量分数。
各种胶束都可增溶油
十二酸钠浓体系增加水的质量分数时胶束所经历的变化
碱驱过程中的自发乳化与聚并
(1)石油酸与碱在油水界面上反应生成羧酸钠，并浓集 在界面上。由于羧酸钠的质量分数足够大，它们在界面 附近形成层状胶束并增溶了油。 （ 2 ）层状胶束向碱水相扩散的过程中，羧酸钠的质量 分数不断降低。降低到一定程度，层状胶束依次转化为 棒状胶束六角束和棒状胶束，油仍增溶在这些胶束之中。
水包油乳化原油 oil-in-water emulsified crude 油包水乳化原油 water-in-oil emulsified crude
（3）乳状液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人压力提 高．高的注入压力迫使油从乳化水珠与岩石表面之间 的连续油相这条通道排泄出去，留下高含水率的乳状
液，达到提高原油采收率的目的。
（1）油可在碱水相中形成乳状液；
（2）分散的油珠会被捕集在较小孔道， 改善了碱驱的波及系数； （3）碱水突破前采油量可以增加； （4）油珠的聚并性质对过程有有利的影响。
2.4 由油湿反转为水湿（OW
WW机理)
（碱含量1%～5%,盐含量﹤5% ）
在高的碱质量分数和低的盐含量下，碱可通过改变吸 附在岩石表面的油溶性表面活性剂在水中的溶解度而 解吸，恢复岩石表面原来的亲水性，使岩石表面由油 湿反转为水湿，提高洗油效率，同时也可使油水相对
通过WW
OW机理提高采收率
2.6 自发乳化与聚并机理
Spontaneous emulsification and coalescence 在最佳的碱质量分数下，原油可自发乳化到碱水之中。 这种自发乳化现象是由于油中的石油酸与碱水中的碱在表
面上反应产生表面活性剂，先是浓集在界面上，然后扩散至碱
水中引起的。 油中的石油酸主要为羧酸，它可与碱（氢氧化钠）反 应产生羧酸钠。羧酸钠在水中的聚集状况，决定于它的质
之比乘6。
碱系数越大的油，越适宜碱驱。
碱系数可用于评价油对碱驱的适
油水界面张力与碱含量的关系
应性和选用碱驱用碱。
第四节 碱驱用碱
氢氧化钠：又名烧碱 白色晶状固体，熔点为328℃，易溶于水，露置于空 气中，容易吸收水分而潮解，故需密封保存 强碱，在水中完全电离 有极强的腐蚀性，可与石英砂发生反应： NaOH+SiO2=Na2SO3+H2O 氢氧化钠与原油的酸性组分、水中二价阳离子、储层岩 石产生强烈的相互作用，很少单独使用。
渗透率发生变化，形成有利的流度比，提高波及系数。
2.5 由水湿反转为油湿（WW
（碱含量1%～5%,盐含量5～15% ）
OW）机理
（1）在高的碱质量分数和高的盐含量下，碱与石油酸 反应生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石
表面上来，使岩石表面从水湿转变为油湿。这样，非
连续的剩余油可在其上形成连续的油相，为原油流动 提供通道． （2）碱驱生成的表面活性剂的亲油性和它产生的低界 面张力，导致油包水乳状液的形成
w粘附＝ 油水 （1＋ cos ）
碱与石油酸反应生成活性剂，降低了界面张力， 提高了洗油效率。
原油中的石油酸
原油中含有脂肪酸、环烷酸 和芳香酸等各类羧酸。
脂肪酸主要是正构的，现已
鉴定出碳数到34的全部正构
脂肪酸，但也存在少量轻度
异构的脂肪酸。 石油酸 petroleum acid
原油中的部分酸性物质可以和碱反应，生成具有 一定亲水亲油平衡能力的表面活性剂。
2.7 增溶刚性膜机理
Solubilization of rigid film
在三次采油时，油处在分散状态，沥青质可在油水界面上形成
一层刚性膜。这种膜的存在，使油珠通过孔喉结构时不易变形
通过，使水不能有效排驱剩余油。碱水的注入，增加了沥青质
的水溶性，使它刚性减小，提高了剩余油的流度能力。 碱驱机理实现的条件
1
1% Na2CO3 0.8% Na2CO3
IFT/(mN/m)
0.1
0.6% Na2CO30.011E-3 来自 20 40 60 80 100
不同浓度碳酸钠与陈庄原油的动态界面张力
t/min
Factors influence the IFT
Acids in crude oil
amount of alkali
Salt concentration in water
原油中的酸性物质的亲油基对活性的影响 R-COOH
酸性物质亲油基较小
原油中的酸性物质
酸性物质亲油基适中 酸性物质亲油基较大
酸性物质与碱反应 速度较快 生成物亲水能力较强
酸性物质与碱反应 速度适中 生成物亲水亲油能力 平衡 降低界面张力能力最好
酸性物质与碱反应 速度较慢 生成物亲油能力较强
第三节 界面张力与碱质量分数曲线的解释与应用
界面张力与碱质量分数的关系是碱驱的基础。 设原油中的酸性成分为HA，它可在水中解离： HA≒H++ A(I) HA与NaOH反应生成的表面活性剂NaA，也可在水中解离：
NaA≒Na++A水的解离式：
(II)
H2O≒H+ + OH-
(III)
在上述物质中，只有A－能有效地降低油水界面张力。HA、 NaA均没有A－那种界面活性。
部分水解聚丙烯酰胺: partially hydrolyzed polyacrylamide
第二节 碱驱提高采收率的作用机理
Mechanism of alkaline flooding
碱驱与水驱的驱油效果对比
Mechanism of alkaline flooding:


