汪靖凱，張強(qiáng)

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強(qiáng)化泡沫驅(qū)配方的研究

汪靖凱，張強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

泡沫驅(qū)在三次采油中有降低原油和水之間的界面張力，提高驅(qū)油效率的特性被廣泛應(yīng)用，在三次采油中有明顯的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)以Waring Blender法為試驗(yàn)依據(jù)，對(duì)ZS系列發(fā)泡劑驅(qū)在45~95 ℃溫度區(qū)間下進(jìn)行檢測(cè)，通過泡沫半衰期和析液半衰期來衡量泡沫驅(qū)的穩(wěn)定性。通過考察在溫度45~95 ℃區(qū)間，加入不同劑量的AMPS對(duì)比試驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)得出ZS-52于20 ℃時(shí)，泡沫體積為960 mL，泡沫半衰期為25.7 h，析液半衰期為2.7 h，發(fā)泡量優(yōu)秀，穩(wěn)定性強(qiáng)。在95 ℃時(shí)，析泡沫半衰期為8.1 h，液半衰期為36 min，在高溫下發(fā)泡劑的穩(wěn)定性要好于常見的油田發(fā)泡劑。

發(fā)泡能力；穩(wěn)定性；發(fā)泡體積

石油能源的充分開采在當(dāng)今已經(jīng)成為重要研究課題，常規(guī)的一次采油和二次采油質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高能達(dá)到50%，三次采油的合理利用，可以有效的提高采油率，使資源收益最大化［1］。三次采油技技術(shù)主要的方法有以下四種：

（1）化學(xué)驅(qū)油法；

（2）熱力驅(qū)油法；

（3）氣驅(qū)油法；

（4）微生物驅(qū)油法[2]。

根據(jù)我國大慶油田、中原油田、江漢油田、新疆克拉瑪依油田、勝利油田等油田的油藏現(xiàn)狀，化學(xué)驅(qū)會(huì)是我國三次采油技術(shù)今后長期的重點(diǎn)研究對(duì)象。

泡沫驅(qū)作為三次采油中效率最高的方式，最顯著的特點(diǎn)分別是提高驅(qū)油效率以及驅(qū)油波及面積[3]。同時(shí)泡沫驅(qū)具有摩擦阻力小，可調(diào)密度，表現(xiàn)黏度高，可以改善流度比，能封堵蒸汽汽竄通道，作為選擇性封堵劑，能選擇性封堵高滲通道，降低高滲區(qū)的載流量而不破壞低滲區(qū)[4]，而被廣泛應(yīng)用在三次采油技術(shù)中。但是在高溫條件下泡沫驅(qū)的穩(wěn)定性相對(duì)較差，液相粘度降低的速率快，排液速率隨著溫度的提升而提高，氣體溫度上升后分子動(dòng)能加大，氣體體積擴(kuò)張，同時(shí)壓縮性能下降。同時(shí)由于液膜加速蒸發(fā)而變薄，泡膜強(qiáng)度下降，封堵性能下降等因素，限制了泡沫驅(qū)在高溫環(huán)境下的應(yīng)用[5]。

目前泡沫驅(qū)耐溫性解決方式主要體現(xiàn)在，采用多種耐溫性能好，抗鹽功能強(qiáng)的單體通過多元共聚引入一個(gè)大分子鏈上，制備出一系列共聚物，在抗溫方面有顯著的提升[6]。復(fù)合泡沫驅(qū)配方在發(fā)泡量以及穩(wěn)定性上強(qiáng)于單體泡沫，同時(shí)可以提高其耐鹽性和耐溫性。使泡沫驅(qū)在實(shí)際使用中有更好的使用效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與化學(xué)試劑

JA5003N型電子天平，上海新諾儀器設(shè)備有限公司；JJ-1精密增力電子攪拌器，江蘇省金壇市友聯(lián)儀器研究所；DHG—9146A干燥箱，上海精若科學(xué)儀器有限公司。

烯基磺酸鈉(AOS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽型(AES)、陰離子聚丙烯酰胺(PHP分子量為1 800萬)、正十二醇、生物聚合物(XC)、2-丙烯酰-2-甲基丙磺酸(AMPS)，以上藥品均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

通過Waring Blender法檢測(cè)泡沫驅(qū)穩(wěn)定性。通過析液半衰期和泡沫半衰期兩項(xiàng)數(shù)據(jù)來衡量泡沫驅(qū)的穩(wěn)定能力。在常溫20 ℃的情況下，用電子天平按比例稱取不同樣品，加入去離子水配置成實(shí)驗(yàn)溶液，均勻攪拌并等待樣品充分溶解后，液體呈渾濁狀態(tài)時(shí)，在1 500 mL的燒杯中倒入用量筒稱取100 mL的溶液，用攪拌器高速均勻攪拌120 s, 停止攪拌，同時(shí)將生成的泡沫倒入1 500 mL的量筒中開始計(jì)時(shí)。同時(shí)讀取泡沫體積讀數(shù)V，記錄當(dāng)析出液體達(dá)到50 mL時(shí)，所用的時(shí)間1/2(稱為泡沫的析液半衰期)，記錄當(dāng)泡沫體積減少一半時(shí)，所用的時(shí)間1/2 (稱為泡沫半衰期)，通過以上數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)泡沫驅(qū)常溫下的性能。

