泡沫輔助減氧空氣驅(qū)體系評價及配方優(yōu)化研究

易永根，段文標，師現(xiàn)云，王小琳，馮笑雅，杜佳璐

（1.西安長慶化工集團有限公司，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 716000）

空氣泡沫驅(qū)能夠有效封堵儲層的部分水竄通道，從而擴大波及體積和提高驅(qū)油效率，在中國各大油田均得到了較大的應(yīng)用[1-3]。長慶油田屬于典型低滲、超低滲油田，儲層滲透率較低、非均質(zhì)性強，泡沫輔助減氧空氣驅(qū)在長慶油田采油廠獲得了一定程度的應(yīng)用[4，5]。其中起泡劑的性能是影響空氣泡沫驅(qū)體系性能的核心，空氣泡沫驅(qū)發(fā)泡體系主要由表面活性劑類起泡劑與穩(wěn)泡劑等藥品復(fù)配組成，目前長慶油田采油廠用表面活性劑類起泡劑用量1 400～1 500 t/a，存在的主要問題為起泡劑的耐油性、耐鹽能力相對較低。

因此，通過對起泡劑進行篩選、研究與優(yōu)化，獲得一種新型的耐油、耐鹽、驅(qū)油用起泡劑[6，7]，提高現(xiàn)場應(yīng)用效果。同時，對起泡劑耐鹽性、耐油性、配伍性進行系統(tǒng)評價，優(yōu)選出適合的起泡劑、穩(wěn)泡劑類型，指導(dǎo)現(xiàn)場注入?yún)?shù)的優(yōu)化，為起泡劑的開發(fā)與研究提供理論依據(jù)與現(xiàn)場應(yīng)用評價，具有重要的理論意義及應(yīng)用價值。

1 實驗部分

1.1 藥品與儀器

1.1.1 主要藥品

樣品：起泡劑QP-0、QP-1、QP-30、QP-40，長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院；CFP-2、CFP-60、CFP-80，西安長慶化工集團有限公司；穩(wěn)泡劑WP-10、WP-60、WP-90、CQS-5、EM30S，西安長慶化工集團有限公司；烷醇酰胺、聚醚多羥、酰胺改性羧基聚糖，長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院。

油水樣：長慶油田各采油廠。

藥品：丙酮，無水乙醇，分析純，天津紅巖試劑廠；氯化鈉，硫酸鈉，碳酸氫鈉，無水氯化鈣，六水合氯化鎂，分析純；長慶油田天然巖心。

1.1.2 主要儀器 VISC0370 型全自動黏度測定儀，優(yōu)萊博制造有限公司；IKA60 強力攪拌器，德國艾卡儀器設(shè)備有限公司；ED-19M 型循環(huán)水浴，優(yōu)萊博制造有限公司；R015 型多聯(lián)攪拌器，德國艾卡儀器設(shè)備有限公司；GJ-3S 型數(shù)顯高速攪拌機，青島海通達專用儀器有限公司；TX-500C 型全量程界面張力測量儀，美國彪維工業(yè)公司；K100MK3 全自動表界面張力儀，德國克呂士公司。

1.2 實驗內(nèi)容

1.2.1 標準鹽水的制備 稱取4.668 0 g 碳酸氫鈉，0.131 0 g 硫酸鈉，準確到0.000 1 g，溶于200 mL 去離子水中，用磁力攪拌器攪拌均勻（A 液）；稱取0.222 0 g無水氯化鈣，0.237 0 g 六水合氯化鎂，準確到0.000 1 g，溶于200 mL 去離子水中，用磁力攪拌器攪拌均勻（B液）；將A、B 液倒入1 L 容量瓶中，用去離子水定容，得到總礦化度5 727 mg/L 的標準鹽水，其中鈣、鎂離子的總量為108 mg/L，配制好的礦化水必須透明，不得有沉淀現(xiàn)象，有效期為7 d。

1.2.2 起泡劑溶液的制備 在250 mL 燒杯中，稱取起泡劑（有效物含量35%）22.857 1 g，然后加入過濾后的地層水或標準鹽水177.142 9 g，放入一個磁力攪拌子，置于磁力攪拌器上攪拌30 min，即配制成起泡劑濃度為4%的母液200.00 g。稱取母液20 g，加入地層水或標準鹽水180 g，放入一個磁力攪拌子，磁力攪拌30 min，即配制成濃度為0.4%的起泡劑溶液200 g。

