強化泡沫驅(qū)配方的研究

汪靖凱，張強

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強化泡沫驅(qū)配方的研究

汪靖凱，張強

（遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001）

泡沫驅(qū)在三次采油中有降低原油和水之間的界面張力，提高驅(qū)油效率的特性被廣泛應用，在三次采油中有明顯的優(yōu)勢。實驗以Waring Blender法為試驗依據(jù)，對ZS系列發(fā)泡劑驅(qū)在45~95 ℃溫度區(qū)間下進行檢測，通過泡沫半衰期和析液半衰期來衡量泡沫驅(qū)的穩(wěn)定性。通過考察在溫度45~95 ℃區(qū)間，加入不同劑量的AMPS對比試驗。通過實驗得出ZS-52于20 ℃時，泡沫體積為960 mL，泡沫半衰期為25.7 h，析液半衰期為2.7 h，發(fā)泡量優(yōu)秀，穩(wěn)定性強。在95 ℃時，析泡沫半衰期為8.1 h，液半衰期為36 min，在高溫下發(fā)泡劑的穩(wěn)定性要好于常見的油田發(fā)泡劑。

發(fā)泡能力；穩(wěn)定性；發(fā)泡體積

石油能源的充分開采在當今已經(jīng)成為重要研究課題，常規(guī)的一次采油和二次采油質(zhì)量分數(shù)最高能達到50%，三次采油的合理利用，可以有效的提高采油率，使資源收益最大化［1］。三次采油技技術主要的方法有以下四種：

（1）化學驅(qū)油法；

（2）熱力驅(qū)油法；

（3）氣驅(qū)油法；

（4）微生物驅(qū)油法[2]。

根據(jù)我國大慶油田、中原油田、江漢油田、新疆克拉瑪依油田、勝利油田等油田的油藏現(xiàn)狀，化學驅(qū)會是我國三次采油技術今后長期的重點研究對象。

泡沫驅(qū)作為三次采油中效率最高的方式，最顯著的特點分別是提高驅(qū)油效率以及驅(qū)油波及面積[3]。同時泡沫驅(qū)具有摩擦阻力小，可調(diào)密度，表現(xiàn)黏度高，可以改善流度比，能封堵蒸汽汽竄通道，作為選擇性封堵劑，能選擇性封堵高滲通道，降低高滲區(qū)的載流量而不破壞低滲區(qū)[4]，而被廣泛應用在三次采油技術中。但是在高溫條件下泡沫驅(qū)的穩(wěn)定性相對較差，液相粘度降低的速率快，排液速率隨著溫度的提升而提高，氣體溫度上升后分子動能加大，氣體體積擴張，同時壓縮性能下降。同時由于液膜加速蒸發(fā)而變薄，泡膜強度下降，封堵性能下降等因素，限制了泡沫驅(qū)在高溫環(huán)境下的應用[5]。

目前泡沫驅(qū)耐溫性解決方式主要體現(xiàn)在，采用多種耐溫性能好，抗鹽功能強的單體通過多元共聚引入一個大分子鏈上，制備出一系列共聚物，在抗溫方面有顯著的提升[6]。復合泡沫驅(qū)配方在發(fā)泡量以及穩(wěn)定性上強于單體泡沫，同時可以提高其耐鹽性和耐溫性。使泡沫驅(qū)在實際使用中有更好的使用效果。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與化學試劑

JA5003N型電子天平，上海新諾儀器設備有限公司；JJ-1精密增力電子攪拌器，江蘇省金壇市友聯(lián)儀器研究所；DHG—9146A干燥箱，上海精若科學儀器有限公司。

烯基磺酸鈉(AOS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽型(AES)、陰離子聚丙烯酰胺(PHP分子量為1 800萬)、正十二醇、生物聚合物(XC)、2-丙烯酰-2-甲基丙磺酸(AMPS)，以上藥品均為分析純。

1.2 實驗方法

通過Waring Blender法檢測泡沫驅(qū)穩(wěn)定性。通過析液半衰期和泡沫半衰期兩項數(shù)據(jù)來衡量泡沫驅(qū)的穩(wěn)定能力。在常溫20 ℃的情況下，用電子天平按比例稱取不同樣品，加入去離子水配置成實驗溶液，均勻攪拌并等待樣品充分溶解后，液體呈渾濁狀態(tài)時，在1 500 mL的燒杯中倒入用量筒稱取100 mL的溶液，用攪拌器高速均勻攪拌120 s, 停止攪拌，同時將生成的泡沫倒入1 500 mL的量筒中開始計時。同時讀取泡沫體積讀數(shù)V，記錄當析出液體達到50 mL時，所用的時間1/2(稱為泡沫的析液半衰期)，記錄當泡沫體積減少一半時，所用的時間1/2 (稱為泡沫半衰期)，通過以上數(shù)據(jù)評價泡沫驅(qū)常溫下的性能。

