空氣泡沫驅中起泡劑XHY-4K 篩選與性能評價

郎麗媛，李華斌，2

（1.成都理工大學能源學院，四川成都 610059；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），四川成都 610059）

起泡劑是形成泡沫的必要組分，作為一種起泡劑，最重要的性能就是它的泡沫性能，起泡劑泡沫性能的好壞是能否用于泡沫體系的最重要的因素之一，包括其起泡能力和所產生泡沫的穩定性。但各種起泡劑的泡沫性能不一樣，存在一定的差異。所以首先要對起泡劑的泡沫性能進行評價。由于開發過程中要求起泡劑具有盡可能高的起泡能力和泡沫穩定性，因此將從起泡能力和泡沫穩定性這兩項指標來評價起泡劑的泡沫性能。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

（1）實驗用水和原油：實驗用水是根據玉東2 區塊油藏地層水的組成配制的模擬地層水，其離子組成（見表1），總礦化度160 599 mg/L，屬于CaCl2水型。實驗使用的是油田提供的原油，在油藏溫度條件下測定原油的密度為0.96 g/cm3～0.97 g/cm3，粘度為286 mPa·s，0.823 1 g/cm3。

（2）實驗試劑：XHY-4K 表面活性劑，有效物含量30 %，成都興華化工技術有限公司生產。

氯化鈉、硫酸鈉、氯化鈣、六水氯化鎂、碳酸氫鈉、氫氧化鈉（成都市科龍化工試劑廠）均為分析純。

（3）主要實驗儀器：Waring Blender 攪拌器；高溫高壓泡沫評價裝置（江蘇海安石油科研儀器有限公司）；BrookfieldⅢ+布氏粘度計；高溫恒溫箱；高壓空氣瓶等。

表1 溫西三區塊地層水離子組成

1.2 實驗方法

起泡劑的篩選選用Waring Blender 法，在大氣壓強0.1 MPa、溫度80 ℃條件下，把選定的XHY-4K 起泡劑用模擬地層水配置成不同有效濃度的溶液各200 mL，倒入攪拌器中高速攪拌（15 500 r/min）1 min后關閉開關，迅速將泡沫倒入帶封口的1 000 mL 量筒內，馬上讀取泡沫體積V0，然后放入高溫恒溫箱中，記錄從泡沫中析出100 mL 液體所需的時間。

起泡劑的油水界面張力利用JJ2000B 旋轉滴界面張力測量儀進行測定，原油密度在80 ℃條件下為0.82 g/cm3，油水密度差0.18 g/cm3。

XHY-4K 耐鹽試驗，用不同礦化度的模擬地層配置濃度為0.1 %的起泡劑溶液，在壓力0.1 MPa，溫度80 ℃條件下，測定其發泡體積及泡沫半衰期，評價其耐鹽性能。

XHY-4K 抗壓性實驗，用模擬地層水配置有效濃度0.1 %的起泡劑溶液，溫度為80 ℃，在0.1 MPa、5 MPa、10 MPa、15 MPa 條件下，測定其發泡體積及泡沫半衰期，評價其耐壓性能。

XHY-4K 抗油性實驗，將吐哈油田玉東2 區塊油藏的原油加熱到80 ℃，用模擬地層水配置有效濃度0.1%的起泡劑溶液，分別加入不同濃度（0.5%、1%、5%、10%、20 %、30 %、50 %）的原油，最后在80 ℃條件下觀察起泡體積及泡沫半衰期，進行泡沫性能的評價。

2 結果與討論

2.1 起泡劑的篩選

由于采油過程中要求起泡劑具有盡可能高的起泡能力和泡沫穩定性，因此將從起泡能力和泡沫穩定性這兩項指標來評價起泡劑的泡沫性能。用模擬地層水配置6 種有效濃度0.1 %的起泡劑溶液，分別測定其泡沫體積和泡沫半衰期。結果（見表2）。綜合考慮以上兩個因素，最終確定起泡劑為XHY-4K。且起泡劑XHY-4K 與原油的界面張力在10-1mN/m 數量級，屬于低界面張力，但仍具有一定洗油能力。

