元福卿，王其偉，李宗陽(yáng)，姬奧林，趙方劍，夏曦冉

油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律

元福卿1，2，王其偉2，李宗陽(yáng)2，姬奧林2，趙方劍2，夏曦冉2

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257015）

油相的存在會(huì)導(dǎo)致泡沫的穩(wěn)定性變差，從而影響泡沫驅(qū)的效果，如何提高泡沫的穩(wěn)定性，指導(dǎo)泡沫體系設(shè)計(jì)成為泡沫驅(qū)提高采收率中亟待解決的難題。為探索油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律，采用泡沫衰減法和微流控制法研究了界面張力和油相對(duì)泡沫體系穩(wěn)定性的影響，并評(píng)價(jià)了乳化油滴和氣泡間的相互作用。通過(guò)固定油相，改變泡沫體系，研究油相與泡沫體系之間界面張力對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，油水界面張力越低的泡沫體系所形成的泡沫半衰期越短，油相對(duì)泡沫的穩(wěn)定性影響越大。采用同一泡沫體系，改變油相，不同油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響結(jié)果表明，表面張力越低的油相對(duì)泡沫體系的穩(wěn)定性影響越大，泡沫穩(wěn)定性越差。這是由于油相相對(duì)分子質(zhì)量越大、表面張力越大，越不易在氣水界面鋪展，與泡沫的相互作用也越弱。

油相 泡沫 泡沫穩(wěn)定性 表面張力 界面張力 半衰期

泡沫驅(qū)油在采油及提高原油采收率技術(shù)領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用已有40多年的歷史，中國(guó)先后在玉門(mén)、勝利、遼河、大慶等油田進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)，均取得了一定的效果［1-2］。聚合物強(qiáng)化泡沫驅(qū)是在泡沫體系中加入聚合物，通過(guò)增加體相的粘度來(lái)提高泡沫穩(wěn)定性的驅(qū)油方法，如勝利油區(qū)2003年在孤島油田中二中單元28-8井進(jìn)行了聚合物強(qiáng)化泡沫驅(qū)試驗(yàn)，產(chǎn)油量由71.2t/d增加到140.9t/d，累積增油量為2.1×104t，證明聚合物強(qiáng)化泡沫驅(qū)是一種提高原油采收率的有效方法。泡沫的穩(wěn)定性是泡沫驅(qū)研究和應(yīng)用的核心問(wèn)題，目前中外關(guān)于泡沫穩(wěn)定性的影響因素做了大量的研究工作［3-10］，但對(duì)于油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究很少。筆者采用泡沫衰減法、微流控制法及顯微放大技術(shù)等手段，觀察泡沫擴(kuò)散、運(yùn)移、聚并等行為，研究了油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律，以期為研制適合不同類(lèi)型原油的泡沫體系提供技術(shù)支撐。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)用油包括正十六烷、正十二烷、正癸烷、石蠟油（C16—C20正構(gòu)烷），均為分析純。表面活性劑包括：6501，化學(xué)純；AES，化學(xué)純；DSB，化學(xué)純；SLDZ-1低張力泡沫劑（地質(zhì)科學(xué)研究院研制）。模擬地層水依據(jù)勝坨油田二區(qū)沙二段3單元目前產(chǎn)出水配制，礦化度為17497mg/L，鈣鎂離子含量為495mg/ L。實(shí)驗(yàn)用氣體是純度為99.5%的氮?dú)狻?/p>

實(shí)驗(yàn)儀器包括：泡沫性能評(píng)價(jià)裝置；微流控裝置，微管道內(nèi)徑為1～100μm；偏光顯微鏡，上海天省儀器XP-202型；TEXAS500懸滴界面張力儀；表面張力儀，北京哈科SFT-A3型。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

