耐油抗醇泡排劑的研究

徐 杰，王明鳳，劉博文

（1. 長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 433000； 2. 克拉瑪依新捷能源有限公司, 新疆 克拉瑪依 834000；3. 長慶油田第十一采油廠, 甘肅 慶陽 745100）

耐油抗醇泡排劑的研究

徐 杰1，王明鳳2，劉博文3

（1. 長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 433000； 2. 克拉瑪依新捷能源有限公司, 新疆 克拉瑪依 834000；3. 長慶油田第十一采油廠, 甘肅 慶陽 745100）

針對氣井含油、含醇情況，以十二烷基硫酸鈉（SDS）、芥酸酰胺丙基甜菜堿（EAB）為主成分，特種表面活性劑氟碳型FC-117為穩(wěn)定劑，添加劑PVG，獲得SDS、EAB、FC-118、PVG的最佳配比為2:1:0.04:0.04，從而研制出獨特的抗油、抗鹽、抗乙二醇復(fù)配泡排劑，與現(xiàn)場常用泡排劑UT-6、UT-11C、UT-10B進(jìn)行對比。實驗表明：復(fù)配泡排劑不僅具有優(yōu)異的抗凝析油、抗甲醇能力，且具有良好的抗溫、抗鹽等常規(guī)泡排劑所具備的優(yōu)勢。

抗油； 抗鹽； 抗甲醇； 泡沫高度； 攜液量

開采天然氣的過程中，伴隨著氣藏壓力降低，天然氣流動速率變低，使得凝析液或地層水滯留井底，形成積液。一方面，積液液柱會對氣藏形成靜水回壓，氣藏與井筒底部之間生產(chǎn)壓差變低，從而天然氣運移能力和向井筒供氣的能力減??；另一方面，井底與井口之間由于氣水兩相滲流還需克服滑脫損失，消耗更多的能量，氣體攜液能力下降。兩方面綜合作用使井底積液不斷增多，惡性循環(huán)。積液不排除，氣井將可能停產(chǎn)報廢。采取排除積液的措施可以有效防止氣井過早停產(chǎn)，從而使氣井的壽命變長[1-10]。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

氯化鎂（MgCl2）、氯化鈣（CaCl2）、氯化鈉（NaCl），濰坊市神州化學(xué)有限公司；椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB）、月桂酰胺丙基氧化胺（LAO）、EAB 芥酸酰胺丙基甜菜堿、十二烷基二甲基氧化胺（OA-12）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、十二烷基甜菜堿（BS-12）、聚乙烯醇（PVG），工業(yè)級，北京國豪化工；UT-6、UT-10B 、UT-11C，工業(yè)級，成都孚吉科技責(zé)任有限公司；乙二醇，凝析油，現(xiàn)場地層水，某油田M氣井；自制羅氏泡沫儀（用1251羅氏泡沫儀改裝），實驗室自制；電子天平（精度1 mg）。

1.2 評價方法

實驗主要參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T7462-1994《發(fā)泡力的測定》和SY/T6465-2000《泡沫排水采氣用起泡劑評價方法》，對起泡劑起泡性能和攜液能力進(jìn)行相關(guān)評價。

（1）運用1251羅氏泡沫儀操作基本方法，測定不同濃度的起泡液滴完后在起始時刻、3、5 min的泡沫高度，分析對比各種發(fā)泡劑的有效室內(nèi)發(fā)泡能力。

（2）配置200 mL濃度為0.5%的泡排劑溶液，將其置于羅氏泡沫儀的發(fā)泡管中，由發(fā)泡管底端通入空氣（壓力為0.05 MPa），測試10 min后從發(fā)泡管的頂端流出的液體總體積。其攜液能力可表示為：攜液率=（攜液量/發(fā)泡管中溶液總體積）× 100%。