45~95 ℃區(qū)間的測量方法。將剛生成的泡沫倒入1 500 mL量筒中并將并馬上將量筒放置到溫度分別在45，55，65，75，85，95 ℃的恒溫箱內(nèi)，讀取泡沫體積V，馬上用秒表計時，記錄在恒溫箱中液體析出50%的時間1/2，以及泡沫體積減少一半時所經(jīng)過的時間1/2，通過以上數(shù)據(jù)來衡量泡沫驅(qū)在高溫下的穩(wěn)定性。

2 實驗結果與討論

2.1 復合配方的篩選

三次采油中泡沫驅(qū)通過多種單體多元共聚來保證其使用性能。本實驗采用ZS系列復合配方，在ZS復合發(fā)泡驅(qū)中加入不同濃度的AMPS，在常溫下進行配置并觀察其性能。通過與油田使用中兩種泡沫驅(qū)比較，記錄數(shù)據(jù)。表1所示為其結果對比。

由表1可以得出ZS-50復合驅(qū)在常溫下發(fā)泡量以及析液半衰期明顯優(yōu)于工業(yè)中使用的發(fā)泡劑。在加入AMPS后，發(fā)泡量以及析液半衰期基本保持恒定。對于原先的配方并沒有不良的影響。經(jīng)過對比可知ZS-51的泡沫半衰期較高，ZS-52析液半衰期低于其它發(fā)泡劑，但是析液半衰期最長，ZS-53的泡沫穩(wěn)定性能比較均衡，ZS-54的穩(wěn)定性能方面不其他的配比。ZS-55其泡沫半衰期和析液半衰期都是這些組對比實驗中最好的，但是AMPS的用量也相對較高。五種配比各有各的優(yōu)勢。需要通過進一步對比實驗來塞選哪種發(fā)泡劑性能可以達到實際應用標準。

表1 不同ZS配方的復配效果

（其中ZS-50未添加AMPS，ZS-51、ZS-52、ZS-53、ZS-54、ZS-55中AMPS分別為0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.10%)

2.2 復合配方的抗溫性

本實驗著重研究泡沫復合驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間之間的穩(wěn)定性。通過加熱量筒中的泡沫驅(qū)來測驗泡沫驅(qū)在溫度升高后性能的優(yōu)異，使上述5種ZS系列的泡沫驅(qū)分別在45，55，65，75，85，95℃區(qū)間進行抗溫性能檢測，實驗結果如表2、3、4、5、6、7所示。

表2 ZS-50在不同溫度下的復配效果

通過表3可以得出在加入AMPS（0.01%）后，ZS系列泡沫驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)效果相比ZS-50各項數(shù)據(jù)均有所提高，ZS-51在45~75 ℃區(qū)間，發(fā)泡劑的穩(wěn)定性有一定幅度強化，1/2以及1/2相比于ZS-50有所提高。75~95 ℃區(qū)間析液半衰期和泡沫半衰期的時間有所加強，穩(wěn)定性稍強于ZS-50。

表3 ZS-51在不同溫度下的復配效果

（其中ZS-51添加AMPS 0.01%)

表4 ZS-52在不同溫度下的復配效果

（其中ZS-52添加AMPS 0.03%)

通過表4可以得出在加入AMPS(0.03%)后，ZS系列 泡沫驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)，相比ZS-50提升明顯，在45 ℃時析液半衰期和泡沫半衰期均提高了15%，55~65 ℃泡沫半衰期和析液半衰期都有一定的增長幅度，在75 ℃時泡沫的半衰期提高了25%，析液半衰期提高了43%。在85 ℃時析液半衰期提高了83%，在95 ℃時，析液半衰期提高了1倍，泡沫的穩(wěn)定性提高的幅度大，效果提升優(yōu)于ZS-51。

表5 ZS-53在不同溫度下的復配效果

（其中ZS-53添加AMPS 0.05%)

通過表5可以得出在加入AMPS（0.05%）后，ZS系列泡沫驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)依然好于ZS-50發(fā)泡劑，但是效果比ZS-52稍差。泡沫半衰期和析液半衰期相比ZS-52時間有所減少。

表6 ZS-54在不同溫度下的復配效果

（其中ZS-54添加AMPS 0.07%)

表7 ZS-55在不同溫度下的復配效果

（其中ZS-54添加AMPS 0.10%)

通過表7可知，在加入AMPS（0.10%)后，發(fā)泡劑的整體的穩(wěn)定性能都得到了加強，其效果稍好于ZS-52。在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)相比于ZS-52的泡沫裂解速度以及泡沫持續(xù)時間都得到了一定的強化。但是AMPS的使用量是ZS-52的三倍，所以從經(jīng)濟的角度考慮，實驗的結果并沒有ZS-52優(yōu)秀。