45~95 ℃區(qū)間的測(cè)量方法。將剛生成的泡沫倒入1 500 mL量筒中并將并馬上將量筒放置到溫度分別在45，55，65，75，85，95 ℃的恒溫箱內(nèi)，讀取泡沫體積V，馬上用秒表計(jì)時(shí)，記錄在恒溫箱中液體析出50%的時(shí)間1/2，以及泡沫體積減少一半時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間1/2，通過以上數(shù)據(jù)來衡量泡沫驅(qū)在高溫下的穩(wěn)定性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合配方的篩選

三次采油中泡沫驅(qū)通過多種單體多元共聚來保證其使用性能。本實(shí)驗(yàn)采用ZS系列復(fù)合配方，在ZS復(fù)合發(fā)泡驅(qū)中加入不同濃度的AMPS，在常溫下進(jìn)行配置并觀察其性能。通過與油田使用中兩種泡沫驅(qū)比較，記錄數(shù)據(jù)。表1所示為其結(jié)果對(duì)比。

由表1可以得出ZS-50復(fù)合驅(qū)在常溫下發(fā)泡量以及析液半衰期明顯優(yōu)于工業(yè)中使用的發(fā)泡劑。在加入AMPS后，發(fā)泡量以及析液半衰期基本保持恒定。對(duì)于原先的配方并沒有不良的影響。經(jīng)過對(duì)比可知ZS-51的泡沫半衰期較高，ZS-52析液半衰期低于其它發(fā)泡劑，但是析液半衰期最長，ZS-53的泡沫穩(wěn)定性能比較均衡，ZS-54的穩(wěn)定性能方面不其他的配比。ZS-55其泡沫半衰期和析液半衰期都是這些組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中最好的，但是AMPS的用量也相對(duì)較高。五種配比各有各的優(yōu)勢(shì)。需要通過進(jìn)一步對(duì)比實(shí)驗(yàn)來塞選哪種發(fā)泡劑性能可以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

表1 不同ZS配方的復(fù)配效果

（其中ZS-50未添加AMPS，ZS-51、ZS-52、ZS-53、ZS-54、ZS-55中AMPS分別為0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.10%)

2.2 復(fù)合配方的抗溫性

本實(shí)驗(yàn)著重研究泡沫復(fù)合驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間之間的穩(wěn)定性。通過加熱量筒中的泡沫驅(qū)來測(cè)驗(yàn)泡沫驅(qū)在溫度升高后性能的優(yōu)異，使上述5種ZS系列的泡沫驅(qū)分別在45，55，65，75，85，95℃區(qū)間進(jìn)行抗溫性能檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2、3、4、5、6、7所示。

表2 ZS-50在不同溫度下的復(fù)配效果

通過表3可以得出在加入AMPS（0.01%）后，ZS系列泡沫驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)效果相比ZS-50各項(xiàng)數(shù)據(jù)均有所提高，ZS-51在45~75 ℃區(qū)間，發(fā)泡劑的穩(wěn)定性有一定幅度強(qiáng)化，1/2以及1/2相比于ZS-50有所提高。75~95 ℃區(qū)間析液半衰期和泡沫半衰期的時(shí)間有所加強(qiáng)，穩(wěn)定性稍強(qiáng)于ZS-50。

表3 ZS-51在不同溫度下的復(fù)配效果

（其中ZS-51添加AMPS 0.01%)

表4 ZS-52在不同溫度下的復(fù)配效果

（其中ZS-52添加AMPS 0.03%)

通過表4可以得出在加入AMPS(0.03%)后，ZS系列 泡沫驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)，相比ZS-50提升明顯，在45 ℃時(shí)析液半衰期和泡沫半衰期均提高了15%，55~65 ℃泡沫半衰期和析液半衰期都有一定的增長幅度，在75 ℃時(shí)泡沫的半衰期提高了25%，析液半衰期提高了43%。在85 ℃時(shí)析液半衰期提高了83%，在95 ℃時(shí)，析液半衰期提高了1倍，泡沫的穩(wěn)定性提高的幅度大，效果提升優(yōu)于ZS-51。

表5 ZS-53在不同溫度下的復(fù)配效果

（其中ZS-53添加AMPS 0.05%)

通過表5可以得出在加入AMPS（0.05%）后，ZS系列泡沫驅(qū)在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)依然好于ZS-50發(fā)泡劑，但是效果比ZS-52稍差。泡沫半衰期和析液半衰期相比ZS-52時(shí)間有所減少。

表6 ZS-54在不同溫度下的復(fù)配效果

（其中ZS-54添加AMPS 0.07%)

表7 ZS-55在不同溫度下的復(fù)配效果

（其中ZS-54添加AMPS 0.10%)

