中国石油大学（华东）毕业设计（论文）
微观可视化研究活性水驱油机理
学生姓名：王 百
学 号：02021817
专业班级：石油工程2002-8班
指导教师：任 熵
2006年6月17日
摘 要
表面活性剂驱油是三次采油的主要方法之一。目前，国内外关于微观可
视化活性水驱油机理这一问题已进行了大量的实验研究，研究方法有多种，但大多采用岩芯流动实验。这种方法无法对驱油效果和驱油方式进行直观观察。本文采用平板玻璃微观模型，可对驱油过程中的各种机理、驱油效果和驱油方式进行直观观察。本实验首先进行表面活性剂的筛选，考虑从适用性（耐温、耐盐性）等方面选择目前油田常用的几种表面活性剂中筛选出两种表性的表面活性剂。对筛选出的表面活性剂进行复配和采用相应的仪器等手段进行界面张力、乳化能力等的测定及评价，确定优化配方。然后采用平板玻璃微观模型驱替实验进行活性水驱油时的原油乳化分散、乳化携带、聚并、乳化油滴的形成等机理研究。进而研究活性水驱油对提高采收率的作用、意义及影响。实验表明，利用该项技术进行活性水驱油实验来研究其对驱油效率的影响是可行的。
关键词：活性剂；驱油机理；采收率；可视化研究
ABSTRACT
Surfactant flood is a main EOR method. Large-scale experiment research
about the mechanism of surfactant displace with the visualization technology can be found domestic and abroad. There are many methods, but most of these researches are based on core flood experiment, in this way, we cannot observe the oil displacement mechanism and the sweep efficiency directly. In this paper use glass plate micro model to study the mechanism, sweep efficiency, and the regime of displacement during the process directly. In this experiment, primarily select the optimal surfactant, take the applicability (temperature tolerance, salt tolerance etc) in to account, sort out one or two representative from the mostly used surfactant in oilfield present. And then combination the selected surfactant to determine the optimal compound, through relevant instrument to measure it’s interface tension, emulsifying power and etc. and lastly, use glass plate micro model to research the mechanism of oil disperse, entrainment, accumulate by emulsify, and the formation of emulsified oil droplet. And to further study the effect to recovery efficiency by surfactant displacement. Experiment result show that the use of this technology to research the effects to recovery efficiency by surfactant displacement is feasible.
Keywords: surfactant; mechanism; oil recovery; the visual study
目 录
第1章 前言 ........................................................................................................1
第2章 实验理论基础分析 ................................................................................3
2.1 国内活性水驱油的开发现状 .................................. 3
2.2 活性剂分子在油水界面的作用特征与界面张力的关系 ............ 4
2.3 水驱后残余油的受力状况 .................................... 5
2.3.1 毛细管力 ...............................................................................................6
2.3.2 粘附力 ...................................................................................................6
2.3.3 内聚力 ...................................................................................................6
2.4 活性水驱油机理 ............................................ 6
2.4.1 降低油水界面张力机理 .......................................................................7
2.4.2 乳化分散机理 .......................................................................................8
2.4.3 润湿反转机理 .......................................................................................8
2.4.4 提高表面电荷密度机理 .......................................................................8
2.4.5 聚并形成油带机理 ...............................................................................9
2.4.6 改变原油的流变性机理 .......................................................................9
2.5 表面活性剂驱的驱油特征 .................................... 9
