李 翔 侯永利 張云寶 徐國瑞 郭宏峰 李賓飛

（1．中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450；2．中國石油大學(xué)（華東），青島266555）

渤海油田泡沫調(diào)驅(qū)用起泡劑靜態(tài)性能評價及篩選

李 翔1侯永利1張云寶1徐國瑞1郭宏峰1李賓飛2

（1．中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450；2．中國石油大學(xué)（華東），青島266555）

對渤海油田油藏初步篩選的三種起泡劑進行靜態(tài)性能評價。實驗結(jié)果表明，相對于其他兩種起泡劑，F(xiàn)a220起泡劑在優(yōu)選質(zhì)量濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的抗溫耐鹽特性，并且能夠在油藏壓力條件下保持長久穩(wěn)定。

泡沫調(diào)驅(qū)；起泡劑；氮氣泡沫；質(zhì)量濃度

受作業(yè)成本和作業(yè)環(huán)境限制，海上油田往往通過提高采油速度以實現(xiàn)經(jīng)濟利益最大化，但與此同時也增加了油井見水或者產(chǎn)出液含水率增大的風(fēng)險。層間的非均質(zhì)性導(dǎo)致注入水在注入過程中沿高滲層發(fā)生水竄，沖刷時間越長，竄流現(xiàn)象越嚴(yán)重，因此最終導(dǎo)致中、低滲透層位剩余油飽和度居高，同時高滲透層位的剩余油也未能充分波及，而使整個油藏水驅(qū)采收率較低。

氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)具備了泡沫驅(qū)擴大波及體積和表面活性劑增加洗油效率雙重特性，可以改善多小層籠統(tǒng)注水的吸水剖面，提高層內(nèi)驅(qū)替與洗油效率。一般陰離子表面活性劑的起泡能力高，但抗電解質(zhì)能力低；非離子表面活性劑的起泡能力低，而抗電解質(zhì)能力高。陽離子和兩性離子表面活性劑起泡能力中等，但與地層配伍性差，且價格高，來源少，因而極少使用。目前市場上的起泡劑種類很多，一種好的起泡劑不僅具有良好的起泡能力，而且與地層流體有良好的協(xié)同作用，因此生產(chǎn)中選擇適合特定油田的泡沫調(diào)驅(qū)用起泡劑非常必要。

1 常規(guī)起泡劑性能評價方法

通常從起泡能力和穩(wěn)定性兩個方面評價常規(guī)起泡劑性能。評價起泡能力和泡沫穩(wěn)定性的參數(shù)主要有起泡體積V0和半衰期t50。起泡劑性能的評價方法有很多，如Din孔盤打擊法、Ross－Miles法、傾注法、Waring Blender法等。

（1）Din孔盤打擊法。該方法是利用一帶孔圓盤打擊起泡劑溶液，根據(jù)所產(chǎn)生的泡沫量評價其起泡能力。此方法只能用于評價相對起泡能力。

（2）Ross－Miles法。 Ross－Miles法是國內(nèi)外通用的方法，其所用的儀器稱為Ross－Miles儀或者羅氏泡沫儀，主要通過溶液自一定垂直位置向下降落，在刻度管中央產(chǎn)生泡沫，測量其高度并記錄泡沫體積減為初始體積一半時所需的時間。

（3）傾注法。傾注法采用羅氏泡沫儀，實驗時，使泡沫移液管內(nèi)的200mL試液從高900mm、內(nèi)徑寬2.9mm的細(xì)孔中自由流下，沖擊盛放在刻度管中的50mL同樣質(zhì)量濃度的試液后產(chǎn)生泡沫。以200mL試液流完時的泡沫體積 （用高度表示）表示起泡能力，以5min后的泡沫體積表示泡沫穩(wěn)定性。該法簡便，可以較好地評價起泡劑的起泡能力，但是不能準(zhǔn)確地反映出泡沫的穩(wěn)定性。

（4）Waring Blender法。 Waring Blender法是一種極為方便的評價泡沫性能的方法，是美、日等國使用最多的一種方法。它所用的藥品少，實驗周期短，使用條件限制少，可作為標(biāo)準(zhǔn)評價方法之一。該方法所用儀器是一臺高速攪拌器。實驗時，在量杯中加入100mL一定質(zhì)量濃度的起泡劑溶液，高速（速度＞1 000r/min）攪拌一定時間后，關(guān)閉開關(guān)，馬上讀取泡沫體積，表示起泡劑的起泡能力。然后記錄從泡沫中析出50mL液體所需的時間，作為泡沫的半衰期，反映其穩(wěn)定性。