通過表7可知，在加入AMPS（0.10%)后，發(fā)泡劑的整體的穩(wěn)定性能都得到了加強(qiáng)，其效果稍好于ZS-52。在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)相比于ZS-52的泡沫裂解速度以及泡沫持續(xù)時(shí)間都得到了一定的強(qiáng)化。但是AMPS的使用量是ZS-52的三倍，所以從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果并沒有ZS-52優(yōu)秀。

通過上述6個(gè)表可以看出，ZS系列配方在發(fā)泡性能，泡沫穩(wěn)定性上都有一定優(yōu)勢(shì)，發(fā)泡性能優(yōu)異，穩(wěn)定性強(qiáng)。在溫度逐漸升高后，發(fā)泡量并沒有下降，發(fā)泡量穩(wěn)定。但是析液半衰期以及泡沫半衰期都有所下降。在高溫下穩(wěn)定性差，易析液，泡沫的持續(xù)時(shí)間也不穩(wěn)定。在加入AMPS后，保證了在常溫下ZS系列發(fā)泡劑的穩(wěn)定性。而且隨著溫度升高，ZS系列發(fā)泡劑的抗溫性能也得到了一定的強(qiáng)化。實(shí)驗(yàn)表明在升溫后表現(xiàn)優(yōu)異的是配方AMPS(0.03%)。

3 結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AOS與AES的組合使發(fā)泡驅(qū)的發(fā)泡量以及穩(wěn)定性都有良好的效果，溫度逐漸升高，泡沫的穩(wěn)定性比常溫20 ℃時(shí)下降明顯。泡沫易裂解，持續(xù)時(shí)間逐漸縮短。泡沫半衰期和析液半衰期都大幅度的降低。在加入AMPS后常溫下的優(yōu)秀的性能保持穩(wěn)定，在45~95 ℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度逐漸的升高，泡沫驅(qū)的穩(wěn)定性相比之前有一定的增強(qiáng)，析液半衰期以及泡沫半衰期都有顯著的提升。

（2）通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，在加入AMPS后，ZS系列發(fā)泡驅(qū)在高溫下的效果有一定的提高，但是AMPS的量提高后，實(shí)際的測(cè)量效果并沒有逐漸的提高。但是在AMPS（0.10%）時(shí)，所有的數(shù)據(jù)均高于其它的對(duì)比相，相比AMPS（0.03%）效果有小幅度的提升。提升的幅度并不明顯，從經(jīng)濟(jì)收益角度出發(fā)，在多組實(shí)驗(yàn)相互比較的情況下得出AMPS(0.03%)的樣本實(shí)驗(yàn)，發(fā)泡劑的耐高溫效果最好。

（3）利用復(fù)配增效原理，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可得，新的發(fā)泡劑配方ZS-52在常溫20 ℃下，f= 960 mL，1/2=2.4 h,1/2=27.1 h。在95 ℃條件下，f= 960 mL，1/2=8.1 h，1/2=0.6 h，抗溫性能對(duì)比其它實(shí)驗(yàn)效果明顯。

［1］隋智慧，林冠發(fā)，朱友益，王國房，盧壽慈. 三次采油用表面活性劑的制備、應(yīng)用及進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2003,22(4):355-360.

［2］曹國慶.表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用[J].延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013,27(4):144-146.

［3］于偉波，張強(qiáng).強(qiáng)化泡沫驅(qū)配方的研究[J].當(dāng)代化工，2012, 41 (10): 1007-1008+1058.

［4］王其偉.泡沫驅(qū)油發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].石油鉆采工藝，2013,35(2):94-97.

［5］董海燕，單文軍，李艷寧，岳偉民，趙志濤.耐高溫泡沫技術(shù)研究概況及研究方向探討[J].地質(zhì)與勘探2014, 50(5):991-996.

［6］韓玉貴.耐溫抗鹽驅(qū)油用化學(xué)劑研究進(jìn)展[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，33(3):149-153．

Research on the Formula of Enhanced Foam Flooding

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（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun113001, China）

Foam flooding is widely used in tertiary oil recovery because of its advantages of reducing the interfacial tension between crude oil and water, and improving the efficiency of oil displacement. In this paper, based on Waring Blender method, ZS series of foam flooding system was tested in the range of 45~95 ℃,its stability was evaluated by using foam half-life period and drainage half-life period as indexes. The contrast test was carried out by adding different doses of AMPS in the temperature range of 45～95 ℃. The results show that the ZS-52 has the foam volume of 960 mL, drainage half-life period of 2.7 h and foam half-life period of 25.7 h at room temperature (20 ℃)，its foaming capacity and stability are excellent. Its foam half-life period is 8.1 h and drainage half-life period is 36 at 95 ℃, its heat resistance is far better than that of ordinary foaming agents.

foaming capacity; stability; foam volume

TE 357.46

A

1671-0460（2017）10-2081-04

遼寧省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資金資助項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：2009S139。

2017-03-29

汪靖凱（1989-），男，遼寧省撫順市人，在讀碩士，研究方向：采油用表面活性劑。E-mail：1020637704@qq.com。

張強(qiáng)（1964-），男，教授，1988年大連理工碩士畢業(yè)，研究方向：主要從事油田化學(xué)、石油化工、精細(xì)化工工藝及分離方向的研究。E-mail：zhangqiang91@sina.com。