耐油起泡劑的耐油耐鹽性能評價*

欒和鑫，向湘興，何 燕，關 丹，闕庭麗，任 豪，陳權生，徐崇軍，楊 龍

（1.中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.新疆礫巖油藏實驗室，新疆 克拉瑪依 834000；3.中國石油新疆油田分公司數據公司 新疆 克拉瑪依 834000）

國內油田整體上步入“雙高”階段，為了維持陸上老油田穩產效益開發，各油田逐步開展三次采油技術，目前已經開展的主要技術有：聚合物驅、堿-表面活性劑-聚合物（ASP）三元復合驅、表面活性劑-聚合物（SP）二元驅、蒸汽驅、SAGD、火驅、氣驅等，其中化學驅技術已在大慶、遼河、新疆等地成功應用。化學驅主要通過添加化學藥劑來改變注入體系的性質，其中包括擴大波及體積作用的增加驅替液黏度的聚合物驅，在此基礎上提高洗油效率的微乳液驅、表面活性劑驅、泡沫復合驅［1-10］、SP 二元復合驅以及ASP 三元復合驅技術等。化學驅技術雖然具有很多優點，但化學驅的強采強注會造成因巖石粒間微粒的運移而帶來的儲層傷害、化學劑對儲層的傷害以及化學劑在采出端處理的環境問題。所以，基于保護環境，減少污染、提高驅油效率等因素考慮，泡沫復合驅技術逐漸得到了廣泛的研究與應用［11-14］。泡沫驅具有既可大幅度提高驅油效率又可減輕對環境傷害的優點，但泡沫的不穩定性也是其最大的缺點。泡沫體系的驅油效果主要取決于它的穩定性和流動性［15-19］，泡沫遇水后可以穩定存在，遇油后不能穩定存在，這決定了泡沫的選擇封堵能力。泡沫經歷變薄和聚并的過程，很大程度上影響了泡沫的穩定性［20-25］。隨著技術發展，新型的耐油發泡劑在耐油抗鹽領域取得了巨大突破［26-27］，優良的泡沫劑具有較高的起泡能力，同時析出半衰期和泡沫半衰期都較長，在苛刻條件如含油飽和度較高、高溫、高鹽等條件仍具有較高的起泡能力和較長的泡沫半衰期。近年來，泡沫遇油破裂不穩定的現象引起人們的關注，泡沫的耐油穩定性成為了泡沫驅提高采收率技術瓶頸。本文通過研究系列耐油抗鹽泡沫體系的耐油抗鹽性能為泡沫復合驅泡沫劑篩選提供借鑒和指導。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

耐油起泡劑 CFE149S、CFE149X、CFE1406、CFE1499，由旌浩公司提供，含量100%，由非離子表面活性劑、陰非離子表面活性劑和穩泡劑辛醇一定比例復配而成，具體如表1所示；氯化鈉，氯化鈣，均為分析純；實驗用油為新疆某區塊井原油（油藏溫度40℃，地面原油黏度16.5 mPa·s），實驗用水為二級蒸餾水和采出水［礦化度9813.3 mg/L，主要離子Cl-2919、SO42-226.7、Ca2+16.5、Mg2+16.92，K++Na+3300］。

VSA2000型吳茵攪拌器，北京堯順電氣科技有限公司。

表1 4種耐油起泡劑的組成

1.2 起泡劑的起泡性能測定

采用去離子水配制一定質量濃度的耐油起泡劑溶液，然后取100 mL 溶液放入錐形瓶中，利用吳茵攪拌器攪拌60 s后，將泡沫液傾倒入在40℃水浴鍋中的1000 毫升的量筒里，泡沫全部留入量筒后讀出泡沫體積，記錄全部泡沫衰減1/2 體積所需要的時間。

采用采出水配制一定濃度的耐油起泡劑溶液，按一定體積比分別取原油和起泡劑溶液（共計100 mL）放入錐形瓶中，利用吳茵攪拌器攪拌60 s后，將泡沫液傾倒入在40℃水浴鍋中的1000 mL 的量筒里，泡沫全部留入量筒后讀出泡沫體積，記錄全部泡沫衰減1/2體積所需要的時間。

2 結果與討論

2.1 空白條件下起泡劑的泡沫性能

不同質量分數的起泡劑溶液的最大起泡體積和半衰期見表2。隨著起泡劑質量分數的增加，最大泡沫體積逐漸增大，在質量分數為0.01%數0.50%范圍內，起泡劑的最大泡沫體積是自身溶液體積的2數6倍，表現出很好的發泡性能；泡沫半衰期隨著起泡劑質量分數的增加逐漸增大，但整體上看泡沫穩定性相對較差，行業認為泡沫半衰期在900 s 以上的起泡劑具有較好的穩泡性能。四種表面活性劑中CFE149X 在起泡和泡沫半衰期方面相對較好。