1.2.3 聚合物類穩(wěn)泡劑溶液的制備 稱取聚合物類穩(wěn)泡劑0.888 9 g（有效物含量90%），在500 mL 燒杯中，稱取標準鹽水或地層水399.111 g，啟動恒速攪拌器在（400±20）r/min 下沿旋渦壁30 s 內(nèi)慢慢加入試樣，攪拌30 min，然后在攪拌速率為（700±20）r/min 下攪拌3 h，放置24 h 后，用玻璃棒稍微攪拌再進行稀釋，即配制成濃度0.2%的聚合物類穩(wěn)泡劑母液400 g。

1.2.4 表面活性劑類穩(wěn)泡劑溶液的制備 稱取表面活性劑類穩(wěn)泡劑1.428 6 g（有效物含量70%），在250 mL燒杯中，稱取標準鹽水或地層水198.571 4 g，放入一個磁力攪拌子，置于磁力攪拌器上攪拌30 min，即配制成濃度0.5%的表面活性劑類穩(wěn)泡劑母液200 g。

1.3 實驗方法

1.3.1 發(fā)泡率和析液半衰期 將配制好的濃度為0.4%起泡劑溶液200 g 密閉放入目標地層溫度烘箱中恒溫30 min，采用吳茵攪拌器（轉(zhuǎn)速約7 000 r/min）攪拌1 min，立即倒入1 L 的量筒中，保鮮膜封口，開始計時，記錄停止攪拌時泡沫的體積V[V 被稱為泡沫發(fā)泡體積，單位為毫升（mL）]以及從泡沫中分離出100 mL液體所需要的時間t1/2（[t1/2被稱為泡沫析液半衰期，簡稱半衰期，單位為秒（s）]；用發(fā)泡率ψ（等于[V/200]×100）表示發(fā)泡能力，用t1/2表示泡沫的穩(wěn)定性；泡沫的發(fā)泡率和半衰期測定誤差為±5%。

1.3.2 耐油性 將配制好的濃度為0.4%起泡劑溶液和原油質(zhì)量比10∶1 溶液200 mL，按1.3.1 中的方法測定溶液的發(fā)泡體積和析液半衰期。

1.3.3 抗吸附性 采用電子天平稱取60 g 油砂（80～100 目），加入到500 mL 具塞磨口錐形瓶中，然后加入240 g 用地層水配制好的0.4%起泡劑溶液，油砂與溶液的質(zhì)量比為1∶4，蓋好瓶塞，振搖混勻。將錐形瓶置于恒溫振蕩器水浴中，在地層溫度下、振蕩頻率120 次/分鐘，振蕩24 h。取出錐形瓶，取分離后的上層泡沫體系溶液200 mL，測試發(fā)泡體積、析液半衰期。

1.4 實驗結(jié)果與討論

1.4.1 基本性能

1.4.1.1 發(fā)泡性 采用標準鹽水（總礦化度5 727 mg/L）配制0.4%濃度的7 種不同起泡劑溶液，放入45 ℃水浴恒溫30 min，測定泡沫的發(fā)泡體積V、析液半衰期t1/2。

本實驗所用的起泡劑均滿足技術(shù)標準要求，發(fā)泡率≥400%、析液半衰期≥110 s。同時，起泡劑的發(fā)泡率越大，析液半衰期也大，說明發(fā)泡率與析液半衰期呈正比關(guān)系（見圖1）。

1.4.1.2 表界面張力 使用TX-500C 型懸滴界面張力儀測試模擬儲層溫度條件下，濃度0.4%的不同起泡劑體系，表面張力和油水界面張力。

實驗用7 種起泡劑的界面張力均能滿足實驗要求≤1 mN/m，表面張力除QP-30 和QP-40 外，其余均能滿足要求≤30 mN/m。同時表面張力越大，界面張力也越大（見圖2）。

圖2 不同起泡劑表界面性能評價

1.4.2 地層水礦化度對起泡劑的影響 地層水中含有多種鹽分及礦物質(zhì)，本次實驗將制備好的濃度0.4%起泡劑溶液用不同地層水進行稀釋，考察地層水對發(fā)泡率、析液半衰期的影響（見表1）。

表1 不同區(qū)塊離子組分及礦化度結(jié)果 單位：mg/L

起泡劑體系與地層水具有較好的配伍性，無沉淀絮凝產(chǎn)生，其中，QP-1、CFP-80、CFP-60 在王窯長6 區(qū)地層水礦化度下，發(fā)泡率、析液半衰期相對較好，說明具有較好的耐鹽性（見圖3、圖4）。

