基于氣流法篩選復(fù)合泡沫驅(qū)用起泡劑體系

馬廣闊，呂謀，喬硯佳，朱志強

1．中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽 473000

2．中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津 300452

3．中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102200

基于氣流法篩選復(fù)合泡沫驅(qū)用起泡劑體系

馬廣闊1，呂謀1，喬硯佳2，朱志強3

1．中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽 473000

2．中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津 300452

3．中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102200

針對某油田復(fù)合泡沫驅(qū)用起泡劑的性能評價，采用氣流法對復(fù)合泡沫體系驅(qū)油用起泡劑的起泡性、穩(wěn)泡性及其影響因素進行研究。靜態(tài)試驗結(jié)果表明：起泡劑濃度、地層水礦化度、氣液比等因素對體系性能具有重要影響。通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，陰離子型起泡劑的起泡性能和穩(wěn)泡性能最優(yōu)，其中QP-2在不同的氣液比和地層水礦化度條件下都具有較好的起泡性能和穩(wěn)泡性能，并且其最佳使用濃度為0．5%，在不同氣液比情況下隨礦化度的增加，起泡劑的綜合性能逐漸降低，但影響不大，隨氣液比的增大，起泡劑的起泡性和穩(wěn)泡性也隨之增加。

起泡劑；復(fù)合泡沫體系；穩(wěn)定性；氣流法

1 實驗部分

1．1 實驗材料及儀器

試劑名稱及廠家：QY-1、QY-2屬于陽離子型起泡劑；QP-1、QP-2屬于陰離子型起泡劑；QF-1屬于非離子型發(fā)泡劑，由天津市雄冠科技發(fā)展有限公司提供；實驗用水為LD32-2油田A16h井地層水，礦化度為12 818．00 mg／L。

實驗儀器：羅氏泡沫儀，東莞市鑫磊儀器廠；氣體質(zhì)量流量計，沈陽威力德真空技術(shù)有限公司；恒溫水箱，揚州華寶石油儀器有限公司。

1．2 實驗步驟

1）取配好的表面活性劑溶液100 mL裝入夾套量筒內(nèi)；

2）打開恒溫水浴，使夾套量筒環(huán)空溫度達到實驗溫度；

3）打開氣體質(zhì)量流量控制器，預(yù)熱30 min，待零點穩(wěn)定后以流量Q開始實驗；

4）記錄停止通氣時刻的泡沫體積Vf，折算成泡沫高度h，并開始記錄時間；

5）記錄泡沫高度衰減到一半的時間t1／2，即泡沫半衰期；

6）計算泡沫綜合指數(shù)FCI，F(xiàn)CI表征泡沫質(zhì)量和泡沫半衰期對泡沫性能的綜合影響；

7）改變氣液比，讀取起泡劑的發(fā)泡體積Vf，泡沫半衰期t1／2，計算起泡劑的泡沫綜合指數(shù)FCI。

2 實驗結(jié)果與討論

2．1 起泡劑的篩選

篩選起泡劑通常遵循以下原則［3-4］：1）起泡性能好，與氣體接觸能形成大量泡沫，且泡沫尺寸相近、半衰期長；2）與地層流體配伍性好；3）耐溫性能好，在較大溫度范圍內(nèi)都可保持流動性和穩(wěn)定性；4）有效濃度高，用量少，成本低。為了比較起泡劑的性能，本文采用泡沫的綜合指數(shù)FCI來統(tǒng)一評價起泡劑。

該實驗在65℃和常壓條件下，分別用上述3種類別起泡劑與LD32-2油田A16h井地層水配制濃度為0．5%的起泡劑溶液，通過注入不同量的氮氣后，對泡沫性能進行評價。記錄起泡體積和泡沫半衰期，然后計算得到泡沫綜合指數(shù)FCI。