泡沫衰減法氣體以一定的流速通過(guò)泡沫性能評(píng)價(jià)裝置的燒結(jié)玻璃砂心，砂心上面預(yù)先放入一定量的待測(cè)試液，氣體通過(guò)砂心時(shí)與液體混合形成泡沫，觀察泡沫體積的衰減，用泡沫衰減曲線(xiàn)和泡沫半衰期來(lái)衡量泡沫的穩(wěn)定性。將表面活性劑溶液與油以質(zhì)量比100∶1混合，超聲乳化15min后，采用砂心法起泡，氮?dú)饬魉贋?5mL/min，采用衰減法測(cè)試其衰減曲線(xiàn)和半衰期。

微流控方法微流控方法是在微尺度與介觀尺度（納米級(jí)）上研究流體行為的技術(shù)。采用玻璃精細(xì)加工來(lái)制作微流體器件，將2個(gè)Y形管串聯(lián)，同時(shí)通入氣體、油相、表面活性劑溶液。表面活性劑溶液剪切油相形成均勻的乳液滴，氣體在乳液的剪切下形成氣泡、油滴共存體系。將氣泡、油滴共存體系導(dǎo)入到薄板模型后，在偏光顯微鏡下觀察，根據(jù)錄像和拍照結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)氣泡和油滴的尺寸及其分布來(lái)評(píng)價(jià)相互作用。

實(shí)驗(yàn)溫度為80℃，常壓。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1界面張力對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

選用正十二烷作為油相，分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的6501+DSB，SLDZ-1，AES，DSB的泡沫劑溶液，測(cè)試油相與不同泡沫劑溶液的油水界面張力，6501+DSB與油相之間的界面張力最低，為0.01835 mN/m；SLDZ-1次之，為0.03042mN/m；AES和DSB與油相之間的界面張力均大于0.1mN/m。

由4種泡沫劑溶液在含油和無(wú)油條件下的泡沫衰減曲線(xiàn)（圖1）可以看出，無(wú)論是在無(wú)油條件下還是含油條件下，油水界面張力越低的泡沫體系所形成的泡沫半衰期越短。對(duì)比分析含油和無(wú)油條件下泡沫的半衰期變化可知，油水界面張力越低的泡沫劑體系，加入油相對(duì)所形成泡沫的穩(wěn)定性影響越大，消泡越快。這主要是由于油水界面張力越低，油相在泡沫液膜的鋪展越容易，從而油相進(jìn)入液膜形成橋連，導(dǎo)致泡沫越易破滅。

圖1　4種泡沫劑溶液衰減曲線(xiàn)Fig.1　Foamdecaycurvesof4differentsurfactantsystems

2.2油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

分別測(cè)試石蠟油、正十六烷、正十二烷、正癸烷的表面張力，其值分別為29.72，26.52，24.79和23.30mN/m。即隨著油相相對(duì)分子質(zhì)量的變小，油相與空氣之間的表面張力減小。

固定已知成分的6501與DSB（兩者質(zhì)量比為9∶1）表面活性劑復(fù)配體系，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%。選取石蠟油、正十六烷、正十二烷、正癸烷作為油相，研究不同的油相對(duì)6501與DSB表面活性劑復(fù)配體系所形成泡沫穩(wěn)定性的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入正癸烷乳化后6501與DSB表面活性劑復(fù)配體系所形成泡沫的半衰期為35 min，加入正十二烷后半衰期為40min，加入正十六烷后半衰期為45min，而石蠟油的加入使泡沫的穩(wěn)定性略微下降，其半衰期可以達(dá)到50min（圖2）。按照石蠟油、正十六烷、正十二烷、正癸烷的順序，6501與DSB表面活性劑復(fù)配體系所形成泡沫的半衰期依次降低，油相對(duì)泡沫的影響依次增大，說(shuō)明所加入油相的相對(duì)分子質(zhì)量越小，表面張力越低，油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響越大。

圖2　不同條件下6501與DSB表面活性劑復(fù)配體系衰減曲線(xiàn)Fig.2　Foamdecaycurvesof6501andDSBwithvariousoils

