AOS與HPAM二元泡沫體系性能研究

楊莉（中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

泡沫是復(fù)雜流體，具有與水、聚合物等簡(jiǎn)單流體不同的黏彈性，它可在較小應(yīng)力作用下呈現(xiàn)彈性，在較大應(yīng)力作用下呈現(xiàn)塑性，在更大應(yīng)力作用下可以流動(dòng)。泡沫的黏度一般遠(yuǎn)大于液相的黏度，并且泡沫流體的黏度隨滲透率的增加而增大，這一性質(zhì)使其特別適合作為提高采收率的驅(qū)替流體［1－3］。但泡沫是一種不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定性是影響泡沫驅(qū)油效果的核心因素，在油藏條件下泡沫穩(wěn)定時(shí)間直接影響泡沫驅(qū)的實(shí)施效果，所以一般在起泡劑溶液中加入穩(wěn)泡劑來提高泡沫穩(wěn)定時(shí)間。下面，筆者選用表面活性劑α－烯烴磺酸鈉（AOS）作為起泡劑，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）作為穩(wěn)泡劑，研究AOS與HPAM二元泡沫體系的起泡性、穩(wěn)定性及吸附性能，利用泡沫物理模擬試驗(yàn)裝置考察了二元體系的分流率及驅(qū)油效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品與儀器

1）樣品 α－烯烴磺酸鈉（AOS）（西安南風(fēng)日化公司生產(chǎn)，C14～C16，有效含量35%）、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）（大慶煉化公司生產(chǎn)，水解度為23%，平均固相含量92%，相對(duì)分子量1600萬、2500萬）、試驗(yàn)用去離子水、大慶脫水原油、高壓氮?dú)猓ù髴c雪龍氣體公司，15MPa）、均質(zhì)及非均質(zhì)人造巖心（東北石油大學(xué)提供，尺寸4.5cm×4.5cm×30cm）。

2）儀器 泡沫掃描儀（Foam scan）（法國(guó)IT-CONCEPT公司）、界面擴(kuò)張流變儀（Tracker）（法國(guó)IT-CONCEPT公司）、泡沫物理模擬試驗(yàn)裝置（江蘇華安石油儀器公司生產(chǎn)）。

1.2 起泡性及穩(wěn)定性測(cè)定

通過電導(dǎo)率測(cè)量及反應(yīng)器色差分析，記錄起泡體積及泡沫衰敗過程，可測(cè)量泡沫體系的起泡體積和泡沫半衰期，泡沫半衰期代表泡沫穩(wěn)定性。

1.3 吸附性能測(cè)定

通過亞甲基藍(lán)混合指示劑2項(xiàng)滴定法測(cè)定表面活性劑吸附量［4］。

1.4 分流率及采收率測(cè)定

通過泡沫物理模擬試驗(yàn)裝置，測(cè)定分流率及采收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 AOS與HPAM二元泡沫體系起泡性及穩(wěn)定性

45℃，濃度為0.1%的AOS與1600萬、2500萬2種不同分子量的HPAM混合得到二元泡沫體系，通過泡沫掃描儀測(cè)定不同濃度HPAM條件下二元泡沫體系的起泡體積及泡沫半衰期，二元泡沫體系起泡體積、半衰期隨HPAM濃度的變化曲線如圖1、2所示。由圖1可知，HPAM的分子量和濃度對(duì)二元泡沫體系的起泡體積影響不大，含不同分子量、不同濃度HPAM的二元泡沫體系都具有良好的起泡性能。而圖2顯示，2條曲線都是先升高達(dá)到最高點(diǎn)后下降，之后趨于平衡。分子量為2500萬的HPAM可以在較低濃度時(shí)迅速提高二元泡沫體系的泡沫半衰期，但分子量為1600萬的HPAM能提高二元泡沫體系泡沫半衰期的濃度范圍要大于2500萬的HPAM。

泡沫消失是因?yàn)榕菽囊耗な苤亓εc曲面壓力的作用，氣泡間液體可不斷流失或逸去，使液壁愈來愈薄，氣泡因此容易破裂。要想得到穩(wěn)定的泡沫體系就要加入穩(wěn)泡劑，一般以聚合物作為穩(wěn)泡劑，一是為了通過氫鍵使聚合物分子形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使鏈間的范德華引力大大提高，增加表面黏度從而使泡沫穩(wěn)定性提高；二是為了提高液相黏度使液膜不易流失，但液相黏度過大也會(huì)造成氣體在液體中分散困難，膜局部受損時(shí)不能迅速?gòu)浹a(bǔ) “傷口”，反而使氣泡易破，所以黏度不能過大［5］。分子量為1600萬和2500萬的HPAM，碳?xì)滏溸_(dá)到足夠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，使液膜黏度增加，增大了泡沫穩(wěn)定性，但隨著HPAM濃度的增大，液相黏度也同時(shí)增大，當(dāng)液相黏度增大到一定值時(shí)也會(huì)影響起泡劑分子的自由移動(dòng)，又使泡沫穩(wěn)定性下降，所以曲線都是先升高后降低。而分子量為1600萬時(shí)，隨著濃度的增加，液相黏度增加的幅度小，泡沫穩(wěn)定性增加的范圍寬一些。所以，在一定范圍內(nèi)，2種分子量的HPAM都能提高二元泡沫體系的泡沫穩(wěn)定性，但含1600萬HPAM的二元泡沫體系在較寬的濃度范圍都具有良好的泡沫穩(wěn)定性。

