海上油田稠油蒸汽吞吐用高溫起泡劑研發(fā)與性能評(píng)價(jià)

袁偉杰，劉志龍，孫 君，孫艷萍，侯 岳

中國(guó)海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452

海上油田在多輪次蒸汽吞吐開發(fā)后，會(huì)引起地層稠油乳化、儲(chǔ)層條件改變等問(wèn)題，這會(huì)造成油田吸汽剖面不均的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響蒸汽吞吐開發(fā)效果［1-3］。同時(shí)，因?yàn)楹Ｉ嫌吞锏拈_發(fā)，存在單井造價(jià)高且不易維修的特點(diǎn)，所以一般采用高溫泡沫來(lái)調(diào)整吸汽剖面，以改善蒸汽注入效能，從而提高蒸汽利用率［4-5］。針對(duì)這方面的問(wèn)題，雖然國(guó)內(nèi)有學(xué)者在高溫起泡劑領(lǐng)域進(jìn)行了較多研究，主要在耐高溫起泡單劑研發(fā)、起泡劑復(fù)配以及性能評(píng)價(jià)等方面［6-8］，但是并不能完全解決這方面的問(wèn)題。

因此，本文針對(duì)海上油田蒸汽吞吐開發(fā)存在的問(wèn)題及特點(diǎn)，選用高性能單劑復(fù)配研發(fā)高溫起泡劑，并對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期解決海上油田蒸汽吞吐開發(fā)方面的相關(guān)問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

自制高溫起泡劑HY-1，主要成分為α-烯烴磺酸鹽（AOS）、椰油酰胺丙基羥磺基甜菜堿（CHSB-35）和甲醇。自制高溫起泡劑HY-2，主要成分為烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、烷基葡萄糖苷（APG）和三聚磷酸鈉。自制高溫起泡劑HY-3，主要成分為鼠李糖脂（RL）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和乙醇。實(shí)驗(yàn)藥劑均為工業(yè)品，由山東大明精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為500 mL。

實(shí)驗(yàn)用油為海上J 油田生產(chǎn)井脫水原油。實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水和J 油田模擬地層水。模擬地層水離子組成見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水離子組成

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

XPR 型分析天平，瑞士梅特勒-托利多公司；WK27-CB15K 型混調(diào)器，美國(guó)Waring 公司；M400型恒溫烘箱，美國(guó)Binder公司；HA-80型多維度物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，江蘇海安石油科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 高溫起泡劑的配伍性

在海上油田蒸汽吞吐過(guò)程中，以高溫起泡劑為伴注體系用于調(diào)整吸汽剖面的效果更佳，所以本實(shí)驗(yàn)在配制起泡劑時(shí)，采用蒸餾水配制以發(fā)揮起泡劑的最大效能。同時(shí)，考慮到高溫起泡劑進(jìn)入地層中與地層水接觸后有可能產(chǎn)生沉淀等問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)高溫起泡劑與地層水配伍性實(shí)驗(yàn)。

分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、5.0%和10.0%的高溫起泡劑地層水溶液，放入容量瓶中密封，在48 和120 h 后各觀察1 次，以高溫起泡劑溶液均一、透明、無(wú)沉淀為佳。

1.3.2 泡沫綜合值測(cè)定

將用100 mL 蒸餾水配制的1.0%起泡劑溶液倒入高速攪拌器中，攪拌3 min，將攪拌器中的泡沫液倒入量筒中，測(cè)量泡沫體積（mL），并評(píng)估起泡劑的發(fā)泡能力。將泡沫液倒入量筒時(shí)，立即計(jì)時(shí)。當(dāng)量筒底部釋放的液體體積達(dá)到50 mL 時(shí)，記錄時(shí)間，這段時(shí)間是起泡劑溶液的半衰期，用于評(píng)估其穩(wěn)定性。由于發(fā)泡量只能表征起泡劑體系的發(fā)泡難度，半衰期只反映泡沫的穩(wěn)定性，因此，引入一個(gè)新的表征泡沫綜合能力的參數(shù)——泡沫綜合值（即發(fā)泡量和半衰期的乘積）來(lái)表征泡沫的整體性能，具體計(jì)算見式（1）。

式中：Fc為泡沫綜合值，mL·s；V0為起泡體積，mL；t50為半衰期，s。

1.3.3 泡沫耐溫性測(cè)試

高溫會(huì)引起起泡劑分子發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致其部分或全部起泡劑分子失活，從而降低起泡能力。在蒸汽吞吐實(shí)施過(guò)程中，溫度將達(dá)到300 ℃，對(duì)于起泡劑分子具有較大影響，因此需要對(duì)高溫起泡劑進(jìn)行耐溫性能測(cè)試。使用蒸餾水將高溫起泡劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液，同時(shí)放入高溫高壓老化罐中，將老化罐放入300 ℃高溫烘箱內(nèi)，經(jīng)過(guò)24 h老化，待冷卻后測(cè)試泡沫綜合值。

1.3.4 泡沫耐油性測(cè)試

由于起泡劑具有遇水起泡、遇油消泡的性質(zhì)，因此在實(shí)際使用中，需要考察其對(duì)原油的耐受性能。使用蒸餾水將高溫起泡劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的工作液，再在各溶液中加入溶液總質(zhì)量2.0%的原油，經(jīng)過(guò)充分混合攪拌，測(cè)試混合液的泡沫綜合值。

