验仪器设计示意图

根据上述物理模拟实验仪器装置功能要求,实验仪器设计如图5-1所示。通过调研,在综合考虑物理模拟实验的可行性情况下,采用HXDL-Ⅱ型酸蚀裂隙导流仪作为测试仪器。该仪器可以在标准实验条件下模拟地层压力及温度状态,可以实现气、液两相驱替过程,并能评价裂缝的导流能力。其装置流程如图5-2所示。根据上述物理模拟实验装置的说明,选用的酸蚀裂隙导流仪的主体系统均达到开展实验的要求,各个装置部件可以满足实验的需求。该仪器的各项参数是参照《SY-T 6302—1997 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》标准而设定的。

图5-2 酸蚀裂缝导流仪流程示意图

B. 双子表面活性剂的结构

从分子结构看，双子表面活性剂与两个表面活性剂分子的聚集相似，故有时又称为二聚表面活性剂或孪链表面活性剂。双子表面活性剂的结构如下图所示

一、实验部分
1．实验药剂
双子表面活性剂：二亚甲基—1，2—双(十二烷基二甲基溴化铵)一C12-2-12．2Br-，二亚甲基—1，2—双(十四烷基二甲基溴化铵)一C14-2-14．2Br-，N，N'—双月桂酰基乙二胺二丙烯酸钠；均由长江大学石油工程学院自行研制。
单链表面活性剂：十二烷基三甲溴化铵—DTAB，十二烷基硫酸钠，均为分析纯。
化学试剂：氯化钠，分析纯。
2．实验岩心与油水样
实验岩心为模拟人造岩心；所用原油为模拟油，由南阳油田下二门原油与煤油按体积比225：85配制而成，其在剪切速率6 s-1时粘度为8．2mpa·s；所用水样包括南阳油田下二门地层水和模拟地层水，总矿化度均为2000mg/L。
3．表面活性剂溶液配制
用电子天平准确称取所需种类和数量的表面活性剂，分别用蒸馏水、地层水(或模拟地层水)和5000mg/L盐水溶解，并转入1000ml容量瓶定容，得所需浓度的含盐与不含盐的表面活性剂溶液，以备表面张力测试与驱油实验用。
4．实验仪器
JHR—高温高压岩心驱油装置一套，滴体积法测表面张力装置一套。
5．实验原理与步骤
用滴体积法测定各类表面活性剂的表面张力的原理与步骤参见文献[7]。实验温度23℃，待测液体为蒸馏水和蒸馏水配制的含盐表面活性剂溶液，23℃时，蒸馏水的表面张力为72．275 mN/m。
驱油实验步骤：①将岩心抽空饱和地层水，测孔隙度；②将驱油装置升温至59℃(下二门油层温度)，地层水驱测岩心水相渗透率；③岩心饱和模拟原油并恒温老化12h④水驱至无油产生，测水驱采收率；⑤注入0．5PV的含盐(2000mg/L)表面活性剂溶液，后续水驱至无油产出；⑥计算表面活性剂驱提高采收率值和总采收率值。
二、实验结果及讨论
1．双子表面活性剂的表面活性研究
图1是C12-2-12．2Br-、N，N'—双月桂酰基乙二胺二丙烯酸钠及相应单链阳离子与阴离子表面活性剂的表面张力—浓度曲线。结果表明，就降低水的表面张力而言，双子表面活性剂均优于相应单链表面活性剂，其平衡表面张力均低于单链表面活性剂。其中C12-2-12．2Br-表面活性最优，DTAB表面活性最差。为了进一步对比研究上述各表面活性剂的表面活性，通过对表面张力—浓度曲线作趋势线，计算出了它们的临界胶束浓度(以下简称cmc)和对应的表面张力，有关数据结果见表1。
表1的结果表明，在四种表面活性剂中，不仅具有最低的cmc，仅为547mS/L；
而且其对应的表面张力也最低，只有30．72mN/m。由此表明，C12-2-12．2Br-确实具有最优的表面活性，可以作为首选驱油用高效表面活性剂。而就N，N'，—双月桂酰基乙二胺二丙烯酸钠而言，虽然它较阴离子单链表面活性剂—十二烷基硫酸钠的表面张力低，但cmc值却偏高，这可能与该活性剂未完全提纯有关。进一步研究表明，C1：-2-1：．2Br-与C12-2-12．2Br-相比，则具有相对较高的表面张力，即使在加量高达1%的情况下，其表面张力仍高达57．33mN/m，而在2000mg/L盐水中为65．92mN/m。
表2是不同含盐量下，C12-2-12．2Br-在溶液中的临界胶束浓度与对应表面张力实验结果。表中结果表明，增大表面活性剂溶液中的含盐量，可以明显降低C12-2-12．2Br-的临界胶束浓度，但只使其对应表面张力略微升高，其所受影响不大，不会对表面活性剂溶液的洗油效率或驱油效果产生大的影响。
2．双子表面活性剂驱油效率研究
2．1不同阳离子表面活性剂驱油效果评价
表3是C14-2-14．2Br-、C1-2-12．2Br-和DTAB三种表面活性剂在1000mg/L加量下，注入0．5倍孔隙体积后继续水驱至无油产出时，所提高水驱采收率的结果。表中数据表明，C12-2-12．2Br-具有明显的提高采收率效果，即使在较高的水驱采收率情况下，仍可提高采收率7．70%。相比之下，C14-2-14．2Br-即使在较低的水驱采收率情况下，其也未能提高采收率。同样，DTAB提高采收率效果也不明显，其提高采收率值仅为0．95%。结合表1、图1及前面相关的表面活性剂表面活性研究结论可知，上述不同类别表面活性剂驱油结果与表面活性高低密切相关。表面活性高，则相应的提高采收率能力强，反之，则差。由于C12-2-12．2Br-较C14-2-14．2Br-和DTAB的表面活性高，所以，在相同条件下，用其驱油提高采收率能力强、效果好。
2．2 C12-2-12．2Br-浓度对其驱油效果的影响
表4是C12-2-12．2Br-变化对其提高采收率效果的影响。结果表明，随着C12-2-12．2Br-使用浓度的提高(300mS/L、500mg/L、1000mg/L)，在相同注入量下，其提高水驱采收率效果也逐步提高。实验时发现，当注完0．5PV的C12-2-12．2Br-溶液后，通常在继续水驱0．5—1．0PV时，才开始明显或连续出油。这主要是表面活性剂驱替前沿或原油富集区到达岩心端部的结果。由此进一步表明了C12-2-12．2Br-表面活性剂的良好洗油效率或驱油作用。
2．3 岩心渗透率变化对C12-2-12．2Br-驱油效率的影响
从表5可以看出，浓度均为1000mg/L的C12-2-12．2Br-对不同的渗透率的岩心，其驱油效果明显不同。即岩心渗透率愈低，则其提高水驱采收率能力相对更高。如岩心K3渗透率仅为岩心L15渗透率的一半，其提高采收率为7．70%，较之L15岩心而言，提高采收率能力高出近2倍。由此看来，C12-2-12．2Br-更适合于中、低渗油藏水驱采收率的提高。
三、结论与认识
(1)表面张力测试与cms计算表明，双子表面活性剂C12-2-12．2Br-，具有优异的高表面活性，其cmc仅为547mg/L，其对应最低表面张力只有30．72mN/m；而增大表面活性剂溶液含盐量则可明显降低其cmc，但对其表面张力影响不大；是一种可作为提高水驱采收率用的高效驱油剂。
(2)驱油实验表明，双子表面活性剂C12-2-12．2Br-确实具有良好的提高水驱采收率能力，明显优于相应单链表面活性剂，而且随其用量增加，其提高采收率效果相应增大。当其使用浓度仅为500mg/L时，即可提高水驱采收率6．45%。
(3)驱油实验还表明，双子表面活性剂C12-2-12．2Br-更适合于中、低渗油藏水驱采收率的提高。