2 起泡劑室內(nèi)實驗評價

起泡劑主要由表面活性劑構(gòu)成,對于用于泡沫調(diào)驅(qū)的表面活性劑,還要求起泡劑在油藏流體和殘余油飽和度條件下具有良好的起泡能力和穩(wěn)泡性能。本文根據(jù)渤海油田地質(zhì)油藏條件選擇了Fa150、Fa220、Fa330三種不同的起泡劑，并對不同起泡劑的起泡能力、穩(wěn)泡性能、抗溫耐鹽能力進行了評價，最后篩選出合適的起泡劑。

2.1 起泡劑質(zhì)量濃度優(yōu)選

用目標(biāo)油田水源井水把起泡劑配成溶液，在室溫20℃條件下用Waring Blender法測定起泡劑的起泡體積和排液半衰期，實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 三種不同起泡劑的發(fā)泡性能與起泡劑質(zhì)量濃度的關(guān)系

由圖1可以看出，三種起泡劑在實驗質(zhì)量濃度范圍內(nèi)的起泡體積大致相當(dāng)，但Fa220起泡劑的排液半衰期先升高后降低，質(zhì)量濃度為0.6%時最高可以達到1 400s以上，較其他起泡劑表現(xiàn)出良好的泡沫穩(wěn)定性，F(xiàn)a150和Fa330起泡劑的排液半衰期在質(zhì)量濃度為0.8%時達到最長?？梢哉J(rèn)為形成泡沫排液半衰期這種變化規(guī)律的主要原因是：在低質(zhì)量濃度時，隨著起泡劑質(zhì)量濃度的增加，泡沫表面吸附的起泡劑量得到補充，降低了泡沫的表面張力，增強了泡沫的穩(wěn)定性；但當(dāng)起泡劑質(zhì)量濃度達到一定程度時，泡沫表面吸附達到飽和，起泡劑質(zhì)量濃度的增加反而會減弱液膜的自動修復(fù)效應(yīng)，進而削弱泡沫的穩(wěn)定性。

2.2 起泡劑耐鹽性能評價

關(guān)于溶液離子質(zhì)量濃度影響起泡劑性能的研究很多，Karakashev等人認(rèn)為無機鹽對泡沫穩(wěn)定性既有積極作用又有消極作用［1］。吳文祥等人在實驗中發(fā)現(xiàn)，溶液的礦化度越高，泡沫的穩(wěn)定性越差［2］。張鵬在文獻中提到，NaCl質(zhì)量濃度為0.025%時,泡沫的半衰期為未加無機鹽時的2倍，但是當(dāng)NaCl質(zhì)量濃度為0.1%時，無機鹽質(zhì)量濃度的增加會抑制泡沫的穩(wěn)定性［3］。

鑒于渤海油田綏中地域的高礦化度 (總礦化度10 000mg/L 左右，Ca2+和 Mg2+各 200 左右)，很有必要開展關(guān)于不同地層水成分對起泡劑發(fā)泡性能的影響。在此我們根據(jù)目標(biāo)油田的地層水成分對三種起泡劑的性能進行評價。

（1）礦化度（NaCl）對起泡劑性能的影響。采用Waring Blender法，F(xiàn)a150和 Fa330質(zhì)量濃度為0.8%，F(xiàn)a220質(zhì)量濃度為0.6%，礦化度的影響可用圖2表示。實驗表明，礦化度的改變對于泡沫體積的影響不明顯，而對穩(wěn)定性的影響較大，其中Fa150、Fa330的半衰期隨礦化度的增大明顯縮短。Fa220的半衰期隨其礦化度增大而縮短后逐漸延長，礦化度5 000mg/L時的半衰期最短，但礦化度達到10 000時的半衰期僅縮短20%，表現(xiàn)出一定的耐鹽性。

圖2 三種不同起泡劑性能與礦化度的關(guān)系

（2）Ca2+對起泡劑性能的影響。采用 Waring Blender法，F(xiàn)a150和Fa330質(zhì)量濃度為0.8%，F(xiàn)a220質(zhì)量濃度為0.6%。基液礦化度10 000mg/L，Mg含量250mg/L。實驗結(jié)果用圖3表示。

圖3 顯示，Ca2+對三種起泡劑起泡體積影響不明顯。其中Fa220半衰期隨著Ca2+的增加逐漸延長，超過600mg/L后，其半衰期縮短。Fa150和Fa330在Ca2+質(zhì)量濃度為1 000mg/L以下時，其半衰期變化不明顯；但是在1 000mg/L時，其半衰期達到最大值，然后縮短。

（3）Mg2+對起泡劑性能的影響。采用 Waring Blender法，F(xiàn)a150和Fa330質(zhì)量濃度為0.8%，F(xiàn)a220質(zhì)量濃度為0.6%，基液礦化度10 000mg/L，Ca2+含量250mg/L。實驗結(jié)果可用圖4表示。

從圖4可以看出，隨著Mg2+的增加，起泡劑Fa150的起泡體積在很小范圍內(nèi)波動，但半衰期明顯縮短。隨著Mg2+的增加，F(xiàn)a220起泡體積變化不大，但半衰期在100mg/L以上時明顯延長。隨著Mg2+的增加，F(xiàn)a330起泡劑起泡體積略有縮小，半衰期明顯縮短。