1.3.5 泡沫注入能力測(cè)試

以雙管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)測(cè)試泡沫的注入能力，具體流程見圖1。

圖1 雙管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程

1） 使用蒸餾水配制1.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高溫起泡劑溶液備用。

2） 將石英砂填入填砂管，敲打砸實(shí)后稱取其干質(zhì)量。

3） 將巖心模型抽真空4 h 后，使用地層水進(jìn)行飽和，稱取濕質(zhì)量，計(jì)算孔隙度、氣測(cè)滲透率，巖心參數(shù)見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)

4） 按圖1 將2 支經(jīng)水飽和的填砂巖心管放到加熱套中，溫度調(diào)至300 ℃；并聯(lián)注入高溫泡沫防竄體系，氣液比為1∶1，回壓為2 MPa，注入速度為4 mL/min，記錄分流量變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 高溫起泡劑與地層水配伍性實(shí)驗(yàn)

分別測(cè)定HY-1、HY-2 和HY-3 這3 種高溫起泡劑與地層水的配伍性，結(jié)果見表3和表4。

表3 高溫起泡劑與地層水配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果（48 h）

表4 高溫起泡劑與地層水配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果（120 h）

由表3～4 可知：HY-1、HY-2 和HY-3 這3 種高溫起泡劑在1.0%、5.0%和10.0%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下與地層水混合，并分別放置48 和120 h 后，混合液均呈現(xiàn)均一、透明、無(wú)沉淀的狀態(tài)，可見這3種高溫起泡劑與實(shí)驗(yàn)地層水均有良好的配伍性。

2.2 泡沫綜合值實(shí)驗(yàn)

選取起泡劑HY-1、HY-2 和HY-3 進(jìn)行泡沫綜合值測(cè)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 泡沫綜合值實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5 可知：HY-1、HY-2、HY-3 這3 種高溫起泡劑的起泡高度均超過(guò)了500 mL，特別是HY-3 超過(guò)了600 mL，起泡能力較強(qiáng)；HY-2 的析液半衰期未超過(guò)500 s，泡沫穩(wěn)定性相對(duì)較差。由此可見，HY-1 和HY-3 主劑與輔劑的選擇和配比較好，在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)性能方面符合海上油田的使用要求。

2.3 泡沫耐溫性測(cè)試結(jié)果

考察3 種高溫起泡劑HY-1、HY-2 和HY-3的耐溫性能，結(jié)果如表6所示。

表6 高溫起泡劑耐溫性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表6 可知：HY-1、HY-2 和HY-3 在300 ℃下老化24 h 后，HY-1 老化后溶液出現(xiàn)少許沉淀，HY-2 老化后溶液呈現(xiàn)黃色渾濁，HY-3 老化后與老化前無(wú)區(qū)別，均為無(wú)色透明液體；同時(shí)3 種起泡劑的起泡高度和析液半衰期均有不同程度下降，以泡沫綜合值來(lái)體現(xiàn)，分別比老化前下降27.3%、29.0%和15.7%。綜合判斷，HY-3耐溫性能較好，在高溫作用下，其分子結(jié)構(gòu)破壞程度較小，整體保持較高的起泡性能。

2.4 泡沫耐油性測(cè)試結(jié)果

考察3 種高溫起泡劑HY-1、HY-2 和HY-3的耐油性能，結(jié)果如表7所示。

表7 高溫起泡劑耐油性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表7 可知：在加入溶液總質(zhì)量2.0%的原油后，HY-1、HY-2 和HY-3 的起泡高度和析液半衰期下降程度較大，以泡沫綜合值來(lái)看，分別比老化前下降66.7%、74.1%和54.7%。相對(duì)來(lái)說(shuō)，HY-3的起泡性能仍保留原有的一半左右，耐油性能優(yōu)于HY-1 和HY-2。由于滲透率高或含水高的地層都存在殘余油，因此，要求泡沫體系在一定的含油飽和度下保持良好的泡沫性能。另外，含油飽和度高的時(shí)候，要求泡沫消泡快，才能保證泡沫體系具有選擇性封堵能力。

2.5 泡沫注入能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)泡沫靜態(tài)性能測(cè)試結(jié)果，選取HY-3 高溫起泡劑進(jìn)行泡沫注入能力實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 高溫起泡劑HY-3選擇性注入實(shí)驗(yàn)

由圖2 可知：在注入0.2 PV 之前，高溫起泡劑HY-3 的高滲和低滲巖心的分流量均有上升；在0.2 PV 后，高滲巖心分流量逐漸下降，而低滲巖心分流量逐步上升。說(shuō)明HY-3 在逐漸進(jìn)入巖心的過(guò)程中，形成泡沫并減少進(jìn)入高滲通道，表明高溫泡沫防竄體系具有選擇性注入能力。

3 結(jié)論

1）結(jié)合海上稠油油田蒸汽吞吐的需求與工藝特點(diǎn)，使用非離子、陽(yáng)離子、兩性離子表面活性劑以及助劑自主復(fù)配研發(fā)HY-1、HY-2和HY-3這3種高溫起泡劑體系，與J 油田地層水具有良好的配伍性。

2）HY-1、HY-2和HY-3這3種自主研發(fā)高溫起泡劑體系均有較好的起泡性能，但HY-1和HY-2的耐高溫、耐油性能較差，不能滿足海上油田蒸汽吞吐高溫起泡的需求。

3）以鼠李糖脂（RL）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和乙醇配制的HY-3 高溫起泡劑具有較好的耐高溫、耐油性能，且在選擇性注入實(shí)驗(yàn)中能夠建立高滲通道阻力，實(shí)現(xiàn)不同滲透率通道間的選擇性進(jìn)入。