C. 驱替实验

（一）实验简介

实验用油为现场脱水原油，黏度为4.19mPa·s。为避免产生水敏，饱和岩心以及水驱油过程均用矿化度为30×10⁴mg/L的NaCl水溶液。实验温度为70℃。实验岩心取自东濮凹陷深层高压低渗砂岩油藏。实验方法及实验装置采用岩石中两相相对渗透率测定方法（SY/T 5345-2007）中的非稳态法测定油水相对渗透率及开展水（气）驱油驱替实验^[153]。按模拟条件，在油藏岩石上进行恒速（水驱）或恒压（气驱）驱油实验。水驱油实验中，驱替速度分别为0.5,0.8,1.0,1.2mL/min，净覆压分别为2,10,20MPa。岩样出口端记录每种流体的产量和岩样两端压力差随时间的变化，整理实验数据、绘制相对渗透率曲线、计算驱油效率和采收率。实验过程如下：①将岩心抽真空饱和NaCl水溶液，计算饱和水量及孔隙体积。②用原油驱替含水岩心，不再出水时计量驱出的水量，计算束缚水饱和度和油相渗透率。③水（氮气）驱油，用NaCl水溶液（氮气）驱替含油岩心，驱替时以恒速（水驱）或恒压（气驱）的方式进行。驱替开始前，在岩样入口建立一定的压力（压差值小于测油相渗透率时的压差值）。记录见水（气）前的油、水量（油、气量）以及注入压差和驱替时间，记录见水（气）时的累积产油量、累积产液量，岩样两端的压力差及驱替时间。④当不再出油时，测定水相（气相）渗透率，结束实验。

气驱油过程及相对渗透率的计算方法与水驱油类似。相对于水驱油，气驱中氮气开始流动的端点意义不同，气体开始流动前达到的最小饱和度值称为气体平衡饱和度，气体饱和度大于此平衡饱和度时开始流动。气驱油采用气驱完毕后的气体渗透率作为基准渗透率，水驱油采用束缚水状态下的油相渗透率作为基准渗透率。