2.3乳化油滴與氣泡間的相互作用

根據(jù)無(wú)油條件下氣泡直徑分布（圖3），在控制氣相、油相和泡沫溶液注入速度的條件下，微流控裝置形成的油滴和氣泡具有特定的直徑，直徑分布范圍很窄。氣泡即使緊密排列也很難發(fā)生聚并，穩(wěn)定性很好，因此進(jìn)入平板模型的氣泡直徑相對(duì)較小且分布范圍比較窄。

在氣相和泡沫溶液注入條件不變的情況下，有乳化油滴存在時(shí)，經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間后，平板模型中的氣泡直徑分布范圍明顯變寬，并且有的氣泡直徑大幅度增加（圖4），這充分說(shuō)明乳化油滴的存在加快了氣泡的聚并和破裂。油相為正癸烷時(shí)氣泡的直徑分布范圍最寬，氣泡直徑最大甚至已經(jīng)達(dá)到600μm。正十二烷、正十六烷和石蠟油作為油相時(shí)氣泡的直徑分布范圍依次變窄。

圖3　無(wú)油條件下氣泡直徑分布Fig.3　Distributionoffoamdiameterintheabsenceofoil

圖4　加入不同油滴后氣泡直徑分布Fig.4　Distributionoffoamsizeinthepresenceofdifferentoils

正癸烷對(duì)泡沫聚并、破裂的影響最大，消泡作用最明顯。這是由于油相相對(duì)分子質(zhì)量越大、油相粘度越大、表面張力越大，分子間粘合力越大，越不易在氣水界面鋪展，與泡沫的相互作用也越弱，同時(shí)，具有較高的表面張力的油相，被乳化分散為尺寸較小的油滴難度較大，對(duì)泡沫的穩(wěn)定性影響較小，泡沫的穩(wěn)定性越好，泡沫的半衰期越長(zhǎng)。而表面張力較低的油相，其被乳化的能力和對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響越大。

3　結(jié)論

通過(guò)測(cè)試4種表面活性劑體系和正十二烷的界面張力及在含油條件下的泡沫衰減曲線(xiàn)可知，含油條件下，油水界面張力越低的泡沫體系半衰期越短；油相對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響越大，泡沫消泡越快。

具有較高的表面張力的油相，被乳化分散為尺寸較小的油滴的難度大，對(duì)泡沫的穩(wěn)定性影響小，泡沫的半衰期相對(duì)較長(zhǎng)。而表面張力較低的油相，其被乳化的能力和對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響較大，因此泡沫的半衰期較短。

對(duì)于同一表面活性劑體系，油相相對(duì)分子質(zhì)量越大、表面張力越大，越不易在氣水界面鋪展，與泡沫的相互作用也越弱，泡沫的穩(wěn)定性越好，泡沫的半衰期也就越長(zhǎng)。

［1］ 王慶，楊昌華，林偉民，等.中原油田耐溫抗鹽二氧化碳泡沫控制氣竄研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（4）：75-78. WangQing，YangChanghua，LinWeiming，etal.Studyongas channelingcontrolbytemperatureandsaltresistanceCO2foam，Zhongyuanoilfield［J］.PetroleumGeologyandRecoveryEfficiency，2013，20（4）：75-78.

［2］ 劉澤凱，閔家華.泡沫驅(qū)油在勝利油田的應(yīng)用［J］.油氣采收率技術(shù)，1996，3（3）：23-29. LiuZekai，MinJiahua.ApplicationoffoamfloodinginShenglioil field［J］.Oil&GasRecoveryTechnology，1996，3（3）：23-29.

［3］ 盧開(kāi)森-閏德斯EH.陰離子表面活性劑-表面活性劑作用的物理化學(xué)［M］.朱埗瑤，吳佩強(qiáng)，丁慧君，等，譯.北京：輕工業(yè)出版社，1988：213-255. Lucassen-ReyndersEH.Anionicsurfactants：Physicalchemistry ofsurfactantaction［M］.ZhuBuyao，WuPeiqiang，DingHuijun，etal，trans.Beijing：ChinaLightIndustryPress，1988：213-255.