2.6 影响表面活性剂驱油的因素 ................................. 10
2.6.1 表面活性剂的平均分子量 .................................................................10
2.6.2 电解质浓度及类型 .............................................................................10
2.6.3 油链长度与等效烷烃碳数理论 ......................................................... 11
2.6.4 表面活性剂浓度与表面电荷密度 ..................................................... 11
2.6.5 表面活性剂结构 .................................................................................12
第3章 实验部分 ..............................................................................................13
3.1 实验药品及仪器 .......................................................................................13
3.1.1 实验药品 .............................................................................................13
3.1.2 实验仪器 .............................................................................................13
3.2 模拟水的配制 .......................................................... 错误！未定义书签。
3.3 表面活性剂筛选 ........................................... 13
3.3.1 实验目的 .............................................................................................13
3.3.2 实验内容及方法 .................................................................................13
3.4 表面活性剂的复配 ......................................... 15
3.4.1 实验目的 .............................................................................................15
3.4.2 实验内容及方法 .................................................................................15
3.5 微观活性水驱油实验 ....................................... 18
3.5.1 实验目的 .............................................................................................18
3.5.2 实验内容及方法 .................................................................................18
第4章 结果与讨论 ..........................................................................................22
4.1 表面活性剂筛选结果 ...............................................................................22
4.1.1 密度瓶的体积 .....................................................................................22
4.1.2 油水密度及油粘度 .............................................................................22
4.1.3 油品选择 .............................................................................................23
4.1.4 界面张力及乳化效果评价 .................................................................24
4.2 表面活性剂复配结果 ....................................... 26
4.2.1 OP-10和NaOH的复配 ......................................................................26
4.2.2 OP-10和胜利石油磺酸盐的复配 ......................................................27
4.2.3 OP-10、胜利石油磺酸盐和碱的复配 ...............................................27
4.3 微观活性水驱油实验 ....................................... 28
4.3.1 水驱油过程 .........................................................................................28
4.3.2 活性水降低油水界面张力机理 .........................................................29
4.3.3 活性水驱过程中乳化分散机理 .........................................................30
4.3.4 聚并形成油带机理 .............................................................................32
4.3.5 活性水改变原油的流变性机理 .........................................................34
第5章 结论 ......................................................................................................36