（二）实验结果

选择低渗、特低渗岩心样品共5块，按上述方法进行水（气）驱油实验。实验数据整理如表6-3-1，表6-3-2所示。

表6-3-1 气驱综合数据表

表6-3-2 水驱综合数据表

D. 密立根油滴试验是什么请详细介绍下 装置 原理 结论 地位之类的 谢谢了

密立根油滴实验 mì lì gēn yóu dī shí yàn
密立根油滴实验，美国物理学家密立根所做的测定电子电荷的实验。1907-1913年密立根用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍，该最小电荷值就是电子电荷。

密立根油滴实验的目的
电子电量很小，且获得单个电子也不易，密立根油滴实验通过研究电场中的带点油滴的下落，测定电子的电量。

密立根油滴实验仪
这是一种专为中学设计的仪器。它主要由电源、观察显微镜、油滴室、照明系统等组成。仪器电源在底座内，它将交流220伏输入电压变为直流500伏和交流7伏；观察显微镜带有刻度分划板，便于读出油滴运动的距离，配合计时停表，可测定油滴运动速度，利用齿轮、齿条的调焦，能清晰观察油滴。油滴室内是两块水平放置的平行金属板组成的电容器，电容器上的直流电压在0－500伏内连续可调，平行极板的极性由三挡换向电键转换，电压大小由直流电压表指示，改变电压的大小和方向可以控制油滴在电场中运动的快慢和方向；照明系统采用6－8伏，3瓦灯泡为光源，发热量小，发出的光经聚光镜将平行极板内的油滴照亮，它可绕转臂旋转，便于调节视场照度。
该仪器配有喷雾器、钟表油和水准器等附件。实验中所用停表需另备

密立根油滴实验原理
用喷雾器将油滴喷入电容器两块水平的平行电极板之间时，油滴经喷射后，一般都是带电的。在不加电场的情况下，小油滴受重力作用而降落，当重力与空气的浮力和粘滞阻力平衡时，它便作匀速下降，它们之间的关系是：
mg=F1+B（1）
式中：mg——油滴受的重力，F1——空气的粘滞阻力，B——空气的浮力。
令σ、ρ分别表示油滴和空气的密度；a为油滴的半径；η为空气的粘滞系数；vg为油滴匀速下降速度。因此油滴受的重力为 mg=4/3πa^3δg(注：a^3为a的3次方，一下均是)，空气的浮力 mg=4/3πa^3ρg，空气的粘滞阻力f1=6πηaVg （流体力学的斯托克斯定律 ，Vg表示v下角标g）。于是（1）式变为：
4/3πa^3δg=6πηaVg+4/3πa^3ρg
可得出油滴的半径 a=3(ηVg/2g(δ-ρ))^1/2 （2）
当平行电极板间加上电场时，设油滴所带电量为q，它所受到的静电力为qE，E为平行极板间的电场强度，E＝U／d，U为两极板间的电势差，d为两板间的距离。适当选择电势差U的大小和方向，使油滴受到电场的作用向上运动，以ve表示上升的速度。当油滴匀速上升时，可得到如下关系式：
F2+mg=qE+B（3）
上式中F2为油滴上升速度为Ve时空气的粘滞阻力：
F2=6πηaVe
由（1）、（3）式得到油滴所带电量q为
q=(F1+F2)/E=6πηad/(Vg+Ve)（4）
（4）式表明，按（2）式求出油滴的半径a后，由测定的油滴不加电场时下降速度vg和加上电场时油滴匀速上升的速度ve，就可以求出所带的电量q。
注意上述公式的推导过程中都是对同一个油滴而言的，因而对同一个油滴，要在实验中测出一组vg、ve的相应数据。
用上述方法对许多不同的油滴进行测量。结果表明，油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍，这个最小电荷就是电子所带的电量e。

密立根油滴实验方法
【目的和要求】
学习密立根油滴实验方法，通过对不同油滴所带电量的测量，总结出油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍，从而得出存在着基本电荷的结论。通过实验认识电子的存在，认识电荷的不连续性。
【仪器和器材】
密立根油滴实验仪。
【实验方法】
1．将仪器接入220伏交流电源。
2．高压电源调节置于0位置，旋开油滴室盖子，把水准器放置在上极板面上，利用调平螺钉将油滴室内的平行板电容器板面调节水平。调节显微镜目镜，使分划板刻线明显清晰。再把大头针插入上板小孔中，调节光源角度，直到从显微镜中观察大头针周围光场最明亮、范围最大和光强均匀为止，然后拨出大头针拧上盖子准备喷油。由于本步骤要调节电容器极板，谨防极板带电，应由教师调节。
3．用喷雾器将油滴喷入油滴室内，从显微镜中观察油滴运动情况。实验时先找一个合适的油滴（较小的油滴，运动较缓慢，所带电量小于5个基本电量），使它自由落下，然后再加上电场使它向上运动（上升太快或太慢就适当调节电压）。这样在重力和电场力交替作用下，让油滴反复上升、下落若干次，在整个视场内都可以看得很清楚，否则需要重新选择。
4．用停表作记录：记录油滴n次下落一定的距离L（显微镜分划板刻线的距离），所经历的总时间tg总，记录油滴n次上升同一距离L，所经历的总时间tE总（两次记录必须是对同一油滴），用油滴所通过的总距离nL分别除以总时间tg总及tE总就得出vg和vE利用公式（4）算出油滴所带的电量q。
5．按照上述方法选取6－10个不同的油滴进行测量，计算它们各自所带的电量。
6．数据处理：本实验只要求学生进行简单的数字处理和分析。按书后的表格记录数据和计算，该表是用国产油滴仪进行实验所得到的一组数据。

