抗油抗高礦化度泡沫排水劑的室內(nèi)研究*

劉月娥，楊雯雯，鄔國棟，阿不都維力·阿不力米提，徐向紅

1.新疆大學(xué)石油天然氣精細(xì)化學(xué)品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830046 2．中國石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000

抗油抗高礦化度泡沫排水劑的室內(nèi)研究*

劉月娥1，楊雯雯1，鄔國棟2，阿不都維力·阿不力米提2，徐向紅1

1.新疆大學(xué)石油天然氣精細(xì)化學(xué)品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830046 2．中國石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000

針對(duì)國內(nèi)高溫深井、高凝析油氣井開采后期井底產(chǎn)生大量積液影響正常生產(chǎn)的實(shí)際情況，研制出了一種在高溫高含凝析油條件下起泡性和泡沫穩(wěn)定性良好的泡排劑，能顯著提高氣井采收率，穩(wěn)定氣井產(chǎn)量。采用改進(jìn)Ross–miles法對(duì)各種單一起泡劑的起泡性和泡沫穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，最終選用SDS、CAB、SBFA–30進(jìn)行復(fù)配，為了進(jìn)一步提高泡沫的穩(wěn)定性，還添加聚乙烯醇（PVA）作為穩(wěn)泡劑。通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出最佳復(fù)配體系為0.1%SDS+0.1%CAB+0.05%SBFA–30+0.02%PVA，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)配體系在150℃、凝析油體積分?jǐn)?shù)高達(dá)50%具有良好的起泡性和穩(wěn)泡性。

抗溫；耐凝析油；泡沫排水劑；正交實(shí)驗(yàn)；起泡體積

劉月娥，楊雯雯，鄔國棟，等．抗油抗高礦化度泡沫排水劑的室內(nèi)研究[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，36（3）：146–150．

Liu Yuee,Yang Wenwen,Wu Guodong,et al．Laboratory Study on Oil-resistant and High Salinity-resistant Foam Drainage Agent[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（3）：146–150．

天然氣井開采后期，許多氣井不同程度地出現(xiàn)積液，聚集的液相會(huì)對(duì)井底造成傷害，產(chǎn)層由于“水鎖”，“水敏性黏土膨脹”等原因，造成氣相滲透率降低，引起水封閉井，氣井產(chǎn)能和采收率降低，嚴(yán)重影響天然氣井的正常生產(chǎn)。對(duì)于凝析氣井，其開采后期，由于地層壓降大，地露壓差大，井筒積液會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)能，導(dǎo)致采收率降低，故排水采氣是后期開發(fā)的必要手段。但多數(shù)起泡劑在溫度大于90℃或者凝析油含量大于20%的條件下，起泡性能很差或者不起泡，排水效果很差[1]。為了在高溫高含凝析油的情況下保持起泡劑的起泡能力和穩(wěn)泡能力，研究一種高性能泡排劑，擬滿足高溫高凝析氣藏采氣的需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

椰油基酰胺丙基甜菜堿（CAB，工業(yè)級(jí)）、月桂基磺基琥珀酸鈉（SBFA–30，工業(yè)級(jí)）、十二烷基硫酸鈉（SDS，分析純）、α–烯基磺酸鈉（AOS，工業(yè)級(jí)）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，分析純）、OP–10（工業(yè)級(jí)）、聚乙烯醇（PVA1788，分析純）、凝析油（某油田樣品）。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

2152型羅氏泡沫儀（帶熱水循環(huán)泵，上海隆拓儀器設(shè)備有限公司）、JJ–99型表面張力儀（上海中晨儀器有限公司）、恒溫烘箱、恒溫水浴鍋、高溫高壓反應(yīng)釜及若干玻璃儀器。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用GB/T7462—1994改進(jìn)Ross–miles法對(duì)起泡劑的泡沫性能進(jìn)行考察。將起泡劑配制成500 mL水溶液，在水浴鍋里預(yù)熱至（50±0.5）℃，打開熱水循環(huán)泵加熱至（50±0.5）℃。再將起泡劑溶液轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，打開旋塞閥，使液體不斷地流下，記錄其0，5 min后的泡沫體積，0，5 min的泡沫體積分別表示起泡劑的起泡性能和穩(wěn)泡性能[2-3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫排水劑主劑的篩選