通過上述6個表可以看出，ZS系列配方在發(fā)泡性能，泡沫穩(wěn)定性上都有一定優(yōu)勢，發(fā)泡性能優(yōu)異，穩(wěn)定性強。在溫度逐漸升高后，發(fā)泡量并沒有下降，發(fā)泡量穩(wěn)定。但是析液半衰期以及泡沫半衰期都有所下降。在高溫下穩(wěn)定性差，易析液，泡沫的持續(xù)時間也不穩(wěn)定。在加入AMPS后，保證了在常溫下ZS系列發(fā)泡劑的穩(wěn)定性。而且隨著溫度升高，ZS系列發(fā)泡劑的抗溫性能也得到了一定的強化。實驗表明在升溫后表現(xiàn)優(yōu)異的是配方AMPS(0.03%)。

3 結論

（1）實驗結果表明，AOS與AES的組合使發(fā)泡驅(qū)的發(fā)泡量以及穩(wěn)定性都有良好的效果，溫度逐漸升高，泡沫的穩(wěn)定性比常溫20 ℃時下降明顯。泡沫易裂解，持續(xù)時間逐漸縮短。泡沫半衰期和析液半衰期都大幅度的降低。在加入AMPS后常溫下的優(yōu)秀的性能保持穩(wěn)定，在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度逐漸的升高，泡沫驅(qū)的穩(wěn)定性相比之前有一定的增強，析液半衰期以及泡沫半衰期都有顯著的提升。

（2）通過對比實驗可知，在加入AMPS后，ZS系列發(fā)泡驅(qū)在高溫下的效果有一定的提高，但是AMPS的量提高后，實際的測量效果并沒有逐漸的提高。但是在AMPS（0.10%）時，所有的數(shù)據(jù)均高于其它的對比相，相比AMPS（0.03%）效果有小幅度的提升。提升的幅度并不明顯，從經(jīng)濟收益角度出發(fā)，在多組實驗相互比較的情況下得出AMPS(0.03%)的樣本實驗，發(fā)泡劑的耐高溫效果最好。

（3）利用復配增效原理，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)對比可得，新的發(fā)泡劑配方ZS-52在常溫20 ℃下，f= 960 mL，1/2=2.4 h,1/2=27.1 h。在95 ℃條件下，f= 960 mL，1/2=8.1 h，1/2=0.6 h，抗溫性能對比其它實驗效果明顯。

［1］隋智慧，林冠發(fā)，朱友益，王國房，盧壽慈. 三次采油用表面活性劑的制備、應用及進展[J].化工進展，2003,22(4):355-360.

［2］曹國慶.表面活性劑在三次采油中的應用[J].延安職業(yè)技術學院學報，2013,27(4):144-146.

［3］于偉波，張強.強化泡沫驅(qū)配方的研究[J].當代化工，2012, 41 (10): 1007-1008+1058.

［4］王其偉.泡沫驅(qū)油發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].石油鉆采工藝，2013,35(2):94-97.

［5］董海燕，單文軍，李艷寧，岳偉民，趙志濤.耐高溫泡沫技術研究概況及研究方向探討[J].地質(zhì)與勘探2014, 50(5):991-996.

［6］韓玉貴.耐溫抗鹽驅(qū)油用化學劑研究進展[J]．西南石油大學學報：自然科學版，2011，33(3):149-153．

Research on the Formula of Enhanced Foam Flooding

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（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun113001, China）

Foam flooding is widely used in tertiary oil recovery because of its advantages of reducing the interfacial tension between crude oil and water, and improving the efficiency of oil displacement. In this paper, based on Waring Blender method, ZS series of foam flooding system was tested in the range of 45~95 ℃,its stability was evaluated by using foam half-life period and drainage half-life period as indexes. The contrast test was carried out by adding different doses of AMPS in the temperature range of 45～95 ℃. The results show that the ZS-52 has the foam volume of 960 mL, drainage half-life period of 2.7 h and foam half-life period of 25.7 h at room temperature (20 ℃)，its foaming capacity and stability are excellent. Its foam half-life period is 8.1 h and drainage half-life period is 36 at 95 ℃, its heat resistance is far better than that of ordinary foaming agents.

foaming capacity; stability; foam volume

TE 357.46

A

1671-0460（2017）10-2081-04

遼寧省教育廳重點實驗室資金資助項目，項目號：2009S139。

2017-03-29

汪靖凱（1989-），男，遼寧省撫順市人，在讀碩士，研究方向：采油用表面活性劑。E-mail：1020637704@qq.com。

張強（1964-），男，教授，1988年大連理工碩士畢業(yè)，研究方向：主要從事油田化學、石油化工、精細化工工藝及分離方向的研究。E-mail：zhangqiang91@sina.com。