参考文献 ..............................................................................................................37
附录 原油/水界面张力测定法—旋滴法.........................................................38
致谢 ......................................................................................................................41
第1章 前 言
随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及开采效率的要求越来越
高，常规的采油方法(一次和二次法)一般仅采出原油地质储量的1／3。当常规方法生产的原油产量不断下降时，提高原油采收率将在资源利用方面发挥重要作用。三次采油技术的发展对表面活性剂的要求越来越高。不仅要求它具有低的油水界面张力和低吸附值，而且要求它与油藏流体配伍和廉价[1]。
在目前油价的情况下，表面活性剂的成本是制约三次采油表面活性剂驱
发展的主要因素。所以对油田用的表面活性剂体系提出了耐高盐、耐高温、吸附损失低、成本低的要求。同时多孔介质中的水驱油微观机理的研究，对于油藏油水运动规律的认识及经济合理的开发油藏一直有着重要的意义。通过对表面活性剂分子在油水界面的作用特征、水驱后残余油的受力情况以及表面活性剂对残余油受力状况影响的分析，对表面活性剂的驱油机理进行了评述。
研究微观水驱油机理要借助于微观模型才能进行。目前，常用的微观模
型有以下几种：
(1)夹微粒模型：该模型是在两块玻璃之间分布均匀的单层玻璃微珠)或
砂粒(油砂、石英砂等)制成的模型。其特点是简便易行，但孔隙结构距真实较远。
(2)岩石薄片模型：该模型是将岩石磨成透明的薄片，将该岩石薄片放
入两块玻璃之间制成的模型，其特点是可以保留部分胶结物，孔隙结构真实。但不易进行设定的单因素影响的分析。
(3)微观光刻孔隙介质模型：该模型是将理想的或实际的地层孔隙结构
的显徽图象光刻复制在透明材料上制成。目前在研究渗流微观机理时，多使用这种类型的模型。该模型制作简便。实验重复性好，是进行水驱油微观驱油机理研究较为理想的手段。由于计算机技术的发展，已可以用计算机分析岩石薄片的孔隙结构。使该类模型的孔隙结构更趋于真实，并且可定量分析油水在微观模型中的运动规律。
在微观条件下，水以两种方式驱替油，即活塞式和非活塞式驱油。在微
细孔缝中是活塞式驱油，表现在水油界面呈凹液面液面在微小孔隙或缝隙中活塞式推进，随着驱替的进行。油在小孔隙中以一个个小段塞。最后可能变
成残余油，然而，在大部分的孔隙中水驱油的方式是非活塞驱油。表现在水驱油时水进孔隙是沿着孔隙的边缘夹缝、胶结物或岩石颗粒表面(如果岩石颗粒表面粗糙不平)扩展，占据孔道的孔壁及小孔隙，水在小孔隙中活塞式驱替油，而在大孔道中油部分地被驱走，部分地被侵入水所包围。以珠状、孤岛状和条带状等形式存在于大孔道和孔隙中闻 。孔道盲端的油由于水的楔入，也可能被部分驱走。水在孔隙中的非活塞式驱油主要是由于自吸现象的存在而产生的。自吸现象的存在主要是由润湿性决定，对于亲油模型水驱油时就不存在自吸现象[2]。
根据对国内微观驱油用表面活性剂研究现状的分析，结合目前开展的研
究工作，认为开发研制廉价、高效表面活性剂是开展表面活性剂驱油及其相关驱油技术的关键，并对表面活性剂及其相关驱油技术的应用前景进行了展望。
本文针对注入活性水对原油乳化分散、乳化携带、聚并、乳化油滴的形
成的微观可视化现象及其机理进行了一定的分析。通过注入优化后的活性剂来提高油藏的采收率，并且利用可视化研究的仿真驱替试验得出具有理论和实践意义的活性水驱油方法。
第2章 实验理论基础分析
2.1 国内活性水驱油的开发现状
微观活性水水驱油机理的研究早在五十年代就已经开始进行了。到目前
为止，人们对于水驱油的微观驱油特征及残余油在孔隙介质中的分布特点已经有了相当的认识随着三次采油化学驱油技术的发展，人们在低界面张力下水驱油微观机理研究方面也已做了许多工作。
在美国，各种涉及到注表面活性剂的采油工艺方法的产油量约占提高原
油采收总量的1.0%。然而，对于增加水驱油藏的采收率来说，表面活性剂驱的工艺方法具有很大的发展潜力。由于涉及到很大的风险、高额费用和复杂的技术，因此，这些工艺方法发展的很缓慢。
许多研究实验室正致力于用表面活性剂开采轻质油和重质油的研究。随
着人们对驱油机理的认识越来越深入以及通过现场实验对这些方法进行不断的改进，表面活性剂驱方法就会得到越来越广泛的应用。目前，所有这些工艺过程都是很复杂的并对其认识不深。表面活性剂与残余油，地层水和油藏岩石的接触降低了驱油效率。
表面活性剂驱油的研究始于50年代，60年代中期，美国和前苏联相继在
矿场进行试验，所用表面活性剂主要是各种磺酸盐，这已成为三次采油提高采收率的组分。虽然受油价、表面活性剂生产成本及其他因素的影响，美国、加拿大等对表面活性剂驱研究一直没有间断，但是表面活性剂驱先导试验的数量在减少。我国的表面活性剂驱一直未形成规模，70年代，大庆油田研究了表面活性剂驱并进行了小井距试验，近几年在不同油田进行了小规模的表面活性剂驱先导试验，取得了一定的成果和效益，但也暴露出一些问题。尽管如此，这些先导试验在不同程度上推动了不同油田的三次采油进程。
表面活性剂驱油是三次采油的主要方法之一。目前，国内外关于这一问
题的实验研究，大多采用岩芯流动实验。这种方法无法对驱油效果和驱油方式进行直观观察。本文采用平板玻璃微观模型驱替实验进行活性水驱油时的原油乳化分散、乳化携带、聚并、乳化油滴的形成等机理研究。实验观察更清晰、更直观，具有很强的真实性，而且进行拍照录相及计算机图像处理都很方便，是室内水驱油实验比较理想的模型。进而研究活性水驱油对提高采
收率作用、意义及影响。
总之，采用表面活性剂驱油为进一步开发利用现有原油储量展示了广阔
的前景。对于单独使用表面活性剂存在的波及系数低、吸附损失严重等问题通过必要的措施完全能够解决。笔者相信通过进一步开发性能优越、价格低廉的表面活性剂，加强驱油机理的研究及改进表面活性剂驱工艺(如进行前期调剖、牺牲剂预冲洗等措施)等，利用表面活性剂驱油技术获得较高的石油采收率完全有可能。据专家对美国1983-2150年热力采油、气驱、化学驱、新采油法、焦油与超稠油日产量的预测，由于表面活性剂驱的独特优越性(驱 替残余油)，表面活性剂驱和碱驱在2020-2150年间的日产量将会逐渐超过聚合物驱的日产量(前期)和气驱的日产量(后期)。因此，对表面活性剂驱的驱油机理与应用的研究，对于推动我国的三次采油技术以及技术储备具有重要意义[3]。
2.2 活性剂分子在油水界面的作用特征与界面张力的关系
活性剂分子由性质截然不同的两部分组成：一部分是亲水的极性部分，
另一部分是亲油的非极性部分，造成表面活性剂分子在其水溶液中很容易吸
图2-1 表面活性剂在油水界面互相作用能
附于气-水(或油-水)界面上形成独特的定向排列的单分子膜。正是由于表面活性剂在溶液表面(或油一水界面)的定向吸附，使表面活性剂具有很多特有的表面活性[4]。国外学者在研究乳状液和微乳液类型时，提出了分子间内聚能比值R的概念，从分子间作用力的角度描述界面上表面活性剂分子的状态，表面活性剂分子在油水界面上两亲单分子膜中的相互作用能见图2-1，
其中ACO为表面活性剂分子与油分子之间的内聚能；ALCO为表面活性剂亲油
基与油分子间的内聚能；AHCO为表面活性剂亲水基与油分子间的相互作用，
AHCO可忽略；ACW为表面活性剂分子与水分子间的内聚能，ALCW为表面活