密立根油滴实验注意事项
1．实验完毕即切断电源。
2．本实验重点是实验方法、实验设计思想的学习和训练。特别要强调实验中必须耐心和细心，对实验结果一定要实事求是。
3．注意保护显微镜。所有镜头出厂前均已经过校验，不得自行拆开。镜头上若有灰尘，可用吹气球将灰尘吹去，镜头表面油污可用清洁的软细布沾少量酒精擦拭。
4．实验后用柔软的布将油滴室窗玻璃、机身的油擦拭干净，连同附件装箱放在干燥、通风的地方。
5．由于本仪器要用高压电源，购进仪器后，要检查高压电源部分是否符合安全用电要求。
密立根油滴实验参考资料
实验中的油滴甚为微小，其线度约为微米数量级，可与空气分子的平均自由程相比拟。这样，空气就不能看作是连续的媒质了，所以必须进行修正。经修正应换成
q=6πηad/U(Vg+Ve)/(1+(6.17*10^(-4)/pa)^3/2)
式中油滴的半径虽然也应该予以修正，但由于其修正值很小，在这里我们不予考虑，因此将a代入，P为大气压强（以厘米汞柱为单位）。

关于密立根的油滴实验
1897年汤姆生发现了电子的存在后，人们进行了多次尝试，以精确确定它的性质。汤姆生又测量了这种基本粒子的比荷（荷质比），证实了这个比值是唯一的。许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。电子电荷的精确数值最早是美国科学家密立根于1917年用实验测得的。密立根在前人工作的基础上，进行基本电荷量e的测量，他作了几千次测量，一个油滴要盯住几个小时，可见其艰苦的程度。
密立根通过油滴实验，精确地测定基本电荷量e的过程，是一个不断发现问题并解决问题的过程。为了实现精确测量，他创造了实验所必须的环境条件，例如油滴室的气压和温度的测量和控制。开始他是用水滴作为电量的载体的，由于水滴的蒸发，不能得到满意的结果，后来改用了挥发性小的油滴。最初，由实验数据通过公式计算出的e值随油滴的减小而增大，面对这一情况，密立根经过分析后认为导致这个谬误的原因在于，实验中选用的油滴很小，对它来说，空气已不能看作连续媒质，斯托克斯定律已不适用，因此他通过分析和实验对斯托克斯定律作了修正，得到了合理的结果。
密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用，例如，科学家用类似的方法确定出基本粒子——夸克的电量。
油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。

E. 你认为液压油具有什么物理特性和功能

液压油就是利用液体压力能的液压系统使用的液压介质，在液压系统中起着能量传递、抗磨、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。对于液压油来说，首先应满足液压装置在工作温度下与启动温度下对液体粘度的要求，由于润滑油的粘度变化直接与液压动作、传递效率和传递精度有关，还要求油的粘温性能和剪切安定性应满足不同用途所提出的各种需求。

