空氣泡沫驅(qū)中起泡劑XHY-4K 篩選與性能評(píng)價(jià)

郎麗媛，李華斌，2

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），四川成都 610059）

起泡劑是形成泡沫的必要組分，作為一種起泡劑，最重要的性能就是它的泡沫性能，起泡劑泡沫性能的好壞是能否用于泡沫體系的最重要的因素之一，包括其起泡能力和所產(chǎn)生泡沫的穩(wěn)定性。但各種起泡劑的泡沫性能不一樣，存在一定的差異。所以首先要對(duì)起泡劑的泡沫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于開發(fā)過程中要求起泡劑具有盡可能高的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性，因此將從起泡能力和泡沫穩(wěn)定性這兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)起泡劑的泡沫性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

（1）實(shí)驗(yàn)用水和原油：實(shí)驗(yàn)用水是根據(jù)玉東2 區(qū)塊油藏地層水的組成配制的模擬地層水，其離子組成（見表1），總礦化度160 599 mg/L，屬于CaCl2水型。實(shí)驗(yàn)使用的是油田提供的原油，在油藏溫度條件下測定原油的密度為0.96 g/cm3～0.97 g/cm3，粘度為286 mPa·s，0.823 1 g/cm3。

（2）實(shí)驗(yàn)試劑：XHY-4K 表面活性劑，有效物含量30 %，成都興華化工技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

氯化鈉、硫酸鈉、氯化鈣、六水氯化鎂、碳酸氫鈉、氫氧化鈉（成都市科龍化工試劑廠）均為分析純。

（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器：Waring Blender 攪拌器；高溫高壓泡沫評(píng)價(jià)裝置（江蘇海安石油科研儀器有限公司）；BrookfieldⅢ+布氏粘度計(jì)；高溫恒溫箱；高壓空氣瓶等。

表1 溫西三區(qū)塊地層水離子組成

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

起泡劑的篩選選用Waring Blender 法，在大氣壓強(qiáng)0.1 MPa、溫度80 ℃條件下，把選定的XHY-4K 起泡劑用模擬地層水配置成不同有效濃度的溶液各200 mL，倒入攪拌器中高速攪拌（15 500 r/min）1 min后關(guān)閉開關(guān)，迅速將泡沫倒入帶封口的1 000 mL 量筒內(nèi)，馬上讀取泡沫體積V0，然后放入高溫恒溫箱中，記錄從泡沫中析出100 mL 液體所需的時(shí)間。

起泡劑的油水界面張力利用JJ2000B 旋轉(zhuǎn)滴界面張力測量儀進(jìn)行測定，原油密度在80 ℃條件下為0.82 g/cm3，油水密度差0.18 g/cm3。

XHY-4K 耐鹽試驗(yàn)，用不同礦化度的模擬地層配置濃度為0.1 %的起泡劑溶液，在壓力0.1 MPa，溫度80 ℃條件下，測定其發(fā)泡體積及泡沫半衰期，評(píng)價(jià)其耐鹽性能。

XHY-4K 抗壓性實(shí)驗(yàn)，用模擬地層水配置有效濃度0.1 %的起泡劑溶液，溫度為80 ℃，在0.1 MPa、5 MPa、10 MPa、15 MPa 條件下，測定其發(fā)泡體積及泡沫半衰期，評(píng)價(jià)其耐壓性能。

XHY-4K 抗油性實(shí)驗(yàn)，將吐哈油田玉東2 區(qū)塊油藏的原油加熱到80 ℃，用模擬地層水配置有效濃度0.1%的起泡劑溶液，分別加入不同濃度（0.5%、1%、5%、10%、20 %、30 %、50 %）的原油，最后在80 ℃條件下觀察起泡體積及泡沫半衰期，進(jìn)行泡沫性能的評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 起泡劑的篩選

由于采油過程中要求起泡劑具有盡可能高的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性，因此將從起泡能力和泡沫穩(wěn)定性這兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)起泡劑的泡沫性能。用模擬地層水配置6 種有效濃度0.1 %的起泡劑溶液，分別測定其泡沫體積和泡沫半衰期。結(jié)果（見表2）。綜合考慮以上兩個(gè)因素，最終確定起泡劑為XHY-4K。且起泡劑XHY-4K 與原油的界面張力在10-1mN/m 數(shù)量級(jí)，屬于低界面張力，但仍具有一定洗油能力。

表2 不同起泡劑的性能

2.2 起泡劑XHY-4K 有效濃度的優(yōu)選

不同起泡劑濃度對(duì)起泡體積和泡沫半衰期的影響（見圖1）。可以看出，起泡劑在有效濃度0.1 %時(shí)發(fā)泡能力和穩(wěn)泡性能較好，起泡體積為700 mL，泡沫半衰期為1 580 s。隨著起泡劑有效濃度的增加，泡沫體積與泡沫半衰期均增加，當(dāng)有效濃度大于0.1 %后，泡沫體積趨于平穩(wěn)，泡沫半衰期略有下降后趨于平穩(wěn)。這是由于隨著起泡劑有效濃度的增加，泡沫的表面張力逐漸降低，泡沫的穩(wěn)定性能逐漸增強(qiáng)，泡沫的吸附逐漸達(dá)到飽和，減弱了Marangon 效應(yīng)，降低了液膜的穩(wěn)定性。因此，選用最佳的有效濃度為0.1 %。

2.3 起泡劑XHY-4K 的抗鹽性能評(píng)價(jià)