表2 4種起泡劑的泡沫性能

2.2 起泡劑的耐油性能

為了考察原油對起泡劑泡沫性能的影響，在質量分數0.5%的起泡劑溶液中添加不同量原油，考察原油加量對起泡液的最大發泡體積和泡沫半衰期的影響，結果見表3。隨著原油加量的增大，最大泡沫體積先增大后降低，4 種起泡劑在油含量為10%數20%時表現出了很好的起泡性能，最大泡沫體積是自身的5數9倍，遠遠高于空白實驗的2數6倍；泡沫半衰期隨著原油加量的增大而逐漸增大，表現出了非常好的穩泡性能。質量分數0.5%的CFE1406、CFE149X、CFE149S 溶液中加入10%的原油時的最大泡沫體積最大，而CFE1499溶液中加入20%時的最大泡沫體積最大；泡沫半衰期隨著原油加量的增大逐漸增大，有油存在時的泡沫的半衰期是無油時的1數60 倍。綜合考慮，在含油條件下4 種表面活性劑中CFE149X具有較好的起泡、穩泡性能。耐油起泡劑CFE149X是以非離子表面活性劑、陰非離子表面活性劑和穩泡劑辛醇按一定比例配制的復合型表面活性劑，其中直鏈烷醇作為穩泡劑，可有效增加液膜的彈性，防止液膜破裂造成的氣泡合并變大，使其界面效能更高，原油中的活性組分很難完全侵占界面，降低了液膜排液速度。另外，在攪拌作用下，該耐油起泡劑與原油發生了乳化作用，改變了原油的性質，油在泡沫里形成乳化油，乳化油的假乳液膜也增強了泡沫的穩定性。

表3 原油加量對CFE1406起泡劑性能影響（起泡劑溶液質量分數0.5%）

2.3 起泡劑的抗鹽性能

2.3.1 氯化鈉濃度對泡沫性能影響

用不同質量分數的（0.1%數3%）的氯化鈉溶液配制質量分數0.5%的CFE149X 溶液，分別考察氯化鈉濃度對空白CFE149X 溶液和原油+CFE149X溶液（體積1∶1）體系的最大泡沫體積和半衰期的影響，結果如表4所示。在CFE149X 質量分數為0.5%、無油條件下，氯化鈉含量在0.1%數3%范圍內，CFE149X溶液的最大泡沫體積基本不受氯化鈉含量的影響，均為600 mL；但泡沫半衰期隨著鹽含量的增加而逐漸降低。有油條件下（含油量50%），最大泡沫體積較無油條件下的略低，且隨著鹽含量增加先增大后減小，在500 mL 以上，泡沫半衰期隨著鹽含量增加先增大后降低。與無油存在時對比發現，有油存在時最大泡沫體積略有降低，但泡沫穩定性卻顯著增強，泡沫穩定性增強了67數126倍。起泡劑CFE149X由30%的非離子表面活性劑、67%的陰非離子表面活性劑和3%的穩泡劑辛醇組成，泡沫的液膜存在雙電層結構，電解質存在時會壓縮雙電層結構，迫使泡沫排液速度加快，泡沫變薄，加速破裂。由于原油的存在剪切過程中會存在乳化，乳化后液膜黏度增大，增強了液膜強度，穩泡性能增加。

表4 氯化鈉濃度對CFE149X泡沫性能的影響（CFE149X質量分數0.5%）

2.3.2 氯化鈣濃度對泡沫性能影響

用不同質量分數的（0.01%數0.30%）的氯化鈣溶液配制質量分數0.5%的CFE149X 溶液，分別考察氯化鈣濃度對空白CFE149X 溶液和原油+CFE149X溶液（體積1∶1）體系的最大泡沫體積和半衰期的影響，結果如表5所示。在CFE149X質量分數為0.5%、無油條件下，氯化鈣含量在0.01%數0.3%范圍內，最大泡沫體積基本不受氯化鈣含量的影響，基本維持在610 mL，但泡沫半衰期隨著鹽含量增加先降低后趨于平衡。氯化鈣和氯化鈉對CFE149X 的穩泡性能影響均較小，泡沫半衰期在300 s左右。有油條件下（含油量50%），最大泡沫體積隨著氯化鈣含量增加而逐漸減小，但泡沫半衰期隨著氯化鈣含量增加先增大后顯小，氯化鈣含量為0.05%時泡沫半衰期最大，氯化鈣含量繼續增大時泡沫半衰期明顯減小。與無油存在時對比發現，有油存在時泡沫發泡體積略有降低，但泡沫穩定性卻顯著增強，泡沫穩定性增強了23數60倍，界面穩定性增強機理與氯化鈉存在的機理相同。

表5 氯化鈣濃度對CFE149X泡沫性能的影響

耐油起泡劑CFE149X 中的直鏈烷醇作為穩泡劑可有效增加液膜的彈性，防止液膜破裂造成的氣泡合并變大；非離子表面活性劑可有效提升起泡劑的耐鹽性，但是非離子泡沫劑在高溫條件下的溶解度較差，需要陰離子組分的增溶，陰非離子表面活性劑具有很好的耐油、耐鹽性能，但是合成步驟多，成本高，基于成本和和性能考慮，可根據油藏性質適當增加其含量。

3 結論

以非離子表面活性劑、陰非離子表面活性劑和穩泡劑辛醇按一定比例配制的耐油起泡劑，在含油條件下仍可表現出了較好的起泡性能和穩泡性能。油含量在10%數20%范圍內時耐油起泡劑表現出了很好的起泡性能，最大發泡體積是自身的5數9 倍，泡沫半衰期隨著油含量增加逐漸增大。與無油存在時相比發現，有油存在時泡沫發泡體積略有降低，但泡沫穩定性卻顯著增強。該耐油起泡劑具有較好的抗鹽性能，可根據油藏性質適當調配各組分含量，為泡沫復合驅提供優良的耐油抗鹽起泡劑產品。