F. 驱油为什么要加聚合物加了聚合物和表面活性剂的二元驱具体有什么作用

目前，世界上已形成三次采油的四大技术系列，即化学驱、气驱、热力驱和微生物驱。其中化学驱包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱及其复配的二元、三元复合驱、泡沫驱等;气驱包括CO2混相/非混相驱、氮气驱、烃类气驱和烟道气驱等;热力驱包括蒸汽吞吐、热水驱、蒸汽驱和火烧油层等;微生物驱包括微生物调剖或微生物驱油等。四大三次采油技术中，有的已形成工业化应用，有的正在开展先导性矿场试验，还有的还处于理论研究之中。 1)化学驱 自20世纪80年代美国化学驱达到高峰以后的近20多年内，化学驱在美国运用越来越少，但在中国却得到了成功应用。中国化学驱技术已代表世界先进水平，其中，聚合物驱技术于1996年形成工业化应用;“十五”期间大庆油田形成了以烷基苯磺酸盐为主剂的“碱+聚合物+表面活性剂”二元复合驱技术，胜利油田形成“聚合物+表面活性剂”的无碱二元复合驱技术;目前，已开展“碱+聚合物+表面活性剂+天然气”泡沫复合驱室内研究和矿场试验。 2)热力驱 最早于20世纪50年代运用于委内瑞拉稠油开采的热力驱技术为蒸汽吞吐，因蒸汽吞吐技术伴随着吞吐效果逐渐降低的实际情况，蒸汽驱和火烧油层成为主要接替方法。目前蒸汽驱技术已成为世界上大规模工业化应用的热采技术。为了提高热效应，国外近年来开发的稠油开采先进技术有水平井蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)和电磁波热采技术。SAGD已成为国际开发超稠油的一项成熟技术，而电磁波热采技术被认为是未进行蒸汽驱油区的最好替代方法，但在巴西试验效果不如注蒸汽。 3)注气驱 20世纪70年代，注烃类气驱主要在加拿大获成功应用，到80年代，CO2混相驱成为美国最重要的三次采油方法。氮气或烟道气技术应用较少。 4)微生物驱 微生物驱基本处于室内研究和先导试验阶段。

G. 密立根油滴实验是怎样操作的

密立根设置了一个均匀电场，方法是将两块金属板以水平方式平行排列，作为两极，两极之间可产生相当大的电位差。金属板上有四个小洞，其中三个是用来将光线射入装置中，另外一个则设有一部显微镜，用以观测实验。喷入平板中的油滴可经由控制电场来改变位置。

为了避免油滴因为光线照射蒸发而使误差增加，此实验使用蒸气压较低的油。其中少数的油滴在喷入平板之前，因为与喷嘴摩擦而获得电荷，成为实验对象。

(7)驱油物理实验装置功能扩展阅读：

实验背景

1897年汤姆生发现了电子的存在后，人们进行了多次尝试，以精确确定它的性质。汤姆生又测量了这种基本粒子的比荷（荷质比），证实了这个比值是唯一的。许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。

电子电荷的精确数值最早是美国科学家密立根于1917年用实验测得的。密立根在前人工作的基础上，进行基本电荷量e的测量，他作了上百次测量，一个油滴要盯住几个小时，可见其艰苦的程度。密立根通过油滴实验，精确地测定基本电荷量e的过程，

实验意义

密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用，例如，科学家用类似的方法确定出基本粒子──夸克的电量。

油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。

H. 如何对油气藏进行一般体检

对油层中的流体即油、气、水和油层岩石的现场取样岩心进行实验分析，像给油气藏例行体检一样，为认识和科学开发油气藏提供依据。
（1）原油常规分析。不同油藏的原油性质不同。为了全面了解各种原油的物理化学性质，需要对原油的密度、粘度、酸值、胶质、沥青含量、凝点、含蜡、含硫、馏分组成、含盐、闪点、灰分、含砂等进行分析检测。对稠油还要测试粘度随温度的变化关系曲线。例如，克拉玛依油田经过大量原油样品分析实验，制定了原油的分类标准。将原油分为0号的普通原油，1号、2号、3号低凝原油及黑油山特低凝原油等五类，确定了各类原油的性质和组成。
原油的“特殊化验”有两项：一是地层原油高压物性分析。它是评价油气在地层条件下物理性质的重要手段。其分析结果是编制油田开发方案，计算地质储量，进行流体力学计算和采油工程、油气集输工艺设计的重要依据。二是地层流体相态实验。它对确定油气藏类型，油气性质及分布规律，开采过程中气、液两种相态的转化及动态预测，采气工艺优化，合理有效地开发凝析气藏都具有重要意义。
（2）地层水分析。通过分析研究可了解地层水的活动特征，对油气田的勘探、开发，提高原油采收率和保护油气层有重要意义。分析内容包括密度、粘度、各种盐类离子含量及有关的特殊成分。
除了对油藏中的流体进行分析化验外，还必须对组成油气藏骨架的岩石进行“骨科检查”。
（3）“骨架”常规体检，就是指油气层的岩心常规分析。它包括一系列的“体检指标”，如孔隙度、渗透率、饱和度、粒度、碳酸盐与氯盐含量等。通过这些指标我们可以正确认识油气层，科学开发油气田。
（4）“骨架”特殊体检，是指油气层的微观物性分析和岩石特殊物性测试。前者通过铸体薄片、扫描电镜、X衍射、粘土矿物分析等资料，评价油气层的孔隙结构、孔隙类型及孔隙中粘土矿物的类型、形态、分布特征等，为油气藏精细描述提供依据。后者通过对油气层岩石的润湿性、毛细管压力和相对渗透率的测试得出岩石表面与流体的润湿关系，岩石孔隙大小与分布，以及多相渗流的特点，为油气层特征研究、油藏工程计算与开发动态分析，提供最基础的微观岩石物性参数。
（5）碎屑岩粒度分析，是对沉积物颗粒大小进行测量统计和数据处理，求得碎屑颗粒的粒度分布，即大小不同颗粒所占的百分数。目的是了解油层岩石不均质性的程度。
（6）室内驱油实验。它是通过物理模型，模拟不同驱替流体、不同多孔介质、不同渗流特征、不同驱替速度及不同流度比等条件下的驱油效率，为合理开发油田、提高原油采收率研究提供技术支持。
（7）油气层敏感性评价。为了避免在钻井、完井、修井、注水、压裂、酸化等作业过程中所用的入井液体对油气层造成伤害，致使近井地带渗透率下降，渗流阻力增加，必须借助仪器设备，预先测定油气层岩石与外来流体作用前后的渗透率变化，认识和评价油气层被伤害的程度，提出防止或抑制油气层受到伤害的措施，保护好油气层。