2.1.1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)起泡劑的泡沫性能

分別將單一的表面活性劑配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的溶液，采用改進(jìn)Ross–miles法對(duì)其進(jìn)行起泡和穩(wěn)泡性能測(cè)試，記錄0，5 min的泡沫體積，結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 0 min時(shí)的起泡性Fig.1 Foaming ability at 0 minute

圖2 5 min時(shí)的穩(wěn)泡性Fig.2 Foam stabilization after 5 minutes

圖1和圖2分別說明了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下起泡劑的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。圖1為起泡劑AOS、SDS、CTAB、OP–10、CAB、SBFA–30的初始起泡體積與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系?？傮w上，泡沫體積隨起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈上升的趨勢(shì)，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到一定時(shí)，其泡沫體積會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大值。這是因?yàn)楫?dāng)起泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于臨界膠束濃度時(shí)，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，溶液的表面張力減小，泡沫界面膜上的起泡劑分子增多，表面活性增強(qiáng)，發(fā)泡力增強(qiáng)。當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于臨界膠束濃度時(shí)，由于起泡劑分子泡沫表面的富集，會(huì)形成越來越致密的表面膜，所以形成的泡沫穩(wěn)定性增加，而當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到一定程度時(shí)，形成的泡沫含液量減少，“脆性”增加，泡沫反而變得不穩(wěn)定[4]。從圖1中可以看出，起泡性最好的起泡劑是SDS。這是因?yàn)镾DS具有強(qiáng)的親水基團(tuán)—OSO3Na，具有很強(qiáng)的水化能力，在其周圍容易形成很厚的水化膜，有利于泡沫的形成和穩(wěn)定。圖2為5 min后泡沫的體積，體現(xiàn)了泡沫的穩(wěn)定性?？傮w上泡沫的體積隨著起泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加均呈上升趨勢(shì)。其中CAB具有很好的泡沫穩(wěn)定性。影響泡沫穩(wěn)定性的內(nèi)外因素很多，如溫度、水的硬度、壓力、pH值、氣泡的大小分布等，但最重要的是液膜的強(qiáng)度。CAB是一種兩性表面活性劑，具有等電點(diǎn)，在低于等電點(diǎn)pH值溶液中，呈陽離子特性，在高于等電點(diǎn)pH值溶液中，則形成內(nèi)鹽，顯示陰離子性質(zhì)，其表面吸附分子排列緊密，使表面膜具有較高的強(qiáng)度，液膜排液困難，具有較低的氣體通透性，故其泡沫穩(wěn)定性良好。而非離子OP–10的泡沫穩(wěn)定性很差，這是因?yàn)槠溆H水基聚氧乙烯醚在水中呈曲折結(jié)構(gòu)，分子在液膜上不能很好地伸展，排列松散，不能形成緊密排列的吸附膜，加之水化能力差，又不能形成電離層，所以穩(wěn)定性差。

2.1.2 不同體積分?jǐn)?shù)的凝析油對(duì)起泡劑泡沫性能的影響

分別將表面活性劑AOS、SDS、CTAB、CAB、SBFA–30配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，0.3%，0.2%，0.4%，0.3%的500 mL水溶液，采用改進(jìn)Ross–miles法評(píng)價(jià)不同體積分?jǐn)?shù)的凝析油對(duì)泡沫性能的影響，記錄0，5 min的泡沫體積，結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 含凝析油0 min的起泡性Fig.3 Foam ability in the condition of condensate oil