［4］ 張廣卿，劉偉，李敬，等.泡沫封堵能力影響因素實(shí)驗(yàn)研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（2）：44-46. ZhangGuangqing，LiuWei，LiJing，etal.Experimentalstudyon thefactorsinfluencingtheblockingabilityoffoam［J］.Petroleum GeologyandRecoveryEfficiency，2012，19（2）：44-46.

［5］ 李兆敏，劉偉，李松巖，等.多相泡沫體系深部調(diào)剖實(shí)驗(yàn)研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（1）：55-58. LiZhaomin，LiuWei，LiSongyan，etal.Researchonin-depthprofilemodificationoffoamandmicrogelcomplexsystem［J］.PetroleumGeologyandRecoveryEfficiency，2012，19（1）：55-58.

［6］ 王建勇，王思宇，趙思琪，等.趙凹油田高溫油藏凍膠泡沫調(diào)驅(qū)體系的研制及性能評(píng)價(jià)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（4）：57-61. WangJianyong，WangSiyu，ZhaoSiqi，etal.Studyonprofilecontrolandoildisplacementsystemforgelfoamofhigh-temperature reservoirinZhao’aooilfield［J］.PetroleumGeologyandRecovery Efficiency，2013，20（4）：57-61.

［7］ DickinsonE，IzgiE.Foamstabilizationbyprotein-polysaccharide complexes［J］.ColloidsandSurfacesA：PhysicochemicalandEngineeringAspects，1996，113（2）：191-201.

［8］ OzbayogluME，KuruE，MiskaS，etal.Acomparativestudyofhydraulicmodelsforfoamdrilling［C］.SPE65489，2000.

［9］ Prud’HommeRK，KhanSA.Foams：Theory，Measurements，and applications［M］.SurfactantScienceSeriesVolume57，NewYork：MarcelDekkerInc.，1996.

［10］趙國(guó)璽，朱埗瑤.表面活性劑作用原理［M］.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003. ZhaoGuoxi，ZhuBuyao.Principlesofsurfactantaction［M］.Beijing：ChinaLightIndustryPress，2003.

編輯經(jīng)雅麗

Relationshipbetweenoilandfoamstability

YuanFuqing1，2，WangQiwei2，LiZongyang2，JiAolin2，ZhaoFangjian2，XiaXiran2

（1.SchoolofPetroleumEngineering，ChinaUniversityofPetroleum（EastChina），QingdaoCity，Shandong Province，266580，China；2.GeoscienceResearchInstitute，ShengliOilfieldCompany，SINOPEC，DongyingCity，ShandongProvince，257015，China）

Astheperformanceoffoamfloodingisdominatedbyfoamstabilitywhichmaybereducedinthepresenceofoil，developmentoffoamsystemwithimprovedfoamstabilityhasbecomeincreasinglyimportantintheareaofenhancingoilrecoveryofthefoamflooding.Therelationshipbetweenoilandfoamstabilitywasinvestigatedbyfoamdecaymeasurements andmicrofluidiccontrolmethod.Theeffectofinterfacialtension（IFT）betweenoilandfoamsystemonthefoamstability wasexaminedthroughcertainoilanddifferentfoamsystems.Reactionbetweenemulsifiedoildropandbubbleswasevaluated.Experimentalresultsshowthatthehalf-lifedecreasedconsiderablyforthelow-IFTfoamsystems，andoilhasgreater influenceonthelower-IFTfoamsystems.Additionally，oilwithlowersurfacetensionwouldaffectfoamabilitymoresignificantly.Becauselargerrelativemolecularweightofoilandsurfacetensionwillbringdifficultiesinspreadingonthegas-waterinterfacewithweakerreactionofthefoam.

oil；foam；foamstability；surfacetension；interfacialtension；half-life

TE357.42

A

1009-9603（2015）01-0118-04

2014-11-14。

元福卿（1971—），男，江西崇仁人，高級(jí)工程師，在讀博士研究生，從事化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)攻關(guān)和推廣工作。聯(lián)系電話(huà)：13589976531，E-mail：yuanfuqing.slyt@sinopec.com。

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“勝利油田特高含水期提高采收率技術(shù)”（2011ZX05011）。