I. 超低界面张力泡沫体系性能及驱油方案优化研究

许关利

（中国石化石油勘探开发研究院提高采收率研究所，北京 100083）

摘 要 在大庆油田的油水条件下，评价了表面活性剂的界面和泡沫性能，并优化了泡沫配方和注入方式。筛选的双子表活剂的表面张力约为25mN/m，能在表活剂浓度为0.05％～0.3％的范围内与原油达到超低界面张力，具有较好的泡沫稳定性。泡沫体系配方中气液比对泡沫驱采收率的影响最大，其次是聚合物浓度，优选的泡沫体系配方为表面活性剂浓度0.3％，聚合物浓度2000mg/L，气液比为3：1。气体和表面活性剂/聚合物二元液混合注入的压力升幅最大，耗时最短，泡沫驱采收率也较高。气体、表面活性剂与聚合物3种物质完全分开交替分段塞注入时压力升幅最小，耗时最长，采收率最小。气体与二元液交替注入时的压力和采收率居中。结合现场实施工艺，优选气体与表面活性剂/聚合物二元液交替注入的方式，交替周期越短泡沫驱采收率越高。

关键词 表面活性剂 超低界面张力 泡沫驱 提高采收率 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

泡沫是气体分散于起泡剂溶液中所组成的分散体系，起泡剂一般为表面活性剂。作为多相粘弹性流体，泡沫的密度低、黏度大，具有剪切稀释特性，这些特征使其具有了提高石油采收率的应用前景。国外已对泡沫用于控制气体流度、提高气驱的采收率进行了充分的研究［1～3］，现场试验也取得了一定的效果。国内的大庆油田和胜利油田也对泡沫驱油技术进行了多年研究［4］，其中大庆油田的泡沫复合驱技术最具代表性，试验取得了提高采收率20％以上的效果［5］，预示着泡沫驱油技术具有大幅度提高水驱油田采收率的潜力［6］。

大庆油田完成的泡沫复合驱试验使用表面活性剂、聚合物和强碱组成的三元体系，虽然取得了较好的驱油效果，但无法避免强碱带来的腐蚀、结垢、影响泡沫稳定性等负面问题。三元体系的一个主要技术特征是表面活性剂和碱协同作用产生超低油水界面张力，多年来复合驱研究的焦点也是合成在不需要加碱条件下能和原油达到超低界面张力的表面活性剂，并取得了一定的成果。本文对筛选的表面活性剂性能进行了研究，考察了聚合物驱后无碱的超低界面张力泡沫体系的驱油效果，优化了泡沫体系配方方式，为制定现场试验方案提供参考。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验用油为大庆油田井口脱水原油和模拟油，实验用水为油田现场注入污水，过滤后使用。聚合物为中国石油大庆炼化公司生产的分子量为3072万的聚丙烯酰胺。表面活性剂（DWS）为非离子双子表面活性剂，由大连戴维斯公司提供。重烷基苯磺酸盐（HABS）为大庆东昊投资有限公司生产，α-烯烃磺酸盐（AOS）购自浙江中轻物产化工公司。岩心为购自大庆石油学院的30cm长的人造3层非均质岩心，渗透率变异系数为0.72，孔隙度为22％～25％。

1.2 实验方法

1）表面张力：表面张力仪k12（Kruss公司生产），吊片法测量；全自动表面张力仪Tracker（TECLIS公司生产），悬滴法测量。

2）油水界面张力：旋转滴界面张力仪，TX500C，45℃。

3）泡沫半衰期：泡沫扫描仪FoamScan（TECLIS公司生产），注气速度30mL/min，注气量300mL，温度45℃。

4）岩心驱替实验：岩心首先抽真空饱和水，然后饱和油，老化一天后进行水驱，含水大于98％后进行聚合物驱（包括后续水驱），最后进行超低界面张力泡沫复合驱及后续水驱。

2 实验结果

2.1 表面张力

表面张力是评价表面活性剂活性高低的一项重要指标。如表1所示，双子表面活性剂（DWS）的表面张力随温度的升高而降低，与常规表面活性剂的变化规律相同。常规表面活性剂的表面张力一般大于30mN/m，如重烷基苯磺酸盐的表面张力为31.5mN/m^［7］，α-烯基磺酸钠的表面张力为34.4mN/m^［8］。25℃时该双子表面活性剂的表面张力在25mN/m左右，已经接近碳氢表面活性剂理论上最低的表面张力值^［9］，与有机硅表面活性剂的表面张力相当（20～30mN/m），说明该双子表面活性剂的活性非常好。

