二氧化碳驅采出液消泡劑研究

馬曉紅 姜垣良 任遠 吳魚峰

摘 ?要：吉林油田是國內二氧化碳驅的重點示范油田，隨著項目的進行，CO₂驅采出流體的物性變化日趨明顯，CO₂在水中、油中的溶解度高于天然氣，發泡作用明顯。在吉林先導試驗中，常規油氣分離器分離后氣體中攜液嚴重，液體中帶氣嚴重，致使氣液計量誤差大，同時放空氣體形成了油雨。本文以吉林油田CO₂驅油先導試驗為例，對CO₂驅采出液消泡技術進行探索。

關鍵詞：二氧化碳驅;采出液;消泡劑;消泡性能

中圖分類號：TE39;TE357.14 ????文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

1 二氧化碳驅采出液起泡機理

1.1 原油起泡機理及對油田生產的危害

泡沫生成機理主要包括：液膜滯后、縮頸分離和液膜分斷。液膜滯后是氣體注入液體速度低于臨界流速時泡沫產生的主要機理。縮頸分離是高速攪拌條件下泡沫產生的主要機理。薄膜分斷是產生泡沫的第三種機理。上述三個機理中，薄膜分斷嚴格的說是泡沫的運移機理而不是泡沫的產生機理，泡沫產生的主要機理是縮頸分離和液膜滯后，一般認為縮頸分離是產生泡沫最主要的機理，它能產生穩定的泡沫。

原油的起泡性，在測定含水量和含油量時，需要花費更多的時間才能準確計量原油;造成分離器出現假性液面，導致分離器的液面很難控制;減小了分離器集液部分和重力沉降部分的有效體積，使分離器和離心泵工況惡化，嚴重影響油氣分離效果。

1.2 二氧化碳驅采出液起泡的特殊性與消泡劑的研究方向

二氧化碳驅造成的原油起泡，與現有的起泡原油存在著本質的區別。一是起泡的主要原因和機理不同，二是起泡氣體存在的狀態不同。因此，對于二氧化碳驅采出液的消泡，要解決如下幾項關鍵技術問題：

具有一定極性的二氧化碳作為起泡氣體時，其與原油、水中存在著物理和化學的雙重作用，其析出和起泡過程更為復雜。消泡劑必須能夠適應二氧化碳氣泡與原油間界面膜的特殊作用形式。

大量的二氧化碳細微氣泡在與原油分子間存在分子間力的情況下，分散于原油中，其析出并造成原油起泡的過程漫長。消泡劑必須能夠快速將穩定地分散于原油中的二氧化碳氣泡聚并、長大，快速從原油中分離出來，在短時間內徹底解決二氧化碳與原油的分離及起泡問題。以亞穩定狀態存在于采出水中的二氧化碳，是原油存在持續起泡的主要原因。

2 消泡劑的研究

2.1 消泡劑的合成

根據以上研究，確定所要研制的JLX原油消泡劑應以有機硅為消泡主劑，以適當的聚醚作為抑泡主劑，同時兼顧微乳增溶，確保所研制的JLX系列原油消泡劑具有較好的消泡性能和穩定性。具體的分子結構確定時，就同時考慮消泡劑必須是易于在溶液表面鋪展的液體;消泡劑必須同時兼顧消、抑泡作用，即不但應該迅速使泡沫破壞，而且能在相當長的時間內防止泡沫生成。從而確定消泡劑的主體結構定為有機硅上加聚EO和PO，通過調節其比例和不同聚合方式賦予其應有特性。

（1）消泡主劑的合成。

原料：含氫聚硅氧烷PHMS;烯丙基聚醚;二甲基硅油;羥基硅油。

合成步驟：按設計的分子結構要求，將定量PHMS、丙烯基聚醚加入裝有攪拌器、回流冷凝管、溫度計的高溫高壓合成裝置中，通N₂攪拌置換氧氣10min。攪拌升溫至60～120℃，滴入鉑催化劑反應數小時。于0.01MPa下，減壓30min，以除去低沸物，得到聚醚有機硅PESO。