圖4 含凝析油5 min的穩(wěn)泡性Fig.4 Foam stabilization in the condition of condensate oil

由圖3和圖4可知，各種起泡劑的泡沫性能隨著凝析油體積分?jǐn)?shù)的增加均下降，這是由于凝析油具有使起泡劑分子凝聚，破壞界面膜的特性。當(dāng)凝析油加入到起泡劑體系中后，降低了液膜表面的表面活性劑分子的濃度，同時(shí)還使得液膜變薄，從而很大程度上降低了起泡劑的起泡和穩(wěn)泡性。當(dāng)凝析油體積分?jǐn)?shù)較少時(shí)，表面活性劑的接觸面由氣–水界面轉(zhuǎn)變成油–水界面的時(shí)間較長，且氣泡表面接觸的凝析油少，對(duì)表面活性劑的泡沫性能影響就小，但當(dāng)凝析油體積分?jǐn)?shù)增加時(shí)，氣–水界面變?yōu)橛通C水界面的時(shí)間縮短，氣泡表面接觸的凝析油多，這時(shí)會(huì)加快泡沫液膜變薄甚至破裂，對(duì)表面活性劑泡沫性能的影響隨之變大[5-6]。其中，陰離子表面活性劑SDS和兩性表面活性劑CAB泡沫性能在同一凝析油體積分?jǐn)?shù)下優(yōu)于其他表面活性劑。從圖4可以看出AOS和CTAB在凝析油體積分?jǐn)?shù)20%時(shí)起泡性和穩(wěn)定性較差，故優(yōu)先選取SDS、CAB、SBFA–30作為泡排劑組成配方。

2.2 泡沫排水劑配方的研究

通過前期實(shí)驗(yàn)，選用起泡性較好的SDS和抗油性較好的CAB，SBFA–30進(jìn)行復(fù)配。再加入一定量的聚乙烯醇（PVA）作為穩(wěn)泡劑，提高液膜的黏度，增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性。首先采用4因素3水平，做9次實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了L9（34）正交實(shí)驗(yàn)方案，通過測(cè)定不同濃度條件下的表面張力，選取表面張力較低的配方，再采用羅氏泡沫儀和攪拌法評(píng)價(jià)對(duì)其泡沫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。正交實(shí)驗(yàn)表和極差分析結(jié)果如表1和表2所示。

表1 正交復(fù)配起泡劑表面張力測(cè)定值Tab.1 The surface tension of foam agent by orthogonal experiment method

通過表1可以看出，該復(fù)配體系的表面張力總體都小于30 mN/m，第1組復(fù)配的起泡劑體系表面張力最低，其表面張力為28.4 mN/m。表面張力的大小可以表征起泡劑的起泡力，也是影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素，表面張力越低，其起泡力越強(qiáng)[7]。通過表2的極差分析可以看出，對(duì)表面張力影響大小依次為：CAB＞SBFA–30＞SDS＞PVA，得到的優(yōu)化組合為 A1B1C1D2，即 0.1%SDS+ 0.1%CAB+0.05%SBFA–30+0.02%PVA。再對(duì)優(yōu)化組合進(jìn)行老化前后抗溫耐油性能評(píng)價(jià)，將其置于150℃烘箱中老化24 h后在不同凝析油含量條件下測(cè)其羅氏泡體積，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)極差分析Tab.2 Range analysis of the orthogonal experiment method

圖5 優(yōu)選體系抗溫耐油起泡性Fig.5 Foam performance of optimizing system in the condition of condensate oil at high temperature