性剂亲油基与水分子间的相互作用，ALCW可忽略；AHCW为表面活性剂亲水
基与水分子间的相互作用，R值见计算式(2-1)。
R=(ACO-AOO-ALL)(ACW-AWW-AHH) (2-1)
式中，AOO为油分子与油分子间的内聚能；ALL为表面活性剂分子烃链
与烃链间的内聚能；AWW为水
为内聚能，为正值。
R AHH为表面活性剂分子极性基团间的排斥力。在计算式(2-1)中AHH为斥力，为负值；其他均1时，表面活性剂分子倾向于分配在油相；R =1时，表面活性剂分子在油水两相的溶解能力大致相当，此时界面上富集的表面活性剂浓度最大，界面张力低。
界面张力降低是表面活性剂的两亲分子取代截面溶剂分子的结果。界面上富集的两亲分子越多，两亲分子与油相分子和水相分子间的作用越接近相等且绝对值越大，则界面张力就可能越低。因此，混合表面活性剂在降低界面张力方面的协同效应最终由表面活性剂分子间及其与油分子和水分子间的相互作用决定。对于给定的表面活性剂体系来说，随着油相性质、水相性质及油藏环境（温度、矿化度等）的改变，其分子间内聚能比值R也会有所改变。因此，其降低油水界面张力的能力也会发生相应的变化[5]。
2.3 水驱后残余油的受力状况
微观水驱油试验表明，水驱后油层中一般还有50％以上的残余油。在注入水波及到的范围内，残余油以膜状、柱状、簇状等几种形态滞留在油层中，这些滞留在油层中的油由于受到毛细管力、粘附力和内聚力的作用而成为残余油。如果在注入水中加入表面活性剂进行活性水驱，毛细管力、粘附力和内聚力可大大降低。表面活性剂驱油(包括一些其他三次采油方法)的主要目的就是要降低这部分残余油饱和度。
2.3.1 毛细管力
毛细管力是孔喉道中非润湿相流体驱替润湿相流体所受到的阻力，计算公式如下：
PC=2σcosθr (2-2)
式中，PC 为毛细管力；σ为油水界面张力；θ为水相润湿接触角；r为毛细管半径。
毛细管力是驱替柱状、簇状残余油以及使大油珠通过细孔道须克服的力。研究表明，表面活性剂体系可使油水界面张力降到0．1～0．03 mN／m。采用表面活性剂后，由于界面张力和接触角的改变，与水驱相比，毛细管力可大大降低[6]。
2.3.2 粘附力
粘附力是原油在岩石表面的附着力。由于存在粘附力，将油从岩石表面剥离下来，就需要克服粘附力。粘附功(W)可用下式计算：
W=σ(1-cosθ) (2-3) 粘附力是驱替膜状、盲状残余油须克服的力。采用表面活性剂驱后，由于界面张力和接触角的改变，与水驱相比，粘附功可大大降低。
2.3.3 内聚力
内聚力是原油分子间的作用力。微观驱油试验表明，大的孤岛状残余油不能直接通过细孔道，表面活性剂体系能将大油滴分散成较小油滴带走，此过程须克服内聚力而做分散功。设将半径为r1的油滴块分散成若干等半径r2的小油滴，所作功可用下式计算：
A=4πnr22σ(1-r2r1) (2-4)
式中，A为分散功；n为油滴数；r1为分散前的油滴半径；r2为分散后
的油滴半径。采用表面活性剂驱后，由于界面张力降低，与水驱相比，分散功可大大降低[7]。
2.4 活性水驱油机理
众所周知，表面活性剂是具有两亲性的物质，它既具有亲水基团，又具有亲油基团，活性剂驱油就是利用它的这一基本性质。经过详细观察，发现
在本次实验中，提高驱油效率的原因主要表现在以下几个方面。
2.4.1 降低油水界面张力机理
油水界面张力的降低，使残余油滴易于变形，扩大驱替液的波及面积加入表面活性剂后，亲油链伸入油相中，亲水端伸入水相，迅速在油水界面上形成定向吸附，表面层上的净吸力大大减弱，结果表面收缩力明显减小，从而使油水的界面张力明显下降，油滴就容易变形。油水界面张力的降低，大
图2-2 油滴(珠)在喉道处受毛管力
大减弱了细孔道中的贾敏效应，使通过喉道时的毛旨阻力溅小，使原来某些不能被水进入的细孔道绕流区被活性剂溶液驱及，从而扩大了水驱油的波及面积，提高驱油效率。同时还可使原来被卡在较小喉道处不能流动的残余油滴因易于变形而被驱替出来，成为可动油。油珠(滴)在喉道处的变形、受力情况如图2-2所示。
图2-2为假定有一变断面孔道，其中充满润湿相水。如果有一油滴要从粗端一侧通过细端，当此油滴抵达细端时，必然发生变形，从而使油滴两端具有不同的曲率半径R1 和R2 。油滴要想通过孔道细端则必须克服这一毛
管阻力PC，它等于
PC=2σ(1R1-1R2) (2-5)
其中，σ为油滴的界面张力。油滴粗细两端的曲率半径R2 和R1 可分
别近似地视为孔隙半径和喉道半径，于是PC便可认为是油滴要通过孔隙喉
道所需要克服的毛细管阻力。由上式可见，随着界面张力的降低，通过喉道时的毛管阻力PC将会明显减小，这也就是减弱贾敏效应，扩大波及面积的
原因[8]。
2.4.2 乳化分散机理
表面活性剂增加原油在水中的分散作用，使之易于被驱替液携带，实验 过程中发现，常规水驱油后剩下的残余油块，当被含活性剂的水溶液波及后， 即被一点一点刮去成细小的油珠悬浮于溶液中随溶液一块流走。即随着界面张力的降低，原油可以被分割成极细小的油珠分散在活性水中呈乳浊液被带出，从整体上降低原油的粘度，从而减小在喉道处遇到的阻力并减小油滴被重新粘回岩石表面的可能性。同时，被活性剂溶液驱替以后的残余油的分布也更加分散，残余油滴大多处于孔道中央,如图2-3所示，有利于以后再次提高采收率的方法的进行。
图2-3 活性水驱后残余油滴的分散分布
2.4.3 润湿反转机理
改变岩石表面的润湿性实验中明显可以观察到，被活性剂溶液波及的区域，残余油的状态基本呈圆珠状或椭圆状，表现出明显的亲水性，而长油层原来的润湿性是偏中性的，即表面活性剂在岩石表面的吸附可使岩石的润湿性更加偏亲水，从而使原来偏亲油部分以油膜状态吸附于岩石表面的残余油脱离岩石表面而被驱替出来，驱替得更加干净。
2.4.4 提高表面电荷密度机理
当驱油表面活性剂为阴离子(或非离子－阴离子型)表面活性剂时，它们
吸附在油滴和岩石表面上，可提高表面的电荷密度，增加油滴与岩石表面间的静电斥力，使油滴易被驱替介质带走，提高了洗油效率。
2.4.5 聚并形成油带机理
从地层表面洗下来的油滴越来越多，它们在向前移动时可相互碰撞，可使油珠聚并成油带，油带又和更多的油珠合并，促使残余油向生产井进一步驱替。注入表面活性剂期间油珠聚并形成油带。
2.4.6 改变原油的流变性机理
在注入水中加入表面活性剂以后，可使油的整体粘度减小，从而改善驱替液与原油的流度比，使吸水指数明显下降，出口端含水率下降，驱油效率提高。原油粘度越大，即原油与注入水的粘度差越大，流度比降低得就越明显，△Ed就越明显。分散作用，扩大驱替液的波及体积，提高驱油效率，改善开发效果[9]。
2.5 表面活性剂驱的驱油特征
当稀表面活性剂体系注人地层后，由于表面活性剂与地层油藏及油藏流体的相互作用，降低了油水界面的张力，改变了油的乳化特性，同时也改变了地层岩石表面的润湿性，这样一方面可以形成较稳定的油水乳状液，另一方面还可减小油对地层表面的粘附力，提高了洗油能力。另外由于乳化油在向前移动中不易重新粘附回地层表面，而且阴离子表面活性剂的作用增加了油珠和地层岩石表面的静电斥力，使油珠易被驱替介质带走，提高了洗油效率。随着从地层表面洗下来的油越来越多，向前移动时可发生相互碰撞并形成油带，油带在向前移动时又不断将遇到的分散的油聚并进来，使油带不断扩大，最后从油井采出。
表面活性剂驱油完全不同于聚合物驱油，其驱油机理不是通过增加驱替液的粘度增加波及体积以提高驱油效率，而是通过改变原油的乳化性能，降低油水界面张力，降低残余油饱和度，提高洗油效率，提高采收率。聚合物驱主要通过对注入水的稠化，增加水的粘度和在孔隙介质中的滞留，减小孔隙介质对水的渗透率，达到减小水油流度比，增加波及系数，驱替水驱后波及不到的可流动油，从而提高原油采收率。但聚合物驱不能提高原油的可采储量。而表面活性剂驱主要驱替水驱后油藏地层内的各种不流动的残余油，
