一種抗高凝析油陽離子起泡劑的制備及室內(nèi)評(píng)價(jià)

王冠翔，元平南，張耀元，馬雙政，周廣巍，南源，李元奎

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，廣東 湛江 524057)

南海西部油田出水氣田地層溫度高，部分區(qū)塊具有高含凝析油的特點(diǎn)，井筒積液積累，氣體不能排出，影響了氣井的產(chǎn)量。泡沫排水采氣工藝具有投資小、設(shè)備簡單、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，泡沫排水采氣技術(shù)被廣泛應(yīng)用。泡沫排水采氣技術(shù)主要使用起泡劑與井筒積液混合后，通入氣體產(chǎn)生大量低密度含水泡沫，氣流將泡沫帶出井筒，從而減少井筒內(nèi)積液[1-6]。

目前各大氣田使用的陽離子型起泡劑主要是含氮的有機(jī)胺衍生鹽，常用的有季銨鹽類和胺鹽類[6-11]。這些陽離子表面活性劑有較好的抗鹽能力，起泡性能、泡沫穩(wěn)定性能，但是抗凝析油能力較差，抗高溫能力有限，且易乳化。這主要是受其分子間的排布規(guī)律和分子的極性頭較大，難以形成致密的表面膜所致[12-14]?；诖?，筆者以十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)、氫氧化鈉和乙二酸為原料合成了一種陽離子表面活性劑BLA-1。通過引入親水性強(qiáng)的羧基增加親水性能，羧基和十六烷基基團(tuán)在液體中定向排列，液體分子與兩種基團(tuán)間的親和力強(qiáng)，相互作用減弱，使表面張力顯著下降，提高活性劑起泡能力；另外，以乙二酸取代CTAC的陰離子部分，使疏水基團(tuán)在氣相與液相界面處相互排列比較緊簇，提高耐溫性能，克服對(duì)凝析油較為敏感的缺陷。本文對(duì)BLA-1的室內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行了報(bào)道。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要藥品與儀器

CTAC，分析純，麥克林試劑；甲醇，分析純，天津大茂化學(xué)有限公司；氫氧化鈉，分析純，廣東光華科技股份有限公司；乙二酸，分析純，麥克林試劑；丙酮，分析純，鄭州冠達(dá)化工產(chǎn)品有限公司；凝析油，南海西部海上平臺(tái)。

A601表面張力儀，美國科諾有限公司；GJS-B12K變頻高速攪拌機(jī)，青島海通達(dá)有限公司；羅氏泡排儀，上海銀澤有限公司；Axio ScopeA1偏光顯微鏡，德國萊卡有限公司；X500R QTOF傅里葉變換紅外光譜儀，深圳市深賽科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在25 ℃，將CTAC加入到甲醇中，充分溶解后，將10%氫氧化鈉(n(CTAC)∶n(氫氧化鈉)=1∶1.05)加到溶液中，反應(yīng)3 h后，將離心過后的上清液與乙二酸(n(CTAC)∶n(乙二酸)=1∶1.1)反應(yīng)，減壓蒸餾除去甲醇得白色膏狀，將白色膏狀用丙酮分多次洗滌，最后與甲醇冷卻結(jié)晶，重結(jié)晶3次，將其在真空烘箱中干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物BLA-1。

2 室內(nèi)評(píng)價(jià)

2.1 紅外光譜分析

圖1為BLA-1的紅外光譜(溴化鉀壓片法)。

圖1 BLA-1的紅外光譜

由圖1可以看出，3 000～3 500 cm-1出現(xiàn)的羥基峰是因BLA-1吸水導(dǎo)致；1 700 cm-1出現(xiàn)羰基峰說明分子中存在羰基；2 900 cm-1出現(xiàn)飽和碳?xì)湔駝?dòng)吸收峰；1 300～150 cm-1多次出現(xiàn)亞甲基和甲基彎曲振動(dòng)吸收峰。以上說明反應(yīng)得到了目標(biāo)產(chǎn)物BLA-1。

2.2 表面張力

采用蒸餾水分別配置不同質(zhì)量濃度的BLA-1溶液，在25 ℃下測(cè)試表面張力，結(jié)果見圖2。

由圖2可以看到，起泡劑的臨界膠束濃度位0.5 g/L，γcmc為32.3 mN/m。隨著質(zhì)量濃度變大，起泡劑的表面張力先降低后趨于平穩(wěn)，是因?yàn)橐后w表面吸附達(dá)到飽和，活性分子不能繼續(xù)富集，起泡劑的疏水基團(tuán)仍想逃離水環(huán)境，導(dǎo)致親水基團(tuán)朝外疏水基團(tuán)朝內(nèi)，形成膠團(tuán)不再降低溶液的表面張力。