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)配后起泡體系的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單一的起泡劑。該起泡體系采用陰離子起泡劑SDS，SBFA–30和兩性離子表面活性劑CAB復(fù)配而成，起泡劑的總濃度為0.25%，高溫老化前后的初始起泡體積均在500 mL以上，具有很好的高溫穩(wěn)定性，通過圖5可以看出，在50%凝析油含量條件下，該配方的初始起泡體積為530 mL，老化后的起泡體積為470 mL，說明其在高溫老化前后的抗凝析油效果都很好；這是因?yàn)楸砻婊钚詣┑膮f(xié)同效應(yīng)，當(dāng)兩種或者兩種以上的表面活性劑相互混合時(shí)，其溶液的性質(zhì)有別于單一的表面活性劑溶液，他們之間因分子間的相互作用（靜電作用，范德法力，氫鍵等）產(chǎn)生增效作用[8]。混合后的表面活性劑分子極性頭正負(fù)離子之間產(chǎn)生較強(qiáng)的吸引作用，在某種程度上也降低了SDS極性頭之間的排斥作用，使得不同的表面活性劑分子之間的排列更加緊密，這樣形成的液膜的黏度和厚度越大，排液和氣體通透性越低，其起泡性和泡沫穩(wěn)定性也越好[9-10]。輔以聚乙烯醇作為穩(wěn)泡劑，在一定程度上也增大了液膜的強(qiáng)度，使其穩(wěn)定性進(jìn)一步得到增強(qiáng)，所以該配方表現(xiàn)出很好的抗溫耐油效果，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

（1）評(píng)價(jià)了6種起泡劑的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性。起泡性最好的是SDS，泡沫穩(wěn)定性最好的是CAB。

（2）通過實(shí)驗(yàn)，得到了各種起泡劑的抗凝析油能力。CAB具有很好的耐凝析油能力。篩選出起泡性，耐凝析油性較好的起泡劑CAB，SBFA–30。

（3）最后將篩選出的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，得到起泡性能最佳的復(fù)配體系為0.1%SDS+0.1%CAB+0.05%SBFA–30+0.02%PVA，其抗溫耐凝析油能力顯著。

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編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Laboratory Study on Oil-resistant and High Salinity-resistant Foam Drainage Agent

Liu Yuee1,Yang Wenwen1,Wu Guodong2,Abudouwaili·A2,Xu Xianghong1
1.MOE Key Laboratory of Oil&Gas Fine Chemical，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang 830046，China 2.Engineering Technology Research Institute，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China

In view of the actual cases of a great quantity of liquid loading at bottomhole in the high temperature and gas condensate wells at the later stage of development，a foam agent which has good foaming ability and stability under the condition of the high temperature and condensate oil is developed，which could largely improve the gas recovery factor and keep the wells stable and of high recovery rate.In this paper，we have evaluated the foaming ability and stability of many kinds of foam agents under the condition of different concentration and condensate oil content by improving Ross-miles method.Finally，we have selected SDS，CAB，SBFA–30 to make compositional formulation and added a certain amount of polymer（PVA）to increase the stability of the foam.We have got the optimized formulation（0.1%SDS+0.1%CAB+0.05%SBFA–30+0.02PVA）by orthogonal experiment design and evaluated the foaming force under the condition of high temperature and condensate oil.The results showed that it could keep good foaming and foam stabilization performance under the condition of the 150℃and 50%high condensate oil.

temperature resistant；condensed oil resistant；foam drainage agent；orthogonal experiment；foaming volume

http：//http://www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2013.03.15.01.html

劉月娥，1963年生，女，漢族，河北保定人，副教授，碩士，主要從事油田助劑開發(fā)方面的研究。E-mail：liuyuee2002@yahoo.com.cn

楊雯雯，1989年生，女，漢族，四川平昌人，碩士，主要從事油田助劑開發(fā)方面的研究。E-mail：385682178@qq.com

鄔國棟，1977年生，男，土家族，湖南沅陵人，工程師，碩士，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究。E-mail：wuguodong@petrochina.com.cn

阿不都維力·阿不力米提，1979年生，男，維吾爾族，新疆克拉瑪依人，助理工程師，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究。E-mail：abudouwaili@petrochina.com.cn

徐向紅，1965年生，女，漢族，上海人，副教授，碩士，主要從事油田助劑開發(fā)方面的研究。E-mail：xxh4188@yahoo.com.cn

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.03.15.01

1674-5086（2014）03-0146-05

TE372

A

2013–03–15 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2014–05–21