2 實驗結(jié)論

2.1 主劑的選擇

2.1.1 起泡劑的選擇

分別將單一起泡劑CAB、LAO、EAB、OA-12、SDS、BS-12，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的溶液，采取羅氏-邁爾斯法測試起泡性和穩(wěn)泡性，記下30 s、3 min時羅氏泡沫儀中泡沫的高度。實驗溫度 30 ℃，實驗結(jié)果如圖 1、圖 2所示。

圖1 30 s 時刻起泡劑的泡沫高度Fig.1 Foaming height of foaming agent at 30 s

圖2 3 min時刻起泡劑的泡沫高度Fig.2 Foaming height of foaming agent at 3 min

由圖可見，泡沫高度隨著起泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大呈現(xiàn)上升的趨勢，且針對不同發(fā)泡劑，都存在一個相應(yīng)的臨界濃度，是泡沫高度的最大值。這是由于溶液中的表面活性劑分子與形成的膠束濃度之間存在著一定的平衡，溶液中表面活性劑的濃度增大時，溶液中所形成的膠束也會相應(yīng)的增多。當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于臨界膠束濃度時，增大溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，泡沫界面膜上的發(fā)泡劑分子增加，發(fā)泡力也會相應(yīng)的加強(qiáng)；表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于臨界膠束濃度時，泡沫表面將聚集更多的活性劑分子，所形成的表面膜致密程度增強(qiáng)，所得到的泡沫穩(wěn)定性同樣變強(qiáng)；然而當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過某一定值，泡沫表面的液量會減少，泡沫穩(wěn)定性降低。SDS分子結(jié)構(gòu)中的—OSO3Na基團(tuán)，具有強(qiáng)親水性，能促進(jìn)泡沫的形成和穩(wěn)定，故其發(fā)泡性最好。EAB屬于耐高溫黏彈性表面活性劑，能耐溫度110 ℃，且能與陰離子、陽離子、非離子和兩性表面活性劑均有良好的配伍性，同時還能能降低陰離子表面活性劑刺激性。SDS和EAB都有良好的起泡性，故選擇SDS和EAB為配方研制的主劑。

2.1.2 起泡劑的復(fù)配

將主劑SDS和EAB分別按質(zhì)量比為3:1、2:1、1:1、1:2、1:3復(fù)配，測定復(fù)配后的發(fā)泡劑的泡沫高度，實驗成果如表1所示。

表1 復(fù)配實驗結(jié)果Table 1 Complex experimental results

由表可知，綜合對比30 s、3 min、5 min時刻的泡沫高度，A2、A3兩組的泡沫高度明細(xì)高于其他組，且A2、A3的泡沫高度相近，故選A2、A3。即SDS和EAB的質(zhì)量比為2:1、1:1。

2.2 穩(wěn)泡劑的選擇

由于氟碳鏈Rf既疏水又疏油，不同的氧碳鏈分子之間具有相互排斥作用，與碳?xì)浔砻婊钚詣┫啾绕鋸乃芤褐羞w移至溶液表面的所需的能量更低，從而在濃度很低是就有大量分子聚集在表面，使得鼠碳表面活性劑疏水基團(tuán)整齊規(guī)整的排列在氣-液界面，就像是一層-CF3裸露在溶液與空氣界面處，因此具有非常低的表面張力。氟原子擁有獨特的幾何尺寸和電負(fù)性等性能，C-F鍵鍵能為48 kJ·mo1，就目前研究情況可知，這比其他任何元素所形成的單鍵鍵能都大，所以C-F鍵非常穩(wěn)定定。故從中選氟碳表面活性劑為穩(wěn)泡劑。實驗結(jié)果如表2所示。

由表可知，當(dāng)添加FC117作為穩(wěn)泡劑時，整體效果明顯優(yōu)于FC118，當(dāng)SDS、EAB、EC117的比例為2:1:0.03時，配方B2的發(fā)泡性和穩(wěn)泡性最好，故選擇B2。

2.3 添加劑

選擇PVG為添加劑，使溶液聚合度增大，水溶液粘度增大，成膜后的強(qiáng)度和耐溶劑性提高，增加泡沫厚度，提高泡沫穩(wěn)定性，實驗結(jié)果如表3。