从而提高原油的可采储量。实验结果表明，无论对大庆油还是胜利油，聚合物驱后再用表面活性剂驱均可进一步提高采收率，这意味着聚合物驱之后仍 可用表面活性剂进一步强化采油，提高采收率。最新的研究成果表明，聚合物驱在一定程度上也可提高微观驱油效率，即利用具有粘弹性的聚合物液体驱替时,可一定程度的降低水驱后的残余油(不流动油)，但毕竟残余油的降低程度有限，详细的机理还有待进一步研究[10]。
2.6 影响表面活性剂驱油的因素
低张力表面活性剂驱油的主要目的是尽可能降低油水界面张力，由于实际驱油过程含有表面活性剂、原油、水和电解质等，影响因素很多，并且，目前使用的石油磺酸盐和烷基苯磺酸盐都有较宽的分布，原油的组成也十分复杂，因此对于一个油藏确定最佳的表面活性剂体系不仅要作大量的实验工作，而且有很强的选择性。在驱油过程中使用的表面活性剂体系基本遵循一般表面活性剂溶液的规律，表面活性剂的胶团化规律、吸附及溶液性质均能指导驱油体系的选择。水－油－表面活性剂－电解质四元体系的驱油基本与液—液界面张力及表面活性剂在油水中的分配系数有关，目前一致认为比较重要的影响因素为：表面活性剂平均分子量和分布、表面活性剂分子结构、表面活性剂浓度、电解质浓度及类型、油相平均分子量和结构以及体系的稳定性。
2.6.1 表面活性剂的平均分子量
目前的研究结果表明：当表面活性剂分子在溶液中开始形成胶束且表面活性剂在油水相分配系数接近1时，能够得到最小的低界面张力值。在一定的盐度下，表面活性剂的平均分子量直接影响溶解度，也影响其他的性质。表面活性剂平均分子量越大，分子中的烷基链越长，油溶性越强。从表面活性剂分子在油水相的分配规律看，只有分子量保持在一个适当的范围,才能使分配系数接近1[11]。
2.6.2 电解质浓度及类型
电解质通过改变表面活性剂分子在溶液中的形态和在油水中的分布来影响界面行为。在低盐浓度下，多数表面活性剂在水相中，而在高盐浓度下，多数表面活性剂则在油相中。因此，当含盐度增加时，表面活性剂分子从水
相中逐渐进入油相，在特定含盐度条件下，表面活性剂在水相和油相中的浓度相等，从而使分配系数为1。同时，也存在着一个特定的盐浓度，在该盐浓度下表面活性剂分子开始形成胶团，我们称之为表观临界胶团浓度。在这里使用表观临界胶团浓度一词的意义是，在溶解油和盐存在下，表面活性剂分子形成的胶团不同于纯水且无油存在情况下表面活性剂的临界胶团浓度。由以上分析可知，在油-水-盐-表面活性剂体系中，改变盐浓度可以改变表面活性剂分子在油相的分配，并且还可以使表面活性剂分子达到形成临界胶团浓度状态，这两种因素都能使油水界面张力达到最低。在一些体系中最低的油水界面张力同时对应分配系数为1和表观临界胶团浓度，但在另一些情况，最低的油水界面张力与表观临界胶团浓度对应，而不是与分配系数等于1相对应。
2.6.3 油链长度与等效烷烃碳数理论
原油性质对超低界面张力的形成起到重要的作用。产生最低界面张力所要求的盐和表面活性剂浓度根据油相的性质和链长度的不同变化很大。含芳香烃较多的芳香－烷基原油和环烷基原油较容易形成超低界面张力，而饱和烃占50%以上的石蜡基原油则难于形成低界面张力。
2.6.4 表面活性剂浓度与表面电荷密度
表面活性剂在溶液中的浓度是控制胶团形成和界面电荷密度的关键参数，对表面活性剂水溶液-油体系的界面性质有重要的影响。石油磺酸盐在很低的表面活性剂浓度下，亲水基团保持在水相中，而亲油部分分布在油相中。在油盐水界面二者都能吸附，然而，当表面活性剂浓度增加时，亲油基团在油相中的浓度和亲水基团摘水中的浓度同时增加，在特定浓度下，水相中的表面活性剂达到CMC，并开始形成胶团。在大于该临界浓度时，表面活性剂分子的亲油基团保持在胶团之中，换句话说，自表面活性剂亲水基团在水相中形成胶团时起，亲油基团被增溶至胶团之中，这种现象降低了表观CMC值，从而降低了表面活性剂单个分子的浓度。单个表面活性剂分子浓度降低的结果，降低了水溶性表面活性剂在界面上的浓度，使界面张力增加。随着表面活性剂浓度的增加，胶团不断形成，分子中的亲油基团趋向溶于胶团中，导致表观临界胶团浓度进一步降低，使溶液中单个表面活性剂浓度降低，结果增加了界面张力[12]。
2.6.5 表面活性剂结构
油水体系的界面张力不仅对表面活性剂的分子量十分敏感，对芳环在烷烃上所处的位置也有一定的影响。研究结果表明支化程度高的烷基苯比直链烷基苯磺酸盐有更好的降低界面张力的能力或适用于烷烃碳数更高的油相体系。这一研究结果对选择表面活性剂驱油体系具有很大的意义。为了与给定的高碳石蜡基原油达到低界面张力，其表面活性剂体系有两种选择，一种是高分子量的直链烷基苯磺酸盐，另一种则为低分子量高支化度的化合物。支化程度高的烷基苯磺酸盐有以下几个优点：
(1)有良好的溶解性，可以在高浓度条件下使用；
(2)由于溶解性好，可以减少在油层岩石表面上的吸附；
(3)分子体积较大，与直链分子相比，占据更大的岩石表面积，减少吸附量；
(4)对盐有较好的耐受性[13]。
第3章 实验部分
3.1 实验药品及仪器
3.1.1 实验药品
OP-10、改性OP、PAM、矿化水、NAOH、洗洁精等。
3.1.2 实验仪器
电子天平、烧杯 、密度瓶 、玻璃棒 、移液管、吸气球、恒温水浴、烘箱、微观可视化模型、可视化物理模拟装置、真空泵、注射器等。
图3-1 可视化物理模拟装置
3.3 表面活性剂筛选
3.3.1 实验目的
主要通过测定表面活性剂与原油间的界面张力和表面活性剂对原油的乳化效果，并考虑从适用性（耐温、耐盐性）等方面，从目前油田常用的几种表面活性剂中筛选出界面张力低且乳化效果好的两种表面活性剂。
3.3.2 实验内容及方法
3.3.2.1 活性水的配制
(1)配活性剂质量分数为1.0%，矿化度为5000mgL的活性水
首先，用量筒量取模拟水（200000mgL）10ml于容量瓶中，在加入
400ml自来水将其稀释为矿化度为5000mgL的模拟水；再分别称取OP-10 、A6、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐、胜利石油磺酸盐0.54g，模拟水（5000mgL）53.46g，配成表面活性剂的质量分数为1.0%，矿化度为5000mgL的活性水。
(2)配活性剂质量分数为0.5%，矿化度为5000mgL的活性水
模拟水用上述已稀释好的矿化度为5000mgL模拟水，分别称取OP-10 、A6、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐、胜利石油磺酸盐0.204g，模拟水（5000mgL）40.666g，配成表面活性剂的质量分数为0.5%，矿化度为5000mgL的活性水。
(3)配活性剂质量分数为1.0%，矿化度为10000mgL的活性水
首先，量取模拟水（200000mgL）20ml于容量瓶中，在加入400ml自来水将其稀释为矿化度为5000mgL的模拟水；再分别称取OP-10 、A6、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐、胜利石油磺酸盐0.54g，模拟水（10000mgL）53.46g，配成表面活性剂的质量分数为1.0%，矿化度为10000mgL的活性水。
(4)配活性剂质量分数为0.5%，矿化度为10000mgL的活性水
模拟水用上述已稀释好的矿化度为10000mgL模拟水，分别称取OP-10 、A6、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐、胜利石油磺酸盐0.204g，模拟水（10000mgL）40.666g，配成表面活性剂的质量分数为0.5%，矿化度为10000mgL的活性水。