圖3 不同起泡劑發(fā)泡性評價實驗

圖4 不同起泡劑在王窯區(qū)、標準鹽水發(fā)泡性

QP-1 起泡劑在王窯長6 區(qū)、五里灣長6 區(qū)、標準鹽水（5 727 mg/L）礦化度下，發(fā)泡率、析液半衰期較好，說明QP-1 起泡劑適應(yīng)于王窯長6、五里灣長6 油藏，同時隨礦化度的增加，對體系的發(fā)泡率和析液半衰期影響較小（見圖5）。

圖5 QP-1 起泡劑在不同區(qū)塊發(fā)泡性

1.4.3 原油對起泡劑的影響 在上述濃度為0.4%的起泡劑溶液（標準鹽水）中加入20 g 現(xiàn)場原油，測試其發(fā)泡率、析液半衰期。

實驗所用的7 種起泡劑除QP-0 外，其余均能滿足技術(shù)標準要求，發(fā)泡率≥300%，析液半衰期≥90 s（見圖6）。

圖6 不同起泡劑耐油性能評價（標準鹽水）

采用王窯區(qū)塊地層水配制濃度0.4%的起泡劑溶液，測試其發(fā)泡率、析液半衰期。起泡劑QP-1 的發(fā)泡率、析液半衰期指標最優(yōu)，CFP-80、CFP-60 次之，說明起泡劑QP-1 在王窯區(qū)塊耐油性效果較好（見圖7）。

圖7 不同起泡劑耐油性能評價（王窯區(qū)）

1.4.4 溫度對起泡劑的影響 不同的表面活性劑中的活性劑含量和成分不一樣，地層溫度對活性物性能有一定影響，將制備好的0.4%濃度的起泡劑溶液，放置在不同地層溫度下恒溫30 min，測定其發(fā)泡率、析液半衰期。

QP-1 起泡劑，溫度在40～50 ℃時，發(fā)泡率較高，且隨著溫度升高，氣體膨脹性越強，對起泡劑性能產(chǎn)生消極作用，泡沫越容易破碎，穩(wěn)定性變差，析液半衰期呈下降趨勢，說明析液半衰期與溫度呈反比關(guān)系（見圖8）。同時也說明起泡劑QP-1 耐溫性較好，在75 ℃下，發(fā)泡率＞435%，析液半衰期＞200 s。

圖8 溫度對起泡劑性能影響

1.4.5 抗吸附性評價 采用王窯長6 油藏、五里灣長6 油藏地層水、標準鹽水配液，測試QP-1 起泡劑的抗吸附性能。相比未加油砂時，發(fā)泡率有所下降、析液半衰期延長，說明加入油砂后，對發(fā)泡性有負面影響，而由于有細小油砂存在，使產(chǎn)生的泡沫與泡沫之間黏性、韌性更強，不易破碎，析液半衰期延長（見表2）。

表2 起泡劑抗吸附性評價

1.4.6 老化穩(wěn)定性能 以新193 長7 油藏為例，采用周二轉(zhuǎn)集中處理站處理完后的地層采出水，配制濃度0.4%QP-1 起泡劑溶液100 mL，在油藏地層溫度69 ℃條件下放置2 周，測試起泡劑的發(fā)泡率和析液半衰期（見表3）。

表3 老化穩(wěn)定性實驗測試結(jié)果

由表3 可以看出，放置14 d 后起泡劑溶液的發(fā)泡率、析液半衰期仍能保持較好的水平，發(fā)泡率＞450%，析液半衰期＞200 s，說明起泡劑QP-1 耐溫性、老化穩(wěn)定性較好。

1.4.7 凝點性能測試 采用OY-NG 石油產(chǎn)品凝點測定儀測定樣品凝點，QP-1 起泡劑凝點為-27 ℃，滿足陜北、隴東等冬天極限條件下的存儲和使用。

1.4.8 與聚合物類穩(wěn)泡劑復(fù)配體系評價 泡沫輔助減氧空氣驅(qū)用起泡劑與聚合物類穩(wěn)泡劑復(fù)配后，所檢各項指標主要包括：發(fā)泡體積（發(fā)泡率）、析液半衰期、發(fā)泡體積保留率、穩(wěn)泡率、穩(wěn)定性（見表4）。

由表4 可以看出，實驗條件為溫度45 ℃、標準鹽水5 727 mg/L、起泡劑濃度0.4%、穩(wěn)泡劑濃度0.05%時，發(fā)泡體積保留率＞92%，其中WP-90、EM30S 相對較好，穩(wěn)泡率CQS-5＞W(wǎng)P-90＞W(wǎng)P-10＞W(wǎng)P-60=EM30S。