表2 添加穩(wěn)泡劑實驗結(jié)果Table 2 Adding foam stabilizer experimental results

表3 添加添加劑實驗結(jié)果Table 3 Additive test results

由表可知，添加適當(dāng)?shù)奶砑觿ε菽叨群头€(wěn)定性影響不大，但對攜液量具有一定影響。攜液量整體隨著 PVG含量的增加呈現(xiàn)出上升的趨勢，當(dāng)PVG含量為 0.05時，攜液量獲得最大值。故配方SDS、EAB、FC117、PVG的最佳配比為2:1:0.04:0.04。

3 起泡劑性能評價

3.1 抗油性

在開采天然氣過程中，最底部的積液常存有一定量的凝析油，因為凝析油具有較強(qiáng)的消泡效果。所以，泡排劑應(yīng)該具備一定的抗凝析油能力。實驗考察了在不同凝析油含量的配液用水中的發(fā)泡能力和穩(wěn)泡能力并與在實際施工中應(yīng)用較多的泡排劑進(jìn)行對比UT-6，UT-10B、UT-10C。

配制不同濃度的凝析油水溶液300 mL，采用羅氏泡沫測定儀測定30 s，3 min，5 min的泡沫高度及攜液量。如下表4所示。

由表4可知，起泡劑的泡沫高度、穩(wěn)泡時間、攜液量隨著凝析油含量的增大而減小，當(dāng)凝析油含量為20%時，M起泡劑的泡沫穩(wěn)定性、攜液率明顯優(yōu)于現(xiàn)在常用UT-6、UT-10B、UT-11C，且攜液率為70%。

3.2 抗醇性

向氣井中放入乙二醇，既起到防凍的作用，又可防止井內(nèi)管柱和集輸過程中的水合物堵塞。乙二醇的加入很大程度上會影響泡排劑的發(fā)泡效果及攜液能力。我們采用乙二醇來進(jìn)行抗醇性能評價，實驗結(jié)果如表5。

表4 抗油性能評價Table 4 Evaluation of oil resistance

表5 M不同含醇量下的起泡能力Table 5 M foaming capacity at different alcohol levels

由表5可知，乙二醇對泡沫高度及泡沫穩(wěn)定性存在一定影響，乙二醇濃度的越大，影響作用越明顯。在乙二醇含量為10%時M的攜液量和泡沫高度都超過了常規(guī)泡排劑UT-6，UT-10B、UT-10C。

3.3 抗溫性

溫度對著泡沫的穩(wěn)定性有較大的影響：氣泡中分子的運動隨著溫度的升高而活躍，從而氣體膨脹、液體蒸汽壓升高，最終導(dǎo)致液膜變薄，甚至破裂；溫度的變高將導(dǎo)致泡排劑的表面黏度降低，泡沫穩(wěn)定性下降，對泡沫的發(fā)泡能力和攜液能力造成嚴(yán)重的影響。實驗中我們考察了M在不同溫度下的發(fā)泡能力及穩(wěn)泡能力，并與常用的泡排棒UT-6、UT-10B、UT-10B對比(表6)。

表6 M不同溫度度下的起泡能力Table 6 Foaming capacity at different temperatures

從表6可以看出，起始時刻的泡沫高度隨溫度的變高表現(xiàn)出上升趨勢，而5 min時的泡高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在45 ℃時達(dá)到最大值175 mm。這是因為伴隨著溫度的上升，泡沫膨脹使體積變大，但隨著時間的延長，液膜水分蒸發(fā)從而變薄變脆，直至破裂，從而使得泡沫穩(wěn)定性降低。由表得出，在相同溫度（75 ℃）下，泡排劑M的泡沫高度和攜液量都好于UT-6、UT-10B和UT-10C，說明泡排劑M具有相當(dāng)出色的抗溫性。