2．1．1 起泡劑起泡能力評價

泡沫起泡高度越大表示起泡劑起泡能力越好［5］。氣液比與泡沫高度關(guān)系曲線見圖1。由圖可知：1）起泡劑按起泡能力依次是：陰離子型起泡劑＞陽離子型起泡劑＞非離子型起泡劑。2）3種類型起泡劑的起泡能力相差不大，QP系列的起泡劑起泡高度相對較高，其中QP-2的最大起泡高度可達42．6 cm，非離子型起泡劑 QF-1的起泡能力較弱，最大發(fā)泡高度僅為9．2 cm。3）隨氣液比的增加各起泡劑的起泡高度均隨之增大，但氣液比增加到一定程度，起泡劑的起泡高度增加幅度變緩，甚至有下降的趨勢。

圖1 不同氣液比條件下起泡劑起泡能力比較

2．1．2 起泡劑穩(wěn)定性評價

泡沫半衰期 t1／2越大表示起泡劑的穩(wěn)定性越好［6］。氣液比與泡沫半衰期t1／2關(guān)系曲線如圖2，由圖可知：1）QP系列起泡劑產(chǎn)生的泡沫具有較好的穩(wěn)定性，QP-2型起泡劑的半衰期最長，最高可達608 s，QF-1型起泡劑的穩(wěn)定性最差，最短僅為102 s。2）隨氣液比的增大，各起泡劑的穩(wěn)定性均有所增加，但氣液比對各起泡劑的半衰期影響各不相同，如QF-1、HP-1、HP-2等起泡劑，隨氣液比的增加，泡沫半衰期緩慢增加；而起泡劑QP-1、QP-2隨氣液比的增加，半衰期增加幅度比較大。

圖2 不同氣液比條件下起泡劑穩(wěn)泡能力比較

2．1．3 起泡劑綜合性能比較

泡沫綜合指數(shù)綜合表征泡沫的發(fā)泡效果和泡沫穩(wěn)定性。泡沫綜合指數(shù)越大，表明泡沫性能越好，通過綜合指數(shù)可以優(yōu)選出最佳的泡沫體系［7-8］。由圖3可知：QP系列起泡劑綜合指數(shù)較高，其中QP-2的綜合指數(shù)在氣液比達到5：1后可達15 000以上。QP-2系列起泡劑具有較好的起泡性和穩(wěn)泡性。因此選擇QP-2作為實驗用起泡劑進行泡沫影響因素的研究。

圖3 不同氣液比條件下起泡劑綜合性能比較

2．2 氣液比對起泡劑的影響

氣液比對泡沫的封堵能力和驅(qū)油效果影響很大［9-10］。氣液比過小，起泡效果差；氣液比過大，泡沫穩(wěn)定性降低，所以選擇合適的氣液比非常重要。在65℃條件下，將QP-2起泡劑配制成濃度0．5%的起泡溶液，通過控制通氣量，分別測試氣液比為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1時的起泡高度、半衰期和泡沫綜合指數(shù)見圖4，由圖可知，隨氣液比的增大，起泡劑的起泡性和穩(wěn)泡性也隨之增加，氣液比達到5∶1后，起泡劑的綜合指數(shù)就已經(jīng)達到15 000以上。

圖4 不同氣液比條件下QP-2的綜合指數(shù)

2．3 礦化度對起泡劑的影響

注入地層的泡沫體系驅(qū)替前緣一定程度上會受高礦化度地層水的稀釋，泡沫體系中的離子也會與地層水中的鈣、鎂離子等相互作用，所以評價起泡劑的抗鹽性是必要的［11-12］。將QP-2起泡劑分別與蒸餾水、礦化度為6 409 mg／L和12 81 8mg／L的模擬水分別配成濃度為0．5%的起泡劑溶液，在65℃條件下，測試其性能，做出不同氣液比下礦化度與綜合指數(shù)的關(guān)系曲線如圖5。從圖可知隨礦化度的增加，起泡劑的綜合性能逐漸降低，同時當(dāng)氣液比較大時，礦化度對起泡劑的影響比較嚴(yán)重。