表2 不同起泡劑的性能

2.2 起泡劑XHY-4K 有效濃度的優選

不同起泡劑濃度對起泡體積和泡沫半衰期的影響（見圖1）。可以看出，起泡劑在有效濃度0.1 %時發泡能力和穩泡性能較好，起泡體積為700 mL，泡沫半衰期為1 580 s。隨著起泡劑有效濃度的增加，泡沫體積與泡沫半衰期均增加，當有效濃度大于0.1 %后，泡沫體積趨于平穩，泡沫半衰期略有下降后趨于平穩。這是由于隨著起泡劑有效濃度的增加，泡沫的表面張力逐漸降低，泡沫的穩定性能逐漸增強，泡沫的吸附逐漸達到飽和，減弱了Marangon 效應，降低了液膜的穩定性。因此，選用最佳的有效濃度為0.1 %。

2.3 起泡劑XHY-4K 的抗鹽性能評價

礦化度對起泡體積和泡沫半衰期的影響（見圖2）。可以看出，二者均隨礦化度的增加而略有下降，說明所篩選的起泡劑，礦化度越高，越不利于起泡、泡沫穩定性越差。起泡劑XHY-4K 在用蒸餾水（礦化度為0）配制的溶液時，泡沫體積達740 mL，泡沫半衰期達890 s。而在高鹽（礦化度160 000 mg/L）條件下，仍然具有較高的發泡能力，泡沫體積為650 mL，和較長的泡沫半衰期840 s。

圖1 起泡劑濃度對發泡體積和泡沫半衰期的影響

圖2 礦化度對XHY-4K 發泡體積和泡沫半衰期的影響

2.4 起泡劑XHY-4K 的抗溫抗壓性能評價

壓力與泡沫半衰期和起泡體積的關系（見圖3）。可以看出，泡沫半衰期和起泡體積均隨著壓力的升高而增加，當壓力在0.1 MPa～5 MPa 范圍內，隨著壓力的增高，泡沫半衰期和起泡體積增加的幅度很小，當壓力在5 MPa～10 MPa 范圍內增大時，泡沫半衰期和起泡體積迅速增加；當大于10 MPa 時，泡沫半衰期和起泡體積隨壓力增加幅度很小甚至不再增加。例如當壓力為5 MPa 時，泡沫半衰期為1 649 s；當壓力為10 MPa時，泡沫半衰期迅速增長到3 089 s，增幅為87.33 %；而當壓力增高到15 MPa 時，泡沫半衰期緩慢地增加到3 510 s，增幅為13.63 %。所以，當壓力超過10 MPa時，壓力對泡沫半衰期和起泡體積的影響不大。

2.5 起泡劑XHY-4K 的抗油性能評價

不同原油濃度對泡沫半衰期及泡沫發泡體積影響（見圖4），可以看出，泡沫的發泡體積和泡沫半衰期均隨著原油濃度的升高而下降，而在原油濃度高于5 %后，泡沫性能急劇下降，其發泡能力和穩泡性能更差，但是原油濃度在5 %～10 %時，發泡體積與泡沫半衰期均有很小幅度的上升。這是由于原油本身是含多烴的混合物，即極性很差的多種有機物共存的混合體系，而起泡劑XHY-4K 的化學成分是陰離子復配起泡劑，過量的原油與低含量（0.1 %）的起泡劑XHY-4K 充分發生乳化作用，因此起泡劑的泡沫性能迅速下降，泡沫體積量瞬間返回到初始液體值，泡沫破滅主要來源于上層泡沫的自然消泡，與返液基本無關，所以泡沫消到初始體積的一半的時間更長。

圖3 給出了不同壓力對泡沫半衰期及泡沫發泡體積的影響

圖4 原油濃度對泡沫半衰期及泡沫發泡體積的影響

3 結論

（1）針對吐哈油田玉東2 區塊的油藏特點，尤其是其地層水高礦化度的情況下，優選出起泡劑XHY-4K，有效濃度為0.1 %。

（2）高壓條件有利于XHY-4K 泡沫性能，隨著壓力的增大，發泡體積增大，泡沫半衰期增長；用模擬地層水配制有效物濃度為0.1 %起泡劑溶液時，壓力15 MPa下，泡沫體積達2 035 mL，半衰期達3 640 s。

（3）在室內篩選實驗中，高原油濃度條件下，起泡劑主要發生乳化作用，但通過驅替試驗研究油藏條件下，起泡劑XHY-4K 具有一定耐油性。且起泡劑與原油的界面張力在10-1mN/m 數量級，屬于低界面張力，但仍具有一定洗油能力。

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