3.4 抗鹽性

礦化度較高時，表面活性劑的發(fā)泡能力及穩(wěn)泡能力會受到非常大影響，特別是陰離子表面活性劑可與 CaCl2等反應(yīng)生成沉淀，因此，泡排劑需要具有出色的抗鹽性。實驗室以 CaCl2、MgCl2、NaCl的質(zhì)量比 1:1:4配置不同組分礦化度的配液用水，與 UT-6、UT-10B、UT-10C進(jìn)行比較，實驗結(jié)果如表7。

表7 M不同礦化度下的起泡能力Table 7 M bubbling ability under different salinities

由表7可得，伴隨著配液礦化度的變大，發(fā)泡能力及穩(wěn)泡能力有呈現(xiàn)出下降的整體趨勢，但下降平緩，在礦化度為15×104mg/L時，穩(wěn)泡能力仍有110 mm，抗鹽效果優(yōu)于現(xiàn)場所用泡排劑 UT-6、UT-10B、UT-10C，該泡排劑具有出色的抗鹽性。

3.5 配伍性

用自來水、不同礦化度的配液用水、現(xiàn)場地層水分別配制0.1%、0.3%、0.5%的泡排劑溶液，30 ℃溫度下靜置24 h，泡排劑溶液均一透明，無沉淀或分層現(xiàn)象。說明起泡劑與配水、地層水具有優(yōu)良的配伍性。

3.6 現(xiàn)場地層水試驗

取自某油田的凝析氣井的現(xiàn)場地層水，井底溫度為78℃，經(jīng)鑒定，地層水中凝析油含量為10%，乙二醇為 16%。用此地層進(jìn)行試驗，并與 UT-6、UT-10B、UT-10C形成對比。實驗溫度為78 ℃，結(jié)果如表8。

表8 現(xiàn)場地層水實驗數(shù)據(jù)Table 8 Field formation water experimental data

由表8可得，M試用在現(xiàn)場地層水中的泡沫高度明顯優(yōu)于UT-6、UT-10B、UT-10C，效果明顯，說明M在溫度、凝析油、礦化度等綜合因素的影響下仍具有較強(qiáng)的適用性。

4 結(jié) 論

（1）實驗室做抗油起泡劑的初選時，可以選用白油當(dāng)作凝析油，白油在高溫下不會揮發(fā)，可用于高溫條件下抗油起泡劑篩選。

（2）根據(jù)室內(nèi)實驗結(jié)果，優(yōu)選的發(fā)泡劑 M的質(zhì)量濃度為 0.5%，且發(fā)泡劑故配方 SDS、EAB、FC117、PVG的最佳配比為2:1:0.04:0.04。

（3）根據(jù)室內(nèi)評價結(jié)果，優(yōu)選的起泡劑 M具有突出的耐油抗乙二醇的能力。

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Study on Oil-resistance and Anti-ethanediol Foam Scrubbing Agent

XV Jie1，WANG Ming-feng2，LIU Wen-bo3

（1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 433000，China；2. Karamay Xinjie Energy Company Limited,Xinjiang Kelamayi 834000，China; 3. Changqing Oilfield Company No.11 Oil Production Field, Gansu Qingyang 745100，China）

Taking sodium dodecyl sulphate (SDS) and eruciamide propyl betaine (EAB) as the main agents，fluorocarbon type special surfactant FC-118 as stabilizer, PVG as an additive, a unique anti-oil, anti-salt and anti-methanol compound foam scrubbing agent (SDS:EAB:FC-118:PVG = 4: 1: 0.32: 0.04) was prepared, and it was compared with common foam scrubbing agent UT-6,UT-11C and UT-10B. The experimental results show that the compound foam scrubbing agent has many advantages, such as good anticoagulant and anti-methanol, and good anti-temperature and salt-resistance abilities.

oil resistance; salt resistance; methanol resistance; foam height; liquid carrying capacity

TE 357

A

1671-0460（2016）12-2803-04

2016-11-06

徐杰（1988-），男，陜西省西安市人，碩士，研究方向：從事油氣田開發(fā)方面的工作。E-mail：xujie_dahis@foxmail.com。