2.3 溫度對起泡劑性能的影響

一般而言，溫度升高會加快泡沫液膜中液體蒸發(fā)和排液的速度，還加快了氣體的擴散，使泡沫的穩(wěn)定性降低。另外，溫度較高時，表面活性劑分子親水基的水化作用下降，表面黏度降低，也使得泡沫穩(wěn)定性下降［3］。為比較三種不同起泡劑的耐溫性能并篩選適合渤海油田溫場（70℃左右）的起泡劑，本文測量了不同溫度下三種起泡劑的起泡性能，結(jié)果如圖5所示。

圖4 三種不同起泡劑性能與溶液鎂離子質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖5 三種不同起泡劑性能與溫度的關(guān)系

隨著溫度的升高，F(xiàn)a150和Fa330的體積變化不是很明顯，排液半衰期逐漸縮短，但Fa220的體積是先增大后減小，排液半衰期呈大幅度下降趨勢。這主要是因為，在一定溫度范圍內(nèi)，當(dāng)溫度升高時溶液膨脹，起泡劑分子間距離增大，動能增加時分子容易擺脫水的束縛而逃逸到水面，導(dǎo)致表面吸附的起泡劑分子增多，表面張力下降，即表現(xiàn)為起泡體積增加。但隨著溫度的繼續(xù)升高，液膜的水分蒸發(fā)加劇，使液膜變薄，排液速度加快，則泡沫容易破滅，在Waring Blender高速攪拌器的攪拌下生成的泡沫很快消失。

2.4 壓力對起泡劑性能的影響

實驗裝置是容積720mL帶觀察窗的容器（見圖6），高度是42cm。實驗測量了泡沫在高壓下的半衰期，先向容器內(nèi)充入一定體積的起泡劑溶液，然后從容器底部充入高壓氮氣至一定壓力，通過充氣過程的混合作用自行發(fā)泡，記錄泡沫析出一半液體的時間，作為高壓下泡沫的析液半衰期。實驗結(jié)果如表1所示。

圖6 高溫高壓三視窗容器外觀

由表1可以看出，在油藏溫度和壓力條件下，三種起泡劑的起泡體積都可以達到550mL，且起泡壓力越高，泡沫的穩(wěn)定性越強。Fa220起泡劑在壓力變化的同時泡沫半衰期變化不大，能夠維持很高的泡沫綜合值，F(xiàn)a150的泡沫半衰期較短，F(xiàn)a330的泡沫半衰期隨壓力的變化下降較快。

表 高溫高壓條件下泡沫性能

3 結(jié) 論

在本文中，通過Waring Blender起泡性能評價方法，優(yōu)選三種起泡劑Fa150、Fa220和Fa330的最優(yōu)起泡質(zhì)量濃度，研究礦化度、聚合物、溫度、原油和壓力等因素對起泡劑起泡體積和半衰期的影響，并測定了起泡劑的表面張力和界面張力。靜態(tài)評價實驗顯示，起泡劑Fa220具有較好的起泡性能、耐礦化度和耐溫性能。

[1]Karakashev S I，Manev E D，F(xiàn)rothing Behavior of Nonionic SurfactantSolutionsin the Presence ofOrganic and Inorganic Electrolytes[J].Colloid Interface Sci.，2001，235：194-196.

[2]吳文祥，徐景亮，崔茂蕾.起泡劑發(fā)泡特性及其影響因素研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,23(3):72-75.

[3]張鵬.泡沫流體穩(wěn)定性及泡沫在多孔介質(zhì)中的行為和性能研究[D].濟南：山東大學(xué)，2005.

Abstract：Foam flooding is a kind of tertiary recovery which can adjust the water injectivity profile for multilayer water injection and improve the oil displacement efficiency.Its application result depends on the selection of foam agents.This paper conducts static performance evaluation and selection of three different foam agents according to the reservoir conditions and fluid characteristics.As is indicated from the research,the foam agent Fa220 shows high heat resistance and salt tolerance and keeps good stability under reservoir pressure.

Key words：nitrogen foam flooding；foam agent；nitrogen foam；mass concentration

Research on the Selection and Static Performance Evaluation of Foam Agents for Foam Flooding Application in Bohai Oilfields

LI Xiang1HOU Yong-li1ZHANG Yun-bao1XU Guo-rui1GUO Hong-feng1LI Bin-fei2
(1.Oilfield Optimization R&D Institute,China Oilfield Services Limited,Tanggu 300450；2.China University of Petroleum(East China)，Qingdao 266555)

TE254

A

1673－1980（2011）06－0030－04

2011－06－13

李翔(1978－)，男，四川廣安人，工程師，研究方向為泡沫工藝及應(yīng)用。