泡沫驅(qū)用起泡劑的篩選及性能評(píng)價(jià)

周春玲，朱趁安，章文榮，李 鵬

（西安長(zhǎng)慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

泡沫驅(qū)用起泡劑的篩選及性能評(píng)價(jià)

周春玲，朱趁安，章文榮，李 鵬

（西安長(zhǎng)慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

本文采用攪拌法篩選評(píng)價(jià)泡沫驅(qū)用起泡劑，對(duì)多種泡沫驅(qū)用起泡劑的起泡能力、穩(wěn)定性、與水的配伍性、抗鈣鎂離子和耐鹽能力進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了起泡劑的濃度對(duì)起泡量的影響、溫度及穩(wěn)定劑對(duì)起泡量及半衰期的影響、礦化度對(duì)界面張力影響的性能特性，最終根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)適用性，對(duì)不同礦化度的水篩選出相應(yīng)的起泡劑，為長(zhǎng)慶油田泡沫驅(qū)油及調(diào)驅(qū)堵水的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供了有力的科學(xué)依據(jù)。

泡沫驅(qū)；起泡劑；起泡能力；穩(wěn)定性

利用表面活性劑發(fā)泡性配成驅(qū)油劑進(jìn)行采油的方法稱為泡沫驅(qū)。泡沫驅(qū)是在復(fù)合多元驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的驅(qū)油方法，是一種應(yīng)用前景廣泛的三次采油技術(shù)，泡沫驅(qū)既是一種驅(qū)油介質(zhì)，也具有一定的封堵調(diào)剖能力。泡沫試驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)取得了增油效果，同時(shí)由于起泡劑用量低，礦場(chǎng)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)上具有較大的吸引力。目前因現(xiàn)場(chǎng)使用的泡沫驅(qū)用起泡劑還不盡理想，所用起泡劑的起泡能力及穩(wěn)定性達(dá)不到預(yù)期目的，影響驅(qū)油效果，因此進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)泡沫驅(qū)用起泡劑進(jìn)一步進(jìn)行性能改進(jìn)，針對(duì)地層水礦化度的不同及性能影響因素評(píng)價(jià)出相應(yīng)的泡沫驅(qū)用起泡劑[1-3]。

1 泡沫驅(qū)用起泡劑的篩選

1.1 初步篩選試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，在專用量杯中加入100 mL一定體積分?jǐn)?shù)的起泡劑溶液，用GJ-3S高速攪拌機(jī)高速（9 000 r/min）攪拌60 s后，關(guān)閉開(kāi)關(guān)，快速將量杯中起泡液全部轉(zhuǎn)移至500 mL量筒中，馬上讀取泡沫體積Vf（起泡能力），然后記錄從泡沫中析出50 mL液體所需的時(shí)間，即半衰期t1/2（穩(wěn)定性）。

也可以使用羅氏泡沫儀評(píng)價(jià)起泡劑的起泡能力及穩(wěn)定性，就是使起泡劑溶液從規(guī)定高度流到相同溶液的液體表面之后，測(cè)量得到的液體體積即發(fā)泡能力，記錄泡沫破滅一半所用時(shí)間，測(cè)定泡沫的半衰期。

前一種方法更為方便快捷，以下主要使用的是前一種方法，即高速攪拌法。

在室溫條件下，選擇AES、現(xiàn)場(chǎng)用起泡劑、BS-12、SDS、15#、AOS、OP-10等多種起泡劑進(jìn)行起泡能力及穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，選擇濃度為0.5%，用蒸餾水配制起泡劑溶液，測(cè)定其泡沫體積Vf及半衰期t1/2，試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）。

表1 起泡劑的初步篩選

從表1可以得出在蒸餾水中各起泡劑起泡能力最好的是SDS，其次是AOS、AES、15#、起泡劑2#（稠）、現(xiàn)場(chǎng)用起泡劑，而起泡劑 1#（?。S-12、OA-12、OP-10起泡能力較差，半衰期較短，將這四種樣品淘汰。

1.2 二次篩選試驗(yàn)

將上述起泡能力較好的各起泡劑改用20 000 mg/L礦化度配制鹽水（其中含鈣離子和鎂離子總量為514mg/L）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)條件同上，測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。

表2 在20 000 mg/L礦化度鹽水中的評(píng)價(jià)試驗(yàn)

通過(guò)表2可以看出SDS在20 000 mg/L礦化度鹽水中依然表現(xiàn)出最好的起泡量，對(duì)比表1可以看出各起泡劑的起泡量及半衰期較好的是SDS、AOS、AES、15#，起泡量均達(dá)到了480 mL以上，而現(xiàn)場(chǎng)用起泡劑、起泡劑2#（稠）起泡能力相對(duì)較差，半衰期較短，將這兩種樣品淘汰。下面將重點(diǎn)評(píng)價(jià)SDS、AOS、AES、15#四個(gè)起泡劑。