表4 與聚合物類穩(wěn)泡劑復(fù)配實驗測試結(jié)果

依據(jù)SY/T5862-2008《驅(qū)油用聚合物技術(shù)要求》，對上述聚合物類穩(wěn)泡劑的相對分子質(zhì)量、固含量、水解度、溶解時間、過濾因子、表觀黏度等指標進行檢測，結(jié)果（見表5）。

從表5 實驗結(jié)果來看，加入聚合物類穩(wěn)泡劑后，發(fā)泡率有所下降，同時析液半衰期延長，且隨著聚合物的相對分子質(zhì)量增加，穩(wěn)泡率越好，但發(fā)泡率下降。

表5 聚合物類穩(wěn)泡劑測試結(jié)果

在地層溫度45 ℃、標準鹽水5 727 mg/L、起泡劑濃度0.4%、穩(wěn)泡劑濃度0.05%條件下，放置一周時間，測試復(fù)配體系的泡沫體積變化率、析液半衰期變化率。

泡沫體積變化率＞95%，析液半衰期變化率＞90%，其中CQS-5、WP-10 相對較好（見圖9）。

圖9 不同穩(wěn)泡劑體系發(fā)泡性能

1.4.9 與表面活性劑類穩(wěn)泡劑復(fù)配體系評價 泡沫輔助減氧空氣驅(qū)用起泡劑與表面活性劑類穩(wěn)泡劑復(fù)配后，所檢各項指標主要包括：發(fā)泡體積（發(fā)泡率）、析液半衰期、發(fā)泡體積保留率、穩(wěn)泡率、穩(wěn)定性（見表6）。

由表6 可以看出，實驗條件為溫度45 ℃、標準鹽水5 727 mg/L、起泡劑濃度0.4%、穩(wěn)泡劑濃度0.05%時，發(fā)泡體積保留率＞95%，其中烷醇酰胺類相對較好，穩(wěn)泡率＞92%，其中酰胺改性羧基聚糖類較好。

表6 與表面活性劑類穩(wěn)泡劑復(fù)配實驗測試結(jié)果

在地層溫度45 ℃、標準鹽水5 727 mg/L、起泡劑濃度0.4%、穩(wěn)泡劑濃度0.05%條件下，放置一周時間，測試復(fù)配體系的泡沫體積變化率、析液半衰期變化率。

泡沫體積變化率＞95%，析液半衰期變化率＞95%，其中泡沫體積變化率（聚醚多羥＞烷醇酰胺＞酰胺改性羧基聚糖類），析液半衰期變化率（烷醇酰胺＞聚醚多羥＞酰胺改性羧基聚糖類），聚醚多羥類、烷醇酰胺類穩(wěn)定性相對較好（見圖10）。

圖10 不同穩(wěn)泡劑體系發(fā)泡性能評價

2 結(jié)論

（1）篩選出了一種發(fā)泡率、析液半衰期、耐油性、抗吸附性、表界面張力指標均較好的起泡劑QP-1，該起泡劑與地層水礦化度具有良好的配伍性，在特低滲透油藏S6 區(qū)各項性能指標最優(yōu)。

（2）QP-1 起泡劑表面張力≤30 mN/m、發(fā)泡率≥400%、界面張力≤1 mN/m，屬于低張力強發(fā)泡性體系。

（3）QP-1 起泡劑在溫度40～50 ℃時，發(fā)泡率較高，且溫度越高，析液半衰期呈下降趨勢，穩(wěn)定性變差，在地層溫度條件下放置14 d，發(fā)泡率、析液半衰期保持相對穩(wěn)定，老化穩(wěn)定性較好。

（4）聚合物類穩(wěn)泡劑和表面活性劑類穩(wěn)泡劑的加入，均具有很好的穩(wěn)泡性，但同時發(fā)泡體積有所下降。

（5）起泡劑與聚合物類穩(wěn)泡劑復(fù)配后，具有良好的配伍性，泡沫體積變化率＞95%，析液半衰期變化率＞90%，其中CQS-5、WP-10 相對較好。

（6）起泡劑與表面活性劑類穩(wěn)泡劑復(fù)配后，具有良好的兼容性，泡沫體積變化率＞95%，析液半衰期變化率＞95%，其中聚醚多羥類、烷醇酰胺類穩(wěn)定性相對較好。

（7）QP-1 起泡劑凝點較低，可以滿足陜北、隴東等冬天極限條件下現(xiàn)場存儲和使用。