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        空氣泡沫驅(qū)中起泡劑XHY-4K 篩選與性能評價

        2014-12-24 03:58:42郎麗媛李華斌
        石油化工應(yīng)用 2014年11期
        關(guān)鍵詞:半衰期礦化度泡沫

        郎麗媛,李華斌,2

        (1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院,四川成都 610059;2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué)),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(chǎn)生泡沫的穩(wěn)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(fā)過程中要求起泡劑具有盡可能高的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性,因此將從起泡能力和泡沫穩(wěn)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(jù)玉東2 區(qū)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(shù)有限公司生產(chǎn)。

        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(qū)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(guān)閉開關(guān),迅速將泡沫倒入帶封口的1 000 mL 量筒內(nèi),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(zhuǎn)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(fā)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(fā)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(qū)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(jié)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(wěn)定性,因此將從起泡能力和泡沫穩(wěn)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(jié)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(shù)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(yōu)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)??梢钥闯?,起泡劑在有效濃度0.1 %時發(fā)泡能力和穩(wěn)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(wěn),泡沫半衰期略有下降后趨于平穩(wěn)。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(wěn)定性能逐漸增強,泡沫的吸附逐漸達到飽和,減弱了Marangon 效應(yīng),降低了液膜的穩(wěn)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)??梢钥闯觯呔S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(wěn)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(fā)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(fā)泡體積和泡沫半衰期的影響

        圖2 礦化度對XHY-4K 發(fā)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(guān)系(見圖3)??梢钥闯觯菽胨テ诤推鹋蒹w積均隨著壓力的升高而增加,當壓力在0.1 MPa~5 MPa 范圍內(nèi),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(nèi)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(fā)泡體積影響(見圖4),可以看出,泡沫的發(fā)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(fā)泡能力和穩(wěn)泡性能更差,但是原油濃度在5 %~10 %時,發(fā)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(xué)成分是陰離子復(fù)配起泡劑,過量的原油與低含量(0.1 %)的起泡劑XHY-4K 充分發(fā)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(guān),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(fā)泡體積的影響

        圖4 原油濃度對泡沫半衰期及泡沫發(fā)泡體積的影響

        3 結(jié)論

        (1)針對吐哈油田玉東2 區(qū)塊的油藏特點,尤其是其地層水高礦化度的情況下,優(yōu)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(fā)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(nèi)篩選實驗中,高原油濃度條件下,起泡劑主要發(fā)生乳化作用,但通過驅(qū)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(shù)量級,屬于低界面張力,但仍具有一定洗油能力。

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