1.3 起泡劑抗鈣、鎂離子和耐鹽能力

分別配制40 000 mg/L（其中含鈣離子和鎂離子總量為1 028 mg/L）、50 000 mg/L（鈣離子和鎂離子總量為1 290 mg/L）、80 000 mg/L（鈣離子和鎂離子總量為2 056 mg/L）礦化度配制鹽水配制起泡劑進(jìn)行起泡量及半衰期試驗(yàn)，起泡劑濃度為0.5%，試驗(yàn)條件同上，試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3、表4和表5）。

表3 在40 000 mg/L礦化度鹽水中的篩選試驗(yàn)

表4 在50 000 mg/L礦化度鹽水中的篩選試驗(yàn)

表5 在80 000 mg/L礦化度鹽水中的篩選試驗(yàn)

從表3、表4、表5中可以得知，SDS的起泡性能變化最大，由在蒸餾水中起泡量550 mL的起泡能力最好，到在80 000 mg/L礦化度鹽水中起泡量明顯降低為105 mL，半衰期降到只有10 s，這主要是因?yàn)镾DS是陰離子表面活性劑，二價(jià)鈣離子會(huì)使其產(chǎn)生沉淀，嚴(yán)重影響起泡能力，另外，陰離子型表面活性劑形成的泡沫液膜具有表面雙電層，負(fù)電荷相互排斥，可增加泡沫的穩(wěn)定性，當(dāng)電解質(zhì)溶液濃度很高時(shí)，泡沫液膜的擴(kuò)散雙電層被壓縮，相斥作用減少，泄液（使膜變?。┧俣燃涌?，半衰期變短。

AOS與SDS兩個(gè)起泡劑與較高礦化度水的配伍性差，起泡能力及半衰期明顯下降，將這兩個(gè)樣品淘汰，試驗(yàn)中AES在各鹽水中起泡能力有所降低，半衰期有較大幅度的延長(zhǎng)，有一定的抗鈣和抗鹽能力，但耐高鹽和抗鈣鎂離子能力稍差，與高礦化度水的溶解性差，而15#的起泡量和半衰期相對(duì)穩(wěn)定，與高礦化度水的溶解性好，具有優(yōu)良的抗鈣鎂和抗鹽能力。下面將對(duì)泡沫驅(qū)用起泡劑AES和15#進(jìn)一步進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

2 性能評(píng)價(jià)

2.1 濃度對(duì)起泡量的影響

選取起泡劑不同濃度0.1%、0.25%、0.3%、0.5%、1%對(duì)上述篩選出的AES、15#在20 000 mg/L礦化度配制鹽水中進(jìn)行濃度評(píng)價(jià)試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表6，圖1）。

表6 AES、15#在不同濃度下的泡沫體積及半衰期

圖1 不同濃度下泡沫體積變化

從表6可以看出隨著起泡劑濃度的增加泡沫體積Vf及半衰期t1/2都是先增大，到達(dá)一定濃度后變得平穩(wěn)，但當(dāng)起泡劑濃度繼續(xù)增加時(shí)，Vf與t1/2變化較小，也就是在臨界膠束濃度附近的起泡能力最強(qiáng)。綜合考慮起泡能力、半衰期和經(jīng)濟(jì)因素，選定濃度可在0.3%～0.5%。

2.2 溫度對(duì)起泡量及半衰期的影響

將AES及15#在室溫（17℃）及預(yù)熱30℃、40℃、50℃下測(cè)起泡劑的起泡能力及穩(wěn)定性，起泡劑濃度為0.5%，在20 000 mg/L礦化度配制鹽水中配制溶液，試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表7）。

表7 溫度對(duì)起泡量及半衰期的影響

從表7可以看出在50℃以內(nèi)AES隨著溫度的升高起泡量均有提升，而半衰期卻隨著溫度的升高而有所降低，15#隨著溫度升高，起泡量略有提高，半衰期縮短。可見(jiàn)隨著溫度升高起泡量升高，泡沫半衰期縮短，穩(wěn)定性變差。

2.3 礦化度對(duì)起泡劑界面張力的影響

用不同的水配制15#、AES溶液，濃度為0.5%，分別用煤油、原油測(cè)得界面張力，試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表8）。

從表8可以看出，不同礦化度水對(duì)起泡劑的界面張力有較大的影響，隨著礦化度增大，界面張力降低。

表8 AES、15#在不同水中的界面張力

2.4 穩(wěn)定劑對(duì)起泡劑起泡量及半衰期的影響

泡沫穩(wěn)定劑按機(jī)理可分為兩類(lèi)：（1）增黏型穩(wěn)定劑，主要是通過(guò)提高基液的黏度來(lái)減緩泡沫的排液速率，延長(zhǎng)半衰期，從而提高泡沫的穩(wěn)定性如PAM、CMC等；（2）其主要作用是提高氣泡薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的黏彈性，減小泡沫的透氣性從而提高泡沫的穩(wěn)定性，如HEC等。