圖5 不同水質(zhì)對起泡劑綜合性能的影響

2．4 起泡劑濃度的影響

起泡劑的濃度對起泡劑的起泡體積和半衰期至關(guān)重要，因為在確定起泡劑濃度時需要考慮泡沫的性能和經(jīng)濟性，所以實驗過程中，必須通過測量不同濃度起泡劑的起泡體積、半衰期和綜合指數(shù)，確定后續(xù)實驗中起泡劑的使用濃度［13-14］。用LD32-2油田的地層水配制濃度分別為0．1%、0．3%、0．5%、0．7%的起泡劑溶液，測試其在不同氣液比條件下的起泡性能，并計算其綜合指數(shù)，由不同氣液比條件下泡沫綜合指數(shù)與起泡劑濃度關(guān)系曲線（如圖6）?？煽闯鲭S起泡劑濃度的增加，泡沫流體的綜合指數(shù)逐漸增大，當(dāng)濃度超過0．5%后，起泡劑的起泡高度和穩(wěn)泡時間均增加不明顯，所以建議使用起泡劑的濃度為0．5%。

圖6 濃度對起泡劑綜合性能的影響

3 結(jié)論

1）經(jīng)過起泡劑性能評價試驗研究，最終篩選QP-2為泡沫復(fù)合驅(qū)用起泡劑，其最佳使用濃度為0．5%。

2）隨起泡劑濃度的增加起泡劑的起泡高度和穩(wěn)泡時間都有所增加，增加起泡劑的濃度對泡沫流體的穩(wěn)定性有很大的幫助，但是起泡劑的濃度對起泡劑的起泡能力影響不大。

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Foaming agent system for composite foam flooding
based on the gas flow screening method

MA Guangkuo1，Lü Mou1，QIAO Yanjia2，ZHU Zhiqiang3
1．Oil Production Plant，Sinopec Henan Oilfield Company，Nanyang 473000，China
2．CNOOC Energy Technology＆Oilfield Engineering Research Institute，Tianjin 300452，China
3．Faculty of Petroleum Engineering，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102200，China

Aiming at the performance evaluation of foaming agent for composite foam flooding in a certain reservoir，by using the method of gas flowing，the foamability，stability and influencing factors of foaming agent for composite foam flooding were studied．Static experiment results show that the concentration of foaming agent，formation water salinity，gas liquid ratio and other factors have a significant impact on system performance．By contrasting tests，we find that the anionic the agent has optimal foamability and stability，in which QP-2 has good foaming properties and foam stability performance in different liquid ratio and formation water salinity conditions，and the best concentra-tion was 0．5%．Under the condition of different gas，with the increasement of salinity，the comprehensive perform-ance of foaming agent will reduce gradually，but the impact is not obvious．With the increase of gas-liquid ratio，the foamability and stability of foaming agent are also increased．

foaming agent；composite foam system；stability；gas flow method

TE357．42

A

1009-671X（2014）03-0077-04

10．3969／j．issn．1009-671X．20131223

http：／／www．cnki．net／kcms／doi／10．3969／j．issn．1009-671X．201107036．html

2013-12-12．

日期：2014-06-05．

國家科技重大專項基金資助項目（2011ZX05024-002-001）．

馬廣闊（1987-），男，工程師．

朱志強（1988-），E-mail：674933041＠qq．com．

在地層中形成的泡沫流體不僅具有很高的表觀黏度，能降低油水界面張力，同時具有很強的封堵調(diào)剖能力；并且泡沫流體的封堵具有堵大不堵小、堵水不堵油的特性，對地層無污染［1-2］。從經(jīng)濟效益考慮泡沫復(fù)合驅(qū)與聚合物驅(qū)相比更具優(yōu)勢。泡沫復(fù)合驅(qū)油體系由堿、表面活性劑、聚合物三元復(fù)合驅(qū)體系和氣體組成。

泡沫復(fù)合體系與被驅(qū)替油之間可形成10-3mN／m的超低界面張力；同時泡沫復(fù)合體系因泡沫的存在具有較大的視黏度。因此，只要配方合適，泡沫復(fù)合驅(qū)既能降低油水界面張力，提高驅(qū)油效率，又能降低水油流度比，提高波及效率。本文根據(jù)LD32-2油田地層水選出合適的起泡劑，并用氣流法測試起泡劑的起泡性及穩(wěn)泡性；分析起泡劑濃度、氣液比和礦化度對泡沫流體性能的綜合指數(shù)的影響，從而為復(fù)合泡沫體系的現(xiàn)場應(yīng)用提供指導(dǎo)作用。