圖2 起泡劑的表面張力

2.3 起泡性能

在25 ℃和80 ℃下，分別用蒸餾水與地層水配置0.5 g/L的BLA-1、AOS12和Span-80溶液，將溶液倒入泡排儀中，加熱到目標(biāo)溫度，通入氮?dú)?0 min后計(jì)時(shí)，記錄泡沫高度。以半衰期來衡量穩(wěn)泡能力，結(jié)果見表1。

表1 起泡性能評(píng)價(jià)

由表1可知，在25 ℃，BLA-1具有較好的起泡能力和穩(wěn)泡能力。使用蒸餾水與地層水配置溶液看出，BLA-1與該井的配伍性強(qiáng)。

2.4 泡沫微觀結(jié)構(gòu)

用地層水配制質(zhì)量濃度為0.5 g/L的BLA-1溶液，加入50%凝析油，9 000 r/min高速攪拌1 min，取微量泡沫制成玻片，放大100倍在Axio ScopeA1偏光顯微鏡下觀察，并對(duì)泡沫微觀形貌進(jìn)行拍照，結(jié)果見圖3。

圖3 泡沫微觀結(jié)構(gòu)

由圖3可見，泡沫剛產(chǎn)生時(shí)，泡沫大小不一，泡沫膜的厚度大，膜上排液速率比較慢，泡沫能夠穩(wěn)定在25 min內(nèi)。隨著時(shí)間的延長，根據(jù)氣體擴(kuò)散理論，大氣泡中的壓力和密度均小于小氣泡，小氣泡中的氣體會(huì)自發(fā)性向大氣泡中轉(zhuǎn)移，小氣泡最終消失。大氣泡液膜上的液體逐漸減小，液膜變薄，泡沫穩(wěn)定性降低，泡沫逐漸破裂。

2.5 抗凝析油能力

凝析油作為一種天然的消泡劑，存在于氣井開采的每個(gè)階段，對(duì)起泡劑的性能的影響極大，高濃度的凝析油會(huì)影響起泡劑的穩(wěn)泡性能，使其不能有效將井底積液排出。用地層水配置濃度為0.5 g/L起泡劑，室溫下測(cè)試起泡能力和攜液量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 不同含量凝析油下起泡劑性能評(píng)價(jià)

由表2可以看出，起泡劑具有較好的抗凝析油能力，凝析油含量增加，起泡高度有所下降但是仍具有較好的起泡能力和攜液能力。在凝析油含量為40%時(shí)，起泡高度為246 mm，半衰期為222 s，攜液量為16.72 mL/min，能夠達(dá)到現(xiàn)場工藝要求。

2.6 抗高溫分解

為考察抗高溫分解性能，用地層水配成0.5 g/L的起泡劑溶液，加入40%凝析油，放入老化罐中，140 ℃下滾動(dòng)加熱16 h，冷卻至室溫后，評(píng)價(jià)其25 ℃起泡性能。取200 mL起泡劑溶液，以0.02 MPa的壓力向發(fā)泡管內(nèi)通入氮?dú)?，測(cè)量攜帶出的液體量,結(jié)果見表3。

表3 老化前后起泡劑性能對(duì)比

從表3可知，經(jīng)140 ℃高溫老化16 h后，其起泡能力、攜液量沒有變化，證明該起泡劑具有良好的抗高溫分解能力，可用于高溫深井的泡沫排水。

3 結(jié) 論

以CTAC、氫氧化鈉和乙二酸合成了一種陽離子表面活性劑BLA-1，該劑在濃度為0.5 g/L時(shí)具有很好的起泡性能和較低的表面張力。BLA-1與常用的起泡劑相比，在25 ℃下起泡高度高達(dá)523 mm，具有更好的起泡能力和穩(wěn)泡性能。BLA-1具有較好的耐鹽性能，在80 ℃起泡高度達(dá)488 mm，與現(xiàn)場地層水具有較好的配伍性；BLA-1在140 ℃老化16 h對(duì)其性能沒有影響，可適用于深海油氣井泡沫排水作業(yè)；BLA-1抗高凝析油能力強(qiáng)，在凝析油含量為40%時(shí)泡沫半衰期為222 s，適用于高凝析油含量的南海西部油氣井。