在起泡劑AES、15#中加入穩(wěn)定劑聚丙烯酰胺溶液配制起泡劑溶液，用20 000 mg/L配制鹽水，起泡劑濃度0.5%，聚丙烯酰胺濃度0.05%，試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表9）。

表9 穩(wěn)定劑對(duì)起泡量及半衰期的影響試驗(yàn)

從表9可以看出，加入穩(wěn)定劑后起泡劑半衰期均有延長(zhǎng)，但起泡量均有下降，AES起泡量由原來(lái)的505 mL降到當(dāng)前的300 mL，15#由原來(lái)的500 mL降到當(dāng)前的320 mL。當(dāng)溫度升高后，泡沫半衰期縮短，穩(wěn)定性變差時(shí)，為了延長(zhǎng)起泡劑的半衰期，在起泡劑內(nèi)加入穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑能改善泡沫穩(wěn)定性，但影響體系的發(fā)泡能力，使泡沫量降低，當(dāng)穩(wěn)定劑加量過(guò)高時(shí)，雖然其穩(wěn)泡效果好，但卻使體系的發(fā)泡能力下降。因此，在確定穩(wěn)定劑加量時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工條件，在滿足泡沫體系穩(wěn)定性的前提下盡量少加穩(wěn)定劑。

3 現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性試驗(yàn)

用注入水與采出水配制起泡劑溶液，繼續(xù)用上面篩選出的2個(gè)起泡劑15#、AES進(jìn)行與現(xiàn)場(chǎng)水的試驗(yàn)，用五里灣二區(qū)柳74-62注入水及柳75-63采出水（1：1加量，先加一半的注入水溶解起泡劑，再加另一半采出水）配制起泡劑進(jìn)行起泡量及半衰期試驗(yàn)，起泡劑濃度為0.5%，試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表10）。

表10 現(xiàn)場(chǎng)水配制試驗(yàn)

通過(guò)表10可以看出15#及AES均適合五里灣二區(qū)現(xiàn)場(chǎng)使用，但AES溶解性稍差，抗鹽效果不如15#，因此建議在較低礦化度水中使用AES為泡沫驅(qū)用起泡劑，在較高礦化度下用15#作為最理想的起泡劑。

4 結(jié)論

通過(guò)泡沫驅(qū)用起泡劑的篩選及對(duì)泡沫驅(qū)用起泡劑性能影響的因素分析，得到如下結(jié)論：

（1）15#、AES是現(xiàn)場(chǎng)五里灣二區(qū)較為理想的泡沫驅(qū)用起泡劑，當(dāng)?shù)貙铀^高礦化度時(shí)用15#起泡劑，地層水含礦化度小于等于20 000 mg/L時(shí)選擇AES作為起泡劑。

（2）起泡劑濃度加量為0.3%～0.5%應(yīng)最為適宜。

（3）起泡劑一般情況下隨溫度升高起泡量升高，半衰期縮短。

（4）不同礦化度水對(duì)起泡劑界面張力有影響。

因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要及影響因素，可合理調(diào)整使用泡沫驅(qū)用起泡劑使起泡綜合指數(shù)達(dá)到最佳。

［1］劉竟成，楊敏，袁福鋒.新型氣井泡排劑SP的起泡性能研究［J］.油田化學(xué)，2008，25（2）：111-114.

［2］李豪浩.起泡劑的篩選與性能評(píng)價(jià)［J］.石油地質(zhì)與工程，2009，23（2）：128-130.

［3］吳信榮，林偉民，姜春河，等.空氣泡沫調(diào)驅(qū)提高采收率技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

Screening and performance evaluation of froth drive foaming agent

ZHOU Chunling，ZHU Chen＇an，ZHANG Wenrong，LI Peng
（Xi'an Changqing Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Xi'an Shanxi 710018，China）

In this paper,the method of stirring was used to evaluate the foaming agent used in foam flooding.The foaming ability,stability,compatibility with water,anti-calcium and magnesium ions and salt tolerance of various foaming-frother foaming agents were compared.The influence of the concentration of the foaming agent on the foaming amount,the influence of the temperature and the stabilizer on the foaming amount and the half-life,the performance characteristics of the influence of the salinity on the interfacial tension were evaluated.And finally,according to the field applicability,degree of water filter out the appropriate foaming agent for the Changqing oilfield foam flooding and the flood control field test provides a strong scientific basis.

foam flooding；foaming agent；foaming ability；stability

TE357.46

A

1673-5285（2017）12-0049-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.012

2017－11-18