空气泡沫驱中起泡剂XHY-4K 筛选与性能评价

2014-12-24郎丽媛李华斌

石油化工应用 2014年11期

郎丽媛，李华斌，2

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），四川成都 610059）

起泡剂是形成泡沫的必要组分，作为一种起泡剂，最重要的性能就是它的泡沫性能，起泡剂泡沫性能的好坏是能否用于泡沫体系的最重要的因素之一，包括其起泡能力和所产生泡沫的稳定性。但各种起泡剂的泡沫性能不一样，存在一定的差异。所以首先要对起泡剂的泡沫性能进行评价。由于开发过程中要求起泡剂具有尽可能高的起泡能力和泡沫稳定性，因此将从起泡能力和泡沫稳定性这两项指标来评价起泡剂的泡沫性能。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

（1）实验用水和原油：实验用水是根据玉东2 区块油藏地层水的组成配制的模拟地层水，其离子组成（见表1），总矿化度160 599 mg/L，属于CaCl2水型。实验使用的是油田提供的原油，在油藏温度条件下测定原油的密度为0.96 g/cm3～0.97 g/cm3，粘度为286 mPa·s，0.823 1 g/cm3。

（2）实验试剂：XHY-4K 表面活性剂，有效物含量30 %，成都兴华化工技术有限公司生产。

氯化钠、硫酸钠、氯化钙、六水氯化镁、碳酸氢钠、氢氧化钠（成都市科龙化工试剂厂）均为分析纯。

（3）主要实验仪器：Waring Blender 搅拌器；高温高压泡沫评价装置（江苏海安石油科研仪器有限公司）；BrookfieldⅢ+布氏粘度计；高温恒温箱；高压空气瓶等。

表1 温西三区块地层水离子组成

1.2 实验方法

起泡剂的筛选选用Waring Blender 法，在大气压强0.1 MPa、温度80 ℃条件下，把选定的XHY-4K 起泡剂用模拟地层水配置成不同有效浓度的溶液各200 mL，倒入搅拌器中高速搅拌（15 500 r/min）1 min后关闭开关，迅速将泡沫倒入带封口的1 000 mL 量筒内，马上读取泡沫体积V0，然后放入高温恒温箱中，记录从泡沫中析出100 mL 液体所需的时间。

起泡剂的油水界面张力利用JJ2000B 旋转滴界面张力测量仪进行测定，原油密度在80 ℃条件下为0.82 g/cm3，油水密度差0.18 g/cm3。

XHY-4K 耐盐试验，用不同矿化度的模拟地层配置浓度为0.1 %的起泡剂溶液，在压力0.1 MPa，温度80 ℃条件下，测定其发泡体积及泡沫半衰期，评价其耐盐性能。

XHY-4K 抗压性实验，用模拟地层水配置有效浓度0.1 %的起泡剂溶液，温度为80 ℃，在0.1 MPa、5 MPa、10 MPa、15 MPa 条件下，测定其发泡体积及泡沫半衰期，评价其耐压性能。

XHY-4K 抗油性实验，将吐哈油田玉东2 区块油藏的原油加热到80 ℃，用模拟地层水配置有效浓度0.1%的起泡剂溶液，分别加入不同浓度（0.5%、1%、5%、10%、20 %、30 %、50 %）的原油，最后在80 ℃条件下观察起泡体积及泡沫半衰期，进行泡沫性能的评价。

2 结果与讨论

2.1 起泡剂的筛选

由于采油过程中要求起泡剂具有尽可能高的起泡能力和泡沫稳定性，因此将从起泡能力和泡沫稳定性这两项指标来评价起泡剂的泡沫性能。用模拟地层水配置6 种有效浓度0.1 %的起泡剂溶液，分别测定其泡沫体积和泡沫半衰期。结果（见表2）。综合考虑以上两个因素，最终确定起泡剂为XHY-4K。且起泡剂XHY-4K 与原油的界面张力在10-1mN/m 数量级，属于低界面张力，但仍具有一定洗油能力。

表2 不同起泡剂的性能

2.2 起泡剂XHY-4K 有效浓度的优选

不同起泡剂浓度对起泡体积和泡沫半衰期的影响（见图1）。可以看出，起泡剂在有效浓度0.1 %时发泡能力和稳泡性能较好，起泡体积为700 mL，泡沫半衰期为1 580 s。随着起泡剂有效浓度的增加，泡沫体积与泡沫半衰期均增加，当有效浓度大于0.1 %后，泡沫体积趋于平稳，泡沫半衰期略有下降后趋于平稳。这是由于随着起泡剂有效浓度的增加，泡沫的表面张力逐渐降低，泡沫的稳定性能逐渐增强，泡沫的吸附逐渐达到饱和，减弱了Marangon 效应，降低了液膜的稳定性。因此，选用最佳的有效浓度为0.1 %。

2.3 起泡剂XHY-4K 的抗盐性能评价

矿化度对起泡体积和泡沫半衰期的影响（见图2）。可以看出，二者均随矿化度的增加而略有下降，说明所筛选的起泡剂，矿化度越高，越不利于起泡、泡沫稳定性越差。起泡剂XHY-4K 在用蒸馏水（矿化度为0）配制的溶液时，泡沫体积达740 mL，泡沫半衰期达890 s。而在高盐（矿化度160 000 mg/L）条件下，仍然具有较高的发泡能力，泡沫体积为650 mL，和较长的泡沫半衰期840 s。

图1 起泡剂浓度对发泡体积和泡沫半衰期的影响

图2 矿化度对XHY-4K 发泡体积和泡沫半衰期的影响

2.4 起泡剂XHY-4K 的抗温抗压性能评价

压力与泡沫半衰期和起泡体积的关系（见图3）。可以看出，泡沫半衰期和起泡体积均随着压力的升高而增加，当压力在0.1 MPa～5 MPa 范围内，随着压力的增高，泡沫半衰期和起泡体积增加的幅度很小，当压力在5 MPa～10 MPa 范围内增大时，泡沫半衰期和起泡体积迅速增加；当大于10 MPa 时，泡沫半衰期和起泡体积随压力增加幅度很小甚至不再增加。例如当压力为5 MPa 时，泡沫半衰期为1 649 s；当压力为10 MPa时，泡沫半衰期迅速增长到3 089 s，增幅为87.33 %；而当压力增高到15 MPa 时，泡沫半衰期缓慢地增加到3 510 s，增幅为13.63 %。所以，当压力超过10 MPa时，压力对泡沫半衰期和起泡体积的影响不大。

2.5 起泡剂XHY-4K 的抗油性能评价

不同原油浓度对泡沫半衰期及泡沫发泡体积影响（见图4），可以看出，泡沫的发泡体积和泡沫半衰期均随着原油浓度的升高而下降，而在原油浓度高于5 %后，泡沫性能急剧下降，其发泡能力和稳泡性能更差，但是原油浓度在5 %～10 %时，发泡体积与泡沫半衰期均有很小幅度的上升。这是由于原油本身是含多烃的混合物，即极性很差的多种有机物共存的混合体系，而起泡剂XHY-4K 的化学成分是阴离子复配起泡剂，过量的原油与低含量（0.1 %）的起泡剂XHY-4K 充分发生乳化作用，因此起泡剂的泡沫性能迅速下降，泡沫体积量瞬间返回到初始液体值，泡沫破灭主要来源于上层泡沫的自然消泡，与返液基本无关，所以泡沫消到初始体积的一半的时间更长。