3.3.2.3 界面张力的测定及乳化效果评价
首先进行油品的选择，因为原油性质对超低界面张力的形成起到重要的作用。产生最低界面张力所要求的盐和表面活性剂浓度根据油相的性质和链长度的不同变化很大。因此，根据最低界面张力原理来选择油品，以使本实验取得较好的结果。
用表面活性剂对三种油品进行在矿化度为5000mgL及质量分数为1.0%下的界面张力测定和乳化效果评价，从中选出界面张力最低且乳化效果最好的一种油品进行下面的实验。结果见表4-2到表4-4所示。
界面张力的测定：先用乙醇将毛细管冲洗1次，在用活性水将毛细管冲
洗3次，然后用活性水装满毛细管；之后向毛细管中加2-6ul的模拟油，再用活性水加满毛细管且不能有气泡存在，盖上盖子并放入界面张力仪中进行测量；打开开关进行加热同时设定温度为温度60℃，等到温度达到设定温度时，打开闪光灯，寻找油滴并调节转速使油滴被拉成油柱，且当油柱的长度是宽度的4倍时读数，记录此时的转速和油柱宽度的刻度，在将各种数据代入公式计算得到界面张力；用同样的方法可测得其他各种活性水与各种油品的界面张力。
乳化效果的评价：将恒温水浴加热到60℃，用电子天平称取5g模拟油于50ml的烧杯中，在称取5g活性水加在该烧杯中，并将其烧杯放在60℃的恒温水浴中加热10 min后用玻璃棒搅拌使模拟油和活性水充分接触，同时观察其乳化的效果也就是乳化后模拟油颗粒的大小，在将其静置，记录其分水时间和分水量；用同样的方法来评价其他各种活性水的乳化效果。结果见表4-5到表4-8所示。
3.3.2.4 筛选表面活性剂
通过分析上述实验现象和结果，并根据界面张力低且乳化效果好的原则，同时分水时间较长且分水量多，最后综合各种情况从所给定的表面活性剂中选定两种表面活性剂来进行表面活性剂的复配。
3.4 表面活性剂的复配
3.4.1 实验目的
用上述所筛选的表面活性剂进行复配，通过测定各种复配后的复合表面活性剂与模拟油间的界面张力和乳化效果，从中找出界面张力超低且乳化效果好的一种配方，以便用该复配表面活性剂进行下述微观可视化活性水驱油实验。
3.4.2 实验内容及方法
3.4.2.1 OP-10和NaOH的复配
为了改善单一OP-10洗油能力的不足，往往把 OP-10和碱进行复配，通过他们的协同效应，使润湿渗透、乳化分散、原油粘度的降低和界面张力的降低能力增倍。从而扩大驱替液在油层中的波及面积，提高原油采收率。
由于碱的浓度对界面张力及乳化效果有很大影响。因此，通过改变碱的浓度来复配不同碱浓度下的各种复合表面活性剂。表面活性剂复配之后再配制不同矿化度和不同活性剂质量分数的活性水。活性水的配制及效果评价如下：
(1)配活性剂质量分数为1.0%，矿化度为5000mgL的活性水 模拟水用上述已稀释好的矿化度为5000mgL模拟水，用电子天平分别称取各种复配好表面活性剂 0.54g，模拟水（5000mgL）53.46g，配成表面活性剂的质量分数为1.0%，矿化度为5000mgL的活性水。
(2)配活性剂质量分数为0.5%，矿化度为5000mgL的活性水 模拟水用上述已稀释好的矿化度为5000mgL模拟水，用电子天平分别称取各种复配好表面活性剂 0.204g，模拟水（5000mgL）40.666g，配成表面活性剂的质量分数为0.5%，矿化度为5000mgL的活性水。
(3)配活性剂质量分数为1.0%，矿化度为10000mgL的活性水 模拟水用上述已稀释好的矿化度为10000mgL模拟水，用电子天平分别称取各种复配好表面活性剂 0.54g，模拟水（5000mgL）53.46g，配成表面活性剂的质量分数为1.0%，矿化度为10000mgL的活性水。
(4)配活性剂质量分数为0.5%，矿化度为10000mgL的活性水 模拟水用上述已稀释好的矿化度为10000mgL模拟水，用电子天平分别称取各种复配好表面活性剂 0.204g，模拟水（5000mgL）40.666g，配成表面活性剂的质量分数为0.5%，矿化度为10000mgL的活性水。
(5)界面张力的测定及乳化效果的评价
界面张力的测定，先用乙醇将毛细管冲洗1次，在用活性水将毛细管冲洗3次，然后用活性水装满毛细管；之后向毛细管中加2-6ul的模拟油，再用活性水加满毛细管且不能有气泡存在，盖上盖子并放入界面张力仪中进行测量；打开开关进行加热同时设定温度为温度60℃ ，等到温度达到设定温度时，打开闪光灯，寻找油滴并调节转速使油滴被拉成油柱，且当油柱的长度是宽度的4倍时读数，记录此时的转速和油柱宽度的刻度，在将各种数据代入公式计算得到界面张力；用同样的方法可测得其他各种复配后的活性水与模拟油的界面张力。
乳化效果的评价，将恒温水浴加热到60℃，用电子天平称取5g模拟油
于50ml的烧杯中，在称取5g活性水加在该烧杯中，并将其烧杯放在60℃的恒温水浴中加热10 min后用玻璃棒搅拌使模拟油和活性水充分接触，同时观察其乳化的效果也就是乳化后模拟油颗粒的大小，在将其静置，记录其分水时间和分水量；用同样的方法来评价其他各种复配后的活性水的乳化效果。结果见表4-9所示。
(6)OP-10和碱的复配结果
通过分析上述实验现象和结果，根据界面张力低且乳化效果好的原则，同时分水时间较长且分水量多，并且通过与单一OP-10界面张力及乳化效果的比较，最后综合各种情况从不同碱浓度的复配结果中选出界面张力低且乳化效果好的碱浓度的复配方案。 3.4.2.2 OP-10和胜利石油磺酸盐的复配
目前我国大部分油田已到开发后期，油田含水率较高。油田为了提高原油采收率，即采用表面活性剂驱油，由于表面活性剂的注入降低了油水界面张力，使残余油滴易于变形，使原来不动油变为可动的油，扩大驱替液的波及面积，提高了原油采收率。但一些实验研究表明，将各种表面活性剂复配后使用会取得更好的效果。在此为了提高OP-10或胜利石油磺酸盐的洗油能力，将OP-10和胜利石油磺酸盐进行复配。由于界面张力及乳化效果随着OP-10与胜利石油磺酸盐间的不同比例而变化。因此，通过改变它们间的比例来复配各种不同比例下的复合表面活性剂。表面活性剂复配之后再配制不同矿化度和不同活性剂质量分数的活性水。活性水的配制及效果评价方法同3.4.2.1相同。
3.4.2.3 OP-10、胜利石油磺酸盐和碱的复配
我国在阴离子表面活性剂的研制及体系配方等方面做了大量工作,如对石油磺酸盐，但对非离子表面活性剂的研制及复合体系配方研究不多。非离子表面活性剂（如胜利石油磺酸盐）具有比阴离子表面活性剂耐温、抗盐及低界面张力窗口较宽等优点。与阴离子表面活性剂和碱复配,可显著提高体系对原油的乳化分散和降低界面张力能力，提高原油采收率。利用三元等势相图来找出OP-10、胜利石油磺酸盐和碱复配时界面张力最低且乳化效果最好的一种配方，然后利用该配方进行微观活性水驱油实验。活性水的配制及
效果评价方法同3.4.2.1相同。
3.5 微观活性水驱油实验
3.5.1 实验目的
仔细观察微观模型驱替实验进行活性水驱油时的原油乳化分散、乳化携带、聚并、乳化油滴等形成的现象，并分析形成各种现象的机理，同时进一步研究和分析这些机理对原油采收率的影响，从而通过控制这些机理来提高原油采收率。
3.5.2 实验内容及方法 3.5.2.1 建立模型
该模型用两块长为20cm、宽为12cm、厚度为0.5cm的玻璃板，内部用双面胶粘接，边沿用环氧树脂＋6%～10%的乙二胺和磷酸脂配制的胶充分粘合而成，在两块玻璃板之间形成一个由孔隙和喉道组成的水平油藏模型。在模型顶部埋上两个针头，分别代表注入井、油井，左侧为注入井，右侧为采油井。如图3-2所示。
图3-2 平板模型
3.5.2.2 用真空泵抽空模型中的空气