Low IFT mechanism
不同盐含量下界面张力与氢氧化钠质量分数的关系
2.2 乳化-携带（Emuls-Entrain)机理
(碱含量小于1%,盐的含量0.5～1.5%）
在低的碱质量分数和低的盐含量下，由碱与石油酸反应生成
的表面活性剂可使地层中的剩余油乳化，形成微分散状的O/W 型乳状液，并被碱水携带着通过地层。 按此机理，碱驱应用有如下特点： （1）可以形成油珠相当小的乳状液； （2）通过乳化提高碱驱的洗油效率； （3）碱水突破前采油量不可能增加；
碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。 Position of alkaline flooding in chemical flooding:

First proposed（1917）
First tested（1930） The cheapest chemical agent


Easiest to operate
Emulsification—entrainment mechanism
Emulsification—entrapment mechanism
Wetting conversion from oil-wet to water-wet
occur under different conditions
Wetting conversion from water-wet to oil-wet
增加界面张力
?
一种原油的界面张力与氢氧化钠质量分数关系
碱的质量分数0.1％, 一般要求低于1％。 界面张力超低需加盐,含量 ?
盐含量的影响
盐含量： （1）3.5％； （2）3.0 ％ ； （3）2.0 ％ ； （4）1.0 ％ ； （5）0.5 ％ ；
（6）0.1 ％ ；
（ 7） 0 随着盐含量升高，低界面张 力区增大，继续升高，低界 面张力区变窄。 最佳盐含量在1.0 ％以下
降低界面张力能力差
降低界面张力能力差
通常认为 C 数为12 - 18时，带有 COO- 的表活剂的活性最好
碱量对活性的影响 碱
碱量低
量
碱量较高 碱量高
先和酸性较强的 石油酸反应
最佳碱量
相继和酸性较弱的 石油酸反应
增加水相极性
形成亲水能力较强的 表面活性剂
界面张力超低
相继形成亲油能力 较强的表面活性剂
达到饱和，油水界面张力达到最低值。
若进一步加碱，由于反应（Ⅱ）左移，A－的浓度减小， 油水界面张力增加。
Jennings碱系数（caustic
碱系数
coefficient, cc）
双对数坐标内油水界面张力与碱质 量分数的关系曲线和0.01mN·m-1～
1.0mN·m-1所包的面积与
0.01mN·m-1～ 1.0mN·m-1与 0.001% ～ 1.0%碱质量分数总面积
w krw o Mwo o kro w
Mwo —水油流度比； λw、λo — 水和油的流度； Krw、Kro — 水和油的相对渗透率； µw、µo — 水和油的粘度。
碱驱的段塞图 1－剩余油；2－淡水；3－碱溶液；4－聚合物溶液；5－水
由于地层中的钙镁离子可与碱反应而消耗碱，因此在 注碱溶液前需注入一段塞的淡水；之后再注入聚合物 段塞以控制流度。
硅酸钠：工业上称为泡花碱，浓水溶液称为水玻璃；
常按模数 SiO2：Na2O = 3～5:1的配料比制备硅酸钠；
模数越小，碱性越强，越易溶解； 驱油中多选用弱碱性的高模数水玻璃。 硅酸盐及它与其他试剂的混合物在岩石上的吸附作用 比较小。在采用带有层内沉淀的碱水驱时，硅酸钠的
用途更加广泛，通过轮流注硅酸钠和氯化钙溶液的方
Principles of EOR
第六章 碱 驱
Alkaline Flooding
本章主要内容
☆碱驱提高采收率的机理 ☆界面张力与碱质量分数关系 ☆什么原油适合于碱驱 ☆碱与地层和地层流体作用 ☆碱驱存在的问题、改善方法
第一节 概述
Concept of alkaline flooding:
Alkaline flooding is a displacement method using alkali as its displacing agent.