表1 双子表面活性剂（DWS）的表面张力

选用Tracker全自动表面张力仪测定了25℃时不同浓度表面活性剂溶液的动态表面张力（图1）。各个浓度的表面活性剂溶液的表面张力随测试的进行逐渐降低，表面活性剂浓度越高，其表面张力越低。根据表面张力随浓度的变化趋势判断，该表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）在0.08％附近，25℃时表面张力值约为25 mN/m。

图1 双子表面活性剂（DWS）的动态表面张力

2.2 油水界面张力

油水界面张力是驱油用表面活性剂的一个重要指标，不同浓度的表面活性剂/聚合物二元体系（聚合物浓度1000mg/L）的界面张力测试结果（图2）表明，该双子表面活性剂的油水界面张力随测试的进行逐渐降低，20min后界面张力即小于0.01 mN/m，达到超低界面张力。双子表面活性剂能在0.05％～0.3％的较宽浓度范围内达到超低的油水界面张力。重烷基苯磺酸盐需要在有碱存在的条件下才能达到超低界面张力^［10］，而α-烯基磺酸钠即使加碱也无法达到超低界面张力。

图2 双子表面活性剂DWS的油水界面张力

2.3 泡沫稳定性

泡沫的稳定性可以用半衰期来表征，半衰期分为两种，一种是体积衰减半衰期（泡沫体积衰减一半所需要的时间），另一种是析液半衰期（从泡沫中排出一半液体所需要的时间）。表2为用泡沫扫描仪（FoamScan）测得的表面活性剂溶液的泡沫体积衰减半衰期。不同浓度的双子表面活性剂的半衰期都大于60min，比重烷基苯磺酸盐和α-烯烃磺酸盐的稳定性好。

表2 不同表面活性剂的泡沫半衰期

超低油水界面张力是对驱油用表面活性剂的基本要求，目前市场上常见的表面活性剂的油水界面张力都比较高，达不到超低界面张力。界面张力高的原因是这些表面活性剂的亲水性太强，因此要获得较低的界面张力，就要增加表面活性剂疏水基团的长度或个数。疏水基团长度或个数的增加，有利于提高表面活性剂分子间的疏水缔合作用，增加泡沫中表面活性剂液膜的强度，增大液膜的界面粘弹性，泡沫的稳定性将得到提高。因此，在一定程度上获得超低界面张力与提高泡沫稳定性对表面活性剂分子结构的要求方向是一致的。双子表面活性剂（DWS）的两个疏水基团增加了其亲油性，能够与原油达到超低的油水界面张力，同时又具有较好的泡沫稳定性，是驱油用超低界面张力泡沫体系的最好选择。

2.4 泡沫体系配方优化

驱油用泡沫由双子表面活性剂、聚合物和气体组成，表面活性剂、聚合物浓度的高低和气体的多少（气液比）对泡沫的驱油性能有重要影响。为了确定最佳的泡沫体系配方，针对表面活性剂浓度、聚合物浓度和气液比开展了三因素、三水平的正交实验来优化泡沫体系配方。各次实验的实验条件及驱油结果见表3。

表3 正交实验条件与驱油结果

按照极差分析方法对表3中的数据进行分析，分析方法参考文献^［11］。把泡沫驱采收率作为评价指标，表3 “表面活性剂浓度” 列中Ⅱ最大，说明表面活性剂浓度的水平0.3％比较好；“泡沫聚合物浓度” 列中Ⅲ最大，说明聚合物浓度水平2000mg/L比较好；“气液比” 列中Ⅲ最大，说明气液比的水平3：1比较好。因此根据泡沫驱采收率得到的最佳驱油条件为表面活性剂浓度0.3％，聚合物浓度2000mg/L，气液比为3：1。级差中 “气液比” 最大，其次为 “聚合物浓度”，说明气液比对泡沫驱采收率的影响幅度最大，其次为聚合物浓度。

2.5 注入方式对泡沫驱采收率的影响

泡沫体系包括双子表面活性剂、聚合物和气体，驱油时可组合成多种注入方式。第一种为气液同时混合注入，先把表面活性剂和聚合物混合成二元液，然后和气体按照一定的气液比同时注入岩心；第二种为气体和液体交替注入（气液分段塞注入），一是表面活性剂、聚合物混合成二元发泡液与气体按照确定的气液比和交替周期交替注入，二是表面活性剂、聚合物和气体分别单独交替注入，即按照确定的交替周期和气液比，先注一个聚合物段塞，再注一个表面活性剂段塞，再注气体段塞，按这样的顺序重复注入。通过岩心驱油实验考察各种注入方式对驱油效果的影响。实验中表面活性剂浓度为0.3％，聚合物浓度为2000mg/L，表面活性剂注入量为0.3PV。岩心水驱后进行不同注入方式的泡沫驱油，实验结果见表4。