礦化度對(duì)起泡體積和泡沫半衰期的影響（見圖2）。可以看出，二者均隨礦化度的增加而略有下降，說明所篩選的起泡劑，礦化度越高，越不利于起泡、泡沫穩(wěn)定性越差。起泡劑XHY-4K 在用蒸餾水（礦化度為0）配制的溶液時(shí)，泡沫體積達(dá)740 mL，泡沫半衰期達(dá)890 s。而在高鹽（礦化度160 000 mg/L）條件下，仍然具有較高的發(fā)泡能力，泡沫體積為650 mL，和較長的泡沫半衰期840 s。

圖1 起泡劑濃度對(duì)發(fā)泡體積和泡沫半衰期的影響

圖2 礦化度對(duì)XHY-4K 發(fā)泡體積和泡沫半衰期的影響

2.4 起泡劑XHY-4K 的抗溫抗壓性能評(píng)價(jià)

壓力與泡沫半衰期和起泡體積的關(guān)系（見圖3）?？梢钥闯?，泡沫半衰期和起泡體積均隨著壓力的升高而增加，當(dāng)壓力在0.1 MPa～5 MPa 范圍內(nèi)，隨著壓力的增高，泡沫半衰期和起泡體積增加的幅度很小，當(dāng)壓力在5 MPa～10 MPa 范圍內(nèi)增大時(shí)，泡沫半衰期和起泡體積迅速增加；當(dāng)大于10 MPa 時(shí)，泡沫半衰期和起泡體積隨壓力增加幅度很小甚至不再增加。例如當(dāng)壓力為5 MPa 時(shí)，泡沫半衰期為1 649 s；當(dāng)壓力為10 MPa時(shí)，泡沫半衰期迅速增長到3 089 s，增幅為87.33 %；而當(dāng)壓力增高到15 MPa 時(shí)，泡沫半衰期緩慢地增加到3 510 s，增幅為13.63 %。所以，當(dāng)壓力超過10 MPa時(shí)，壓力對(duì)泡沫半衰期和起泡體積的影響不大。

2.5 起泡劑XHY-4K 的抗油性能評(píng)價(jià)

不同原油濃度對(duì)泡沫半衰期及泡沫發(fā)泡體積影響（見圖4），可以看出，泡沫的發(fā)泡體積和泡沫半衰期均隨著原油濃度的升高而下降，而在原油濃度高于5 %后，泡沫性能急劇下降，其發(fā)泡能力和穩(wěn)泡性能更差，但是原油濃度在5 %～10 %時(shí)，發(fā)泡體積與泡沫半衰期均有很小幅度的上升。這是由于原油本身是含多烴的混合物，即極性很差的多種有機(jī)物共存的混合體系，而起泡劑XHY-4K 的化學(xué)成分是陰離子復(fù)配起泡劑，過量的原油與低含量（0.1 %）的起泡劑XHY-4K 充分發(fā)生乳化作用，因此起泡劑的泡沫性能迅速下降，泡沫體積量瞬間返回到初始液體值，泡沫破滅主要來源于上層泡沫的自然消泡，與返液基本無關(guān)，所以泡沫消到初始體積的一半的時(shí)間更長。

圖3 給出了不同壓力對(duì)泡沫半衰期及泡沫發(fā)泡體積的影響

圖4 原油濃度對(duì)泡沫半衰期及泡沫發(fā)泡體積的影響

3 結(jié)論

（1）針對(duì)吐哈油田玉東2 區(qū)塊的油藏特點(diǎn)，尤其是其地層水高礦化度的情況下，優(yōu)選出起泡劑XHY-4K，有效濃度為0.1 %。

（2）高壓條件有利于XHY-4K 泡沫性能，隨著壓力的增大，發(fā)泡體積增大，泡沫半衰期增長；用模擬地層水配制有效物濃度為0.1 %起泡劑溶液時(shí)，壓力15 MPa下，泡沫體積達(dá)2 035 mL，半衰期達(dá)3 640 s。

（3）在室內(nèi)篩選實(shí)驗(yàn)中，高原油濃度條件下，起泡劑主要發(fā)生乳化作用，但通過驅(qū)替試驗(yàn)研究油藏條件下，起泡劑XHY-4K 具有一定耐油性。且起泡劑與原油的界面張力在10-1mN/m 數(shù)量級(jí)，屬于低界面張力，但仍具有一定洗油能力。

［1］ 謝劍耀，樊世忠.泡沫穩(wěn)定性［J］.油田化學(xué)，1988，5（1）：56-63.

［2］ 刁素，任山，林波，等.高溫高鹽油藏泡沫驅(qū)穩(wěn)泡劑抗鹽性評(píng)價(jià)［J］.石油地質(zhì)與工程，2007，21（2）：90－93.

［3］ 孫建華，唐長久.一種耐高溫耐鹽泡沫酸起泡劑的篩選研究［J］.油田化學(xué)，2006，23（1）：15－18.

［4］ Solesa M.Production optimization challenges of gas wells with liquid loading problem using foaming agents［J］.SPE 101276，2006.

［5］ 趙賢廣，張志炳.受熱降膜Marangoni 效應(yīng)臨界狀態(tài)表征［J］.化工時(shí)刊，2010，24（12）：1-6.

［6］ 李翔，侯永利，等.渤海油田泡沫調(diào)驅(qū)用起泡劑靜態(tài)性能評(píng)價(jià)及篩選［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，13（6）：30-33.