将做好的模型的一端与真空泵相连，另一端用夹子夹住，然后打开真空泵连续抽15min后，逐渐使泵停止。 3.5.2.3 模型饱和水
将抽真空后的整个模型放入澄清的水中，打开夹子所夹的一端，以便水
能够进入该模型，然后缓慢地打开真空泵且泵的流量不易过大，这样水可以缓慢地进入模型，即可充分地饱和模型。因为泵的流量过大时，水将不连续地进入模型，以导致大量的气泡进入模型，这样模型中将存在大量的气泡而不利于该实验的进行。待到水完全饱和模型后，先将真空泵关闭，再用夹子夹住进水端，将模型从水中拿出来，以便下述实验的进行。 3.5.2.4 模型饱和油
用10ml的注射器吸取6ml模拟油，将夹子打开使该端与注射器相连，然后将与泵相连的那端打开，缓慢推动注射器使模拟油缓慢进入模型中，待模拟油充分饱和模型后，用夹子将开口端封住。饱和油后见图3-3所示。
图3-3 模型饱和油
3.5.2.5 用模拟水进行水驱
将饱和油后的模型放在微观可视化模型台上，用2ml的注射器吸入1.5ml模拟水，用吸有模拟水的注射器替换吸有模拟油的注射器，将注射器与连接好后，打开模型另一端的夹子，再打开泵给模型加压进行水驱，注入速率为0.1mlmin，同时仔细观察，可以看到水将在油层中突破发生指进现象，则注入水将沿着水指进的孔道直接到达产出井，注入水将波及不到油，因此大部分的油将以剩余油的形式停留在地层中不动。待到水完全突破油层时，将泵关闭，停止加压，用夹子封住开口端。此时产出液中的含水率将达到98%以上，即水驱结束。如图3-4所示。
图3-4 水驱后剩余油分布
3.5.2.6 用优化配方得到的表面活性剂配制的活性水进行驱替
将注射器里的模拟水换成1.5ml活性水后，与模型和泵连接好后，打开模型的另一端的夹子，用泵加压进行活性水驱油，注入速度为0.1mlmin,同时仔细观察，可以观察到活性水驱替过程中的各个机理所表现的现象，如活性水降低油水界面张力机理，改变岩石润湿性机理，乳化分散机理，聚并形成油带机理，改变原油的流变性机理等。驱替过程如图3-5所示。
图3-5 活性水驱替过程
3.5.2.7 实验结束，整理仪器。
第4章 结果与讨论
4.1 表面活性剂筛选结果
目前油田所用的表面活性剂有很多种，如OP-10、A6、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐、胜利石油磺酸等等。本实验主要是通过测定表面活性剂与原油间的界面张力和表面活性剂对原油的乳化效果，并考虑从适用性（耐温、耐盐性）等方面，同时分水时间较长且分水量多，最后综合各种情况从所给定的表面活性剂中选定两种表面活性剂来进行表面活性剂的复配。 4.1.1 密度瓶的体积
为了该实验的准确和下述实验的顺利进行，因此，首先选取一个密度瓶，并对其进行体积标定。由3.3.2.2测得的数据可知：密度瓶的恒重为10.235g，装满纯净水时的质量为19.156g，将数据代入公式（3-1）可得密度瓶的体积为8.921ml。 4.1.2 油水密度及油粘度
油水密度及粘度的测定结果，见表4-1。
表4-1 油水密度及油粘度（温度/60℃）
4.1.3 油品选择
由于原油性质对超低界面张力的形成起到重要的作用。产生最低界面张力所要求的盐和表面活性剂浓度根据油相的性质和油链的长度的不同变化很大。因此，根据最低界面张力原理来选择油品，以使本实验取得较好的结果。
4.1.3.1 孤岛稠油评价结果
通过测定界面张力及乳化效果，孤岛稠油的评价结果，见表4-2。
表4-2 孤岛稠油评价（温度/60℃）
4.1.3.2 模拟油评价结果
通过测定界面张力及乳化效果，模拟油的评价结果，见表4-3。
表4-3 模拟油评价（温度/60℃）
4.1.3.3 孤岛稀油评价结果
通过测定界面张力及乳化效果，孤岛稀油的评价结果，见表4-4。
表4-4 孤岛稀油评价（温度/60℃）
由上表4-2到表4-3的数据显示可知，稠油与表面活性剂间的界面张力很大，有的表面活性剂甚至不能使油滴（珠）被拉开，因此，如果用稠油来做微观可视化活性水驱油机理研究实验，将会给本实验带来较大的误差；稀油与表面活性剂间的界面张力很小，有的表面活性剂甚至直接使油滴乳化，因此，用稀油也将给本实验带来较大的误差；根据上述分析本实验选用模拟油做微观可视化活性水驱油机理研究实验最合适。 4.1.4 界面张力及乳化效果评价
活性剂质量分数为1.0%、矿化度为5000mgL的评价结果，见表4-5。
表4-5 界面张力及乳化效果评价
活性剂质量分数为0.5%、矿化度为5000mgL的评价结果，见表4-6。
表4-6 界面张力及乳化效果评价
活性剂质量分数为1.0%、模拟水矿化度为10000mgL的评价结果，见表4-7。
表4-7 界面张力及乳化效果评价
活性剂质量分数为0.5%、模拟水矿化度为10000mgL的评价结果，见表4-8。
表4-8 界面张力及乳化效果评价
由上表4-5到表4-8的数据可得知OP-10和A6与模拟油间的界面张力低，且对模拟油的乳化效果好；胜利石油磺酸盐与模拟油间的界面张力低，但胜利石油磺酸盐对模拟油的乳化效果不好，原因是胜利石油磺酸盐中的有些成分的分子结构与模拟油的分子结构相近，这样分子结构相近的部分易结合在一起而将低了界面张力；同时矿化度为5000mgL，质量分数为1.0%时的界面张力及乳化效果较好。因此，选取OP-10、A6、胜利石油磺酸进行表面活性剂的复配。
4.2 表面活性剂复配结果
4.2.1 OP-10和NaOH的复配
为了改善单一OP-10洗油能力的不足，往往把 OP-10和碱进行复配，通过他们的协同效应，使润湿渗透、乳化分散、原油粘度的降低和界面张力的降低能力增倍。从而扩大驱替液在油层中的波及面积，提高原油采收率。
由于碱的浓度对界面张力及乳化效果有很大影响。因此，通过改变碱的浓度来复配不同碱浓度下的各种复合表面活性剂。复配后表面活性剂的效果，见表4-9。
表4-9 OP-10和NaOH复配（质量分数：1.0% 矿化度：5000mgL）
4.2.2 OP-10和胜利石油磺酸盐的复配
为了提高OP-10或胜利石油磺酸盐的洗油能力，将 OP-10和胜利石油磺酸盐进行复配，OP-10和胜利石油磺酸盐的复配结果，见表4-10。
表4-10 OP-10和胜利石油磺酸盐复配（质量分数：1.0% 矿化度：5000mgL）
由表4-9和表4-10可知OP-10和碱在碱的质量分数为5.6%时效果最好；OP-10和胜利石油磺酸盐在1:9时的效果最好。因此，在OP-10、胜利石油磺酸盐和碱的三元等势图中先找出OP-10和碱复配时效果最好的点和OP-10和胜利石油磺酸盐时效果最好的点，连接这两点，然后在这条直线的周围找点，并进行其效果其评价。最终找出界面张力超低且乳化效果好的一点。则此点的配方将作为复合后的最优化配方来进行微观可视化活性水驱油实验。 4.2.3 OP-10、胜利石油磺酸盐和碱的复配
OP-10、胜利石油磺酸盐和碱复配之后，可显著提高体系对原油的乳化分散和降低界面张力能力，提高原油采收率。因为非离子表面活性剂（如胜
利石油磺酸盐）具有比阴离子表面活性剂耐温、抗盐及低界面张力窗口较宽等优点。所以将OP-10、胜利石油磺酸盐和碱复配进行复配时，他们之间将产生互相协同效应，使润湿渗透、乳化分散、原油粘度的降低和界面张力的降低能力增倍。从而扩大驱替液在油层中的波及面积，提高原油采收率。
-3-2-1
10，mNm mNm10，mNm
10，
图4-1 三元复配等势相图
由图4-1
并用该表面活性剂进行下面的微观可视化活性水驱油实验。
4.3 微观活性水驱油实验
4.3.1 水驱油过程
由于油水粘度差别大，且原油粘度越大，即原油与注入水的粘度差越大。流度比就越大，则在水驱油过程中，水将很快在油层中突破，同时可以观察到水将在油层中突破发生指进现象，则注入水将沿着水指进的孔道直接到达产出井，注入水将波及不到油，因此地层中的大部分油将以剩余油的形式停留在地层中不动，从而降低原油采收率。如图4-2所示。