（2）抑泡劑的合成。

主要原料與試劑：多元醇;環氧丙烷;環氧乙烷;增效劑;二甲苯;催化劑。

主要合成步驟：按分子結構設計的要求，將一定量的多元醇及催化劑加入高壓反應釜中，封釜，用氮氣吹掃以排盡釜內空氣;抽真空后，將釜溫升至125℃～130℃，再抽真空，控制溫度為130±5℃，壓力在0.3MPa以下，按規定的比例連續投加PO，待加完后，繼續反應0.5h，待釜壓降為零，說明反應已經完全，降溫出釜得中間產品。將中間產物和按0.3%比例加入的催化劑一并加入高壓反應釜，封釜，用氮氣吹掃以排盡釜內空氣，抽真空后，將釜溫升至125℃～130℃，再抽真空，控制溫度在125±5℃，壓力在0.3MPa以下，按規定的比例連續投加EO，待加完后繼續反應0.5h，釜壓降為零后，降溫出釜，即得到目標產物。

（3）消泡劑主劑結構優化試驗。

結構優化過程中的消、抑泡性能評價采用羅氏泡沫儀進行測試。試驗優化了結構對消泡劑性能的影響，端基型PESO消泡劑的消泡和抑泡性能明顯好于相應的側鏈型PESO。聚醚相同時聚醚鏈長的影響：隨著聚氧乙醚基團EO 數的增加，消泡及抑泡性能都呈現出下降趨勢。不同聚醚結構及鏈長的影響：聚氧丙烯醚基團的引入，改善消泡劑性能，但乳化越難、穩定性越差，不利于貯存。PESO中-Si-O-聚合度的影響：硅氧烷鏈的增長提高消泡和抑泡性能，同時使得在復配工藝中乳化困難，其產物極不穩定。優化后消泡劑組成的確定包括確定各主劑結構及配比、增效助劑的結構與比例的配方組成。

2.2 消泡劑的性能測試

2.2.1 試驗方法

針對二氧化碳驅采出液起泡的實際情況，消泡試驗選擇二氧化碳氣作為鼓泡氣體。

2.2.2 試驗內容及結論

根據生產過程中可能出現的不同生產工況，進行了不同條件下的消泡試驗，以確定消泡劑在不同工況下的適用性。

（1）氣體流量對原油起泡體積的影響。準確量取30mL原油于帶砂芯的鼓泡器中，在60℃條件下，分別通入不同流量（100、200、300、400、500、600mL/min）的CO₂氣體進行發泡實驗。在10min 中內記錄鼓泡器內泡沫的體積變化情況，確定氣體流量對發泡體積的影響規律。

隨著CO₂氣體流量的增大，原油起泡體積有所降低。這主要是由于氣流量的增大使原油泡沫承受壓力增大，使一些穩定性較低的泡沫發生破裂，導致泡沫體積有所降低。

（2）鼓氣時間對原油起泡體積的影響。準確量取30mL原油樣品，盛于帶有砂芯的鼓泡器中，在60℃，氣流量分別為100mL/min和300mL/min的條件下，分別觀察鼓氣時間為1min、3min、5min、10min、15min、30min時原油起泡體積的變化情況，確定鼓氣時間對原油起泡性能的影響規律。

原油起泡體積在最初開始鼓氣過程中出現一個先升高再略降低的趨勢，當起泡體積在鼓泡時間接近5min時，氣泡破裂速率與新起泡產生速率達到平衡，原油起泡體積達到穩定，繼續延長鼓泡時間，起泡體積沒有明顯變化。從而表明，當原油起泡達到穩定后，延長鼓泡時間并不會對原油起泡體積造成顯著影響。

（3）溫度條件對原油起泡體積的影響。通過對比不同溫度下原油樣品起泡體積，研究溫度對原油起泡體積的影響。隨著溫度的升高，原油起泡體積隨之降低。這主要是由于隨著溫度的升高，泡沫表面彈性降低，導致泡沫穩定性降低。另外，溫度升高，油粘度降低，泡沫穩定性下降，從而導致隨著溫度的升高，原油起泡體積有所降低。

（4）消泡劑對原油樣品的消泡性能測定。將合成的JXP消泡劑與現有同類消泡劑分別在相同條件下，測試對原油樣品的消泡性能。準確量取30mL原油樣品，盛于帶有砂芯的鼓泡器中，在50℃，氣流量為100mL/min，鼓氣時間10min，加藥量為10mg/L的條件下，比較不同消泡劑對原油樣品的消泡性能。