表4 不同注入方式下泡沫驱油结果

表4中编号为1、2、3的实验为聚合物、表活剂和气体完全分开注的岩心驱油实验，交替周期为0.1 PV和0.05PV，即驱替时先注0.1 PV聚合物，再注0.1 PV的表面活性剂，再按气液比注入气体，重复以上步骤直至注完聚合物、表面活性剂各0.3PV，最后跟0.2PV的聚合物保护段塞和后续水。在表4所示的交替周期和气液比条件下，采用3种物质完全分开注入的方式，泡沫驱可在聚驱后平均提高采收率15.63％。表4中编号为4、5的实验为气体和表面活性剂、聚合物组成的二元发泡液交替注入，在发泡液用量与实验1 、2、3相同的条件下，气体与二元液交替注入时的泡沫驱采收率比完全分开注入时的效果好。实验6的注入方案为先注0.1 PV聚合物前置段塞，然后气体和表面活性剂溶液（含200mg/L中分聚合物）同时注入，最后注入0.2PV聚合物保护段塞。与前几个实验相比，在节省聚合物用量的条件下，混合注入的泡沫驱采收率接近18％，比气体与二元液交替注入的效果相当。图3为3种不同注入方式所对应的压力曲线。第一条曲线为气体和表面活性剂溶液（含200 mg/L中分聚合物）同时注入的压力曲线，在注聚合物前置段塞和气液同时混合注入阶段注入压力一直持续上升，注后续聚合物保护段塞时压力上升不明显，显示了泡沫具有很好的封堵岩心孔隙的能力。第二条曲线为气体和二元液（聚合物和表面活性剂混合）交替注入的压力曲线，注二元体系时压力上升，转注气体后压力先上升，然后开始下降，随着实验的进行，整体注入压力呈阶梯式上升，但注化学剂结束时的最高压力比气液同时注入的低。第三条曲线为聚合物、表面活性剂和气体完全分开交替注入的压力曲线，注聚合物时压力上升，注表面活性剂时压力略有下降，注气体时压力下降，虽然整体的注入压力在逐渐升高，但是比气体和二元液交替注入时压力要低。驱替时间是气液混合同时注入时耗时最短，3种物质完全分开交替注入的耗时最长，气体与二元液交替注入时居中。

这些结果表明，对于泡沫驱油，气液同时混合注入是最好的注入方式，其次是气体与二元液交替注入。目前现场试验时，工艺上难以实现气体和液体同时注入，因此推荐选用气体和表面活性剂/聚合物二元液交替注入的方式。

图3 不同注入方式下的泡沫驱压力曲线

2.6 交替注入周期对泡沫驱采收率的影响

泡沫驱油时，现场选择的是气体和二元液（表面活性剂＋聚合物）交替注入，这就涉及一个交替周期或交替频率的问题。通过评价不同交替周期下的岩心泡沫驱油效果来优选气液交替周期。水驱、聚驱条件与前面相同，泡沫液中表面活性剂浓度为0.3％，聚合物浓度为2000mg/L，发泡液注入量为0.3PV，气液比为3：1。注完泡沫体系后，再注入0.2PV的聚合物保护段塞。聚驱后无碱超低界面张力泡沫体系在人造3层非均质岩心上交替注入时的驱油效果见表5。

实验结果表明，无论采取何种注入方式，聚驱后泡沫驱采收率均能提高16个百分点以上。在其他条件相同时，随交替次数的增多，聚驱后泡沫驱采收率呈增加趋势。同混合注入方式相比，采用交替注入方式泡沫驱采收率略有降低。因此现场试验时，要尽可能缩短交替周期。

表5 不同交替周期聚驱后岩心驱油结果

3 结 论

1）25℃时双子表面活性剂（DWS）的表面张力约为25mN/m，接近于碳氢表面活性剂理论上的最低表面张力，显示了非常高的表面活性。能在较宽的浓度范围内与原油达到超低的油水界面张力，具有比烷基苯磺酸盐和α-烯烃磺酸盐更好的泡沫稳定性。

2）泡沫体系配方中，气液比对泡沫驱采收率的影响最大，其次是聚合物浓度，较好的泡沫体系配方为表面活性剂浓度0.3％，聚合物浓度2000 mg/L，气液比3：1。

3）气体和表面活性剂/聚合物二元液混合注入的压力升幅最大，耗时最短，泡沫驱采收率最高。气体、表面活性剂与聚合物3种物质完全分开交替注入时压力升幅最小，耗时最长，采收率最小。气体与二元液交替注入时的压力和采收率居中。

4）泡沫驱现场试验选用气体与表面活性剂/聚合物二元液交替注入的方式，交替周期越短泡沫驱采收率越高。

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