图4-2 水驱时水在油层中突破
4.3.2 活性水降低油水界面张力机理
油水界面张力的降低，使残余油滴易于变形，扩大驱替液的波及面积加入表面活性剂后，亲油端伸入油相中，亲水端伸入水相，迅速在油水界面上形成定向吸附，表面层上的净吸力大大减弱，结果表面收缩力明显减小，从而使油水的界面张力明显下降，油滴就容易变形。同时还可使原来被卡在较
（a）
(b)
(c)
图4-3 油滴（珠）在喉道处被拉长拉细拉断
小喉道处不能流动的残余油滴因易于变形而被驱替出来，成为可动油。油珠(滴)在喉道处的变形、油珠（滴）被拉长拉细拉断的受力情况如图4-3所示。 4.3.3 活性水驱过程中乳化分散机理
表面活性剂增加原油在水中的分散作用，使之易于被驱替液携带，实验过程中发现，常规水驱油后剩下的残余油块，当被含活性剂的水溶液波及后即被一点一点刮去呈细小的油珠悬浮于溶液中随溶液一块流走。即随着界面张力的降低，原油可以被分割成极细小的油珠分散在活性水中呈乳浊液被带出。如图4-4所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
图4-4 剩余油块被活性水分散成油滴（珠）
结果与讨论
4.3.4 聚并形成油带机理
注入表面活性剂后原油被分散成油滴且油滴越来越多，它们在向前移动时可相互碰撞，使油珠聚并成油带，油带又和更多的油珠合并，合并后油珠又被分散，这样将促使残余油向生产井进一步驱替。如图4-5所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图4-5 被分散后的油滴在向前移动中聚并
4.3.5 活性水改变原油的流变性机理
注表面活性剂以后，可使油的整体粘度减小，从而改善驱替液与原油的流度比，使吸水指数明显下降，出口端含水率下降，驱油效率提高。并且原油粘度越大，即原油与注入水的粘度差越大,流度比降低得就越明显，△Ed就越明显。从而增加了活性剂对原油的分散作用，扩大驱替液的波及体积，提高驱油效率，改善开发效果。如图4-6所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图4-6 活性水改善了驱替液与原油的流度比
第5章 结 论
(1)用平板玻璃模型进行活性水驱油实验表明，用表面活性剂驱油是一种行之有效的三次采油方法。
(2)活性水使油水界面张力降低，使残余油滴易于变形，使原来不可动的油变为可动油，扩大驱替液的波及面积，提高了原油采收率。
(3)注入活性水后，表面活性剂在岩石表面的吸附可使岩石的润湿性更加偏亲水，从而使原来偏亲油部分以油膜状态吸附于岩石表面的残余油脱离岩石表面而被驱替出来，提高了原油采收率。
(4)注入活性水后，表面活性剂增加原油在水中的分散作用，使之易于被驱替液携带,即残余油被一点一点刮去成细小的油珠悬浮于溶液中随溶液一块流走。
(5)从地层表面洗下来的油滴在向前移动时可相互碰撞，可使油珠聚并成油带，油带又被活性水乳化分散成油滴随驱替溶液一起向前流动，提高了原油采收率。
(6)实验结果分析表明，使用活性水驱油可以改变驱替液的流变性，降低驱替液与原油的流度比，扩大驱替液的波及体积，提高驱油效率，改善开发效果。
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附录 原油/水界面张力测定法—旋滴法
一、目的
在地层温度下，原油/水界面张力100～10-6mN•m-1范围，可用旋滴法测定该体系的界面张力，为选择各种与原油形成低或超低界面张力的工作液提供基础依据。
二、原理
该方法是将油珠悬浮在水（或水溶液）中，在高速绕水平轴旋转下将油珠拉成柱形，柱体的直径与界面张力有关。在相同条件（转速、油水相密度差）下，油柱直径越小，界面张力越低。
三、仪器与药品
1．试验材料与药品
β－甲基萘、萘、苯、丙酮、A6（两性表面活性剂）、产出水（2-17井）、原油（2-17井脱水原油）
2．试验仪器
Texas-500型界面张力、折光仪、小烧杯、密度瓶、电子天平、烘箱。Texas-500型界面张力仪如图1所示。
图1 Texas-500型界面张力仪
1 —调平旋钮 2 —保险丝 3 —电源开关 4 —频闪灯开关 5 —转速旋钮 6 —转速读数 7 —温度读数 8 —恒温温度调节旋钮 9 —马达 10 —读数显微镜 11 —毛细管、垫片、O型圈、压帽
12 —读数旋钮及螺旋测微 13 —变压器 14—220V电源插头
四、仪器的温度校正
用纯有机物晶体校正温度，例如
β－甲基萘 熔点 34.6℃
萘 熔点 34.6℃
五、仪器附件的清洗
要清洗的附件有毛细管、垫片、O型圈、压帽和注射器。
毛细管用溶剂注射器冲洗，所有溶剂的顺序为水、丙酮、苯、丙酮、水。毛细管体积约0.3 mL，溶剂用量约为10倍毛细管体积。洗后烘干或用水样冲洗三次后使用。
垫片、O型圈只能用大量水冲洗，不能用有剂溶剂洗涤。
水样注射器的洗涤方法同毛细管。油样注射器则依次用苯、丙酮、水冲洗，洗后在烘箱中烘干待用。
六、测定方法
1．用水样注射器吸入一定量水样，将针头插入毛细管底部，推入水样直至液面离毛细管端1～2 mm处停止；用微量注射器吸入油样，倒拿注射器，上推柱塞，将针管内的空气全部赶出。立刻将此注射器插入平置的装好水样的毛细管内，毛细管与注射器之间保持10～20︒。将注射器柱塞转动着推进，推入4～8 μL油样后迅速抽出针头，利用惯性将油滴留在毛细管中的中部。
2．打开电源开关，接通电源，马达转动；按下温度调节旋钮，将温度调至需控制的温度（因温度有滞后作用，所以温度应先调至低于所需温度1 ℃左右，待仪器温度靠近所需温度时再小心调至所需温度）；打开频闪灯开关，移动读数显微镜，找到毛细管中被拉长的油柱；调整转速到5000～7000 rev/min。
3．测定时调整读数旋钮，使视野的双线由下面迫近油柱下端，重合时由螺旋测微器读数(d1)，再将双线单向地（减少机械误差）上移至油柱上端，
得读书(d2)。油柱的直径Y=d1-d2，单位是10－4m。读数时，若发线油柱位
置移动，则应调整调平旋钮，直至油柱不动为止。
4．若油柱的长度小于直径的4倍时，应在油柱直径测量后再用读数显微镜测出油柱的长度。
5．每隔一定时间读数一次（读数间关闭频闪灯，以延长其使用寿命），
用于计算动界面张力，直到三次连续读数在±0.001cm（即螺旋测微器读数在±0.1刻度）以内，即可认为体系已达到平衡，结束测定。
6.用密度瓶测同温度下油样、水样的密度，用折光仪测水样的折光率，取全计算界面张力的数据。
七、试验数据处理
当油柱长度大于油柱直径4倍时，可用下式计算界面张力：
γ=1.2336∆ρ(Y/n)3/P2 （1） 式中，γ—油水界面张力，mN/m；
∆ρ—油水相密度差，g⋅cm3；
Y—油柱直径，10-4m；
P—转速的倒数，ms/rev；
n—水相折光率。
当油柱长度小于油柱直径4倍时，应用下式计算界面张力：
γ=1.2336∆ρ(Y/n)3f(Z/Y)/P2 （2） 式中，γ—油水界面张力，mN/m；
∆ρ—油水相密度差，g⋅cm3；
Y—油柱直径，10-4m；
P—转速的倒数，ms/rev；
n—水相折光率；
Z—油柱的长度，10-4m；
f(Z/Y)—校正因子。
∆ρ、Y、p、n等均可以实测，校正因子可以查表（仪器说明书附表）得到。
致 谢
本课题是在任熵老师的指导下完成的，在实验过程中得到了焦翠老师和陈凯博士的悉心指导和大量的帮助。老师们的严谨治学态度和谆谆教诲，使我受益匪浅，为我在以后的学习和工作中树立了榜样。在论文完成之际,谨向给予帮助的各位老师表示诚挚的谢意。