圖1 二元泡沫體系起泡體積隨HPAM濃度的變化曲線

圖2 二元泡沫體系半衰期隨HPAM濃度的變化曲線

2.2 二元泡沫體系在油砂上的吸附性能

吸附作用是在驅(qū)油過程中造成表面活性劑損失的主要因素，試驗(yàn)用天然巖心，經(jīng)苯/酒精洗油、粉碎、篩分得到的油砂用于吸附試驗(yàn)。用兩相滴定法確定AOS的濃度，測(cè)定了下面2種條件下的吸附曲線：曲線e為僅加AOS和油砂，45℃恒溫振蕩24h，測(cè)AOS在油砂中的吸附量；曲線f為先把分子量為2500萬的HPAM與AOS配制成一定濃度的二元體系，然后加入油砂，45℃恒溫振蕩24h，測(cè)定AOS在油砂中的吸附量。

AOS在油砂上的吸附曲線如圖3所示。由圖3中的吸附曲線可知，開始隨著AOS濃度增加，AOS吸附量都逐漸增大，當(dāng)AOS濃度在0.8%附近時(shí)，達(dá)到吸附平衡。不含HPAM時(shí)，AOS的平衡吸附量為2.5mg/g；含HPAM時(shí)，平衡吸附量為1.4mg/g，即在HPAM和AOS共同存在條件下，HPAM的吸附導(dǎo)致AOS在油砂上的吸附量減少。表明HPAM既可以減少能夠發(fā)泡的表面活性劑吸附損失，使表面活性劑能夠更好的發(fā)揮其泡沫性能，所以AOS與HPAM的二元泡沫體系在油砂中的吸附量小，具有抗吸附能力。

圖3 AOS在油砂上的吸附曲線

圖4 二元泡沫體系對(duì)并聯(lián)巖心分流率的影響

2.3 二元泡沫體系對(duì)并聯(lián)巖心分流率的影響

采用并聯(lián)人造巖心研究二元泡沫體系對(duì)分流率的影響，高滲透巖心氣測(cè)滲透率2010mD，孔隙度31.4%；低滲透巖心氣測(cè)滲透率634mD，孔隙度22.3%；二元泡沫體系：AOS濃度為0.3%，HPAM分子量為1600萬、濃度400mg/L，氣液比為1∶1，液相注入速度為1.2ml/min。二元泡沫體系對(duì)并聯(lián)巖心分流率的影響如圖4所示。并聯(lián)巖心在水驅(qū)階段，高低滲透率巖心的分流率差別較大，注入二元泡沫后，高滲透巖心的竄流得到有效地的遏制，分流率迅速降低，低滲透巖心中的分流率則相應(yīng)的增大，2個(gè)巖心的分流率變得相對(duì)均衡。隨著泡沫注入量的增加，高滲巖心和低滲巖心的分流率差異逐漸變小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的改善分流率的作用。上述結(jié)果體現(xiàn)了泡沫調(diào)驅(qū)過程中非均質(zhì)地層中的滲流規(guī)律［6－7］。在水驅(qū)階段，由于巖心的滲透率差異，水在高滲透巖心突進(jìn)，形成竄流，導(dǎo)致高滲透巖心的強(qiáng)水洗，原油基本處于殘余油狀態(tài)；而低滲透巖心驅(qū)替強(qiáng)度較低，剩余油飽和度較高。這樣在后續(xù)注泡沫過程中，由于含油飽和度的差異，在高滲透巖心中能夠形成相對(duì)較為穩(wěn)定的泡沫，增大滲流阻力，而在低滲透巖心中基本不能形成泡沫，高、低滲透巖心的分流量差異開始減?。?］。所以二元泡沫體系可以有效調(diào)整巖心分流率，具有較好的流度控制能力。

2.4 二元泡沫體系對(duì)采收率的影響

采用物理模擬驅(qū)油裝置，選用人造三層非均質(zhì)巖心，氣測(cè)滲透率1100mD左右，對(duì)比聚合物與二元泡沫體系水驅(qū)后采收率，評(píng)價(jià)驅(qū)油效果。2種體系選用的HPAM均為分子量1600萬、濃度400mg/L；二元泡沫體系：AOS濃度為0.3%，氣液同時(shí)注入，氣液比2：1。驅(qū)油試驗(yàn)條件及結(jié)果見表1。由表1可以看出，水驅(qū)后二元泡沫驅(qū)采收率提高值明顯高于聚合物驅(qū)，試驗(yàn)過程中二元泡沫驅(qū)注入壓力也遠(yuǎn)大于聚合物驅(qū)，這表明二元泡沫驅(qū)具有較好的流度控制能力，有利于提高低滲透層的采收率。在含有相同HPAM的情況下，二元泡沫驅(qū)體現(xiàn)了良好的驅(qū)油效果，說明在二元泡沫驅(qū)中起主要作用的是泡沫，而HPAM主要是通過穩(wěn)泡和增黏作用來提高泡沫流度控制能力，二元泡沫體系更有利于采收率的提高。

表1 驅(qū)油試驗(yàn)條件及結(jié)果

3 結(jié)論

1）AOS與HPAM的二元泡沫體系具有良好的起泡性。在一定范圍內(nèi)，2種分子量的HPAM都能提高二元泡沫體系的泡沫穩(wěn)定性，但含1600萬HPAM的二元泡沫體系在較寬的濃度范圍都具有良好的泡沫穩(wěn)定性。

2）二元泡沫體系能夠有效降低表面活性劑在油砂上的吸附量，具有抗吸附能力。

3）二元泡沫體系能夠有效遏制高滲透巖心竄流，調(diào)整高低滲透巖心分流率，具有較好的流度控制能力。

4）水驅(qū)后，二元泡沫驅(qū)比聚合物驅(qū)提高采收率值更高，具有更好的驅(qū)油效果。

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［編輯］ 洪云飛