如表1所示，通過對6種不同消泡劑的消泡性能的比較，消泡劑JXP具有較好的消泡性能，加入消泡劑JXP后，原油樣品起泡體積降低至6mL，其消泡率高達92.50%。其他消泡劑明顯低于JXP的消泡效果。因此，后續消泡測試選擇JXP消泡劑進行試驗。

（5）加藥量對原油樣品起泡體積的影響。在氣體流量、溫度以及鼓起時間不變的條件下，研究不同加藥量對原油樣品起泡體積的影響。隨著加藥量的增加，原油樣品起泡體積明顯減少，消泡劑JXP的消泡率明顯提高。當加藥量大于1.67mg/L時，其消泡率達到90%以上，繼續增加消泡劑用量，其消泡效果未見明顯改善。因此從成本與效果上綜合考慮，選擇加藥量為1.67～2.00mg/L比較適宜。

（6）不同條件對消泡劑消泡性能的影響。對加入消泡劑的油樣進行不同條件下的鼓泡實驗，分別測試鼓氣速度（100、200、300、400、500、600 mL/min）、鼓氣時間（1、3、5、10、15、30 min）、實驗溫度（50、55、60、65、70 ℃）不同條件對消泡劑消泡性能的影響。

當加入消泡劑后，雖然原油的起泡體積仍表現出隨著氣流量的增加而降低，但其降低程度并不十分顯著。可以認為加藥后鼓氣速度對消泡劑的消泡性能并未產生明顯的影響。

當原油中加入消泡劑JXP（1.67mg/L）后，隨著鼓氣時間的延長，其起泡體積并未有明顯的變化，表明鼓氣時間的延長并未對原油消泡劑JXP的消泡性能造成顯著的影響。

當原油加入消泡劑JXP后，其起泡體積并未隨溫度的升高而表現出明顯的變化，表明鼓泡溫度從50℃升高到70℃并未對消泡劑JXP的消泡性能造成明顯的影響。

（7）對消泡劑穩定性的研究。向裝有30mL原油樣品的鼓泡器中加入一定量的消泡劑，持續鼓泡90min，觀察不同鼓泡時間下原油樣品起泡體積的變化情況。對加藥后的原油樣品進行7次重復鼓泡實驗，比較每次實驗過程中原油的起泡體積變化情況，研究消泡劑在原油中的性能衰減情況。

延長鼓泡時間，并未使消泡劑的消泡性能明顯降低，表明消泡劑JXP具有較為穩定的消泡性能。

在油樣加藥后重復進行鼓泡實驗，在經過7次重復鼓泡實驗結果中可以看出，加藥后對油樣進行重復鼓泡實驗，起泡體積并未發生明顯變化，表明消泡劑在重復實驗后仍具有優異的消泡性能。

（8）現場試驗。試驗優選的消泡劑通過加藥裝置在接轉站進行連續加藥。加藥后，分離器氣體出口現場取樣可以清晰判斷攜液明顯減弱，進行了壓力排放試驗，未出現油雨現象，同時氣、液相計量誤差率降低，能夠滿足接轉站計量要求。

3 結論

通過對油樣起泡性能及應用消泡劑進行消泡效果的研究發現：

（1）在CO₂驅油過程中，隨著CO₂氣流量的增大，原油起泡體積有所降低。（2）當鼓氣時間大于5min時，油樣產生的泡沫體積趨于一個穩定值，延長鼓泡時間，泡沫體積無明顯變化。（3）隨著溫度的升高，泡沫表面彈性降低、原油粘度降低，從而導致泡沫穩定性降低，原油起泡體積略有降低。（4）通過對6種不同消泡劑對原油泡沫消泡效果的比較，JXP消泡劑具有優異的消泡效果，其消泡率高達90%以上，并且JXP消泡劑表現出用量少，效果明顯的特征，同時具有優異的消泡穩定性。

收稿日期：2019-07-10

作者簡介：馬曉紅（1976—），女，漢族，吉林松原人，本科，開發部總工程師，高級工程師，研究方向：長期從事油田地面工程設計與研究。