渤海油田泡沫调驱用起泡剂静态性能评价及筛选

李 翔 侯永利 张云宝 徐国瑞 郭宏峰 李宾飞

（1．中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300450；2．中国石油大学（华东），青岛266555）

渤海油田泡沫调驱用起泡剂静态性能评价及筛选

李 翔1侯永利1张云宝1徐国瑞1郭宏峰1李宾飞2

（1．中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300450；2．中国石油大学（华东），青岛266555）

对渤海油田油藏初步筛选的三种起泡剂进行静态性能评价。实验结果表明，相对于其他两种起泡剂，Fa220起泡剂在优选质量浓度范围内表现出良好的抗温耐盐特性，并且能够在油藏压力条件下保持长久稳定。

泡沫调驱；起泡剂；氮气泡沫；质量浓度

受作业成本和作业环境限制，海上油田往往通过提高采油速度以实现经济利益最大化，但与此同时也增加了油井见水或者产出液含水率增大的风险。层间的非均质性导致注入水在注入过程中沿高渗层发生水窜，冲刷时间越长，窜流现象越严重，因此最终导致中、低渗透层位剩余油饱和度居高，同时高渗透层位的剩余油也未能充分波及，而使整个油藏水驱采收率较低。

氮气泡沫调驱技术具备了泡沫驱扩大波及体积和表面活性剂增加洗油效率双重特性，可以改善多小层笼统注水的吸水剖面，提高层内驱替与洗油效率。一般阴离子表面活性剂的起泡能力高，但抗电解质能力低；非离子表面活性剂的起泡能力低，而抗电解质能力高。阳离子和两性离子表面活性剂起泡能力中等，但与地层配伍性差，且价格高，来源少，因而极少使用。目前市场上的起泡剂种类很多，一种好的起泡剂不仅具有良好的起泡能力，而且与地层流体有良好的协同作用，因此生产中选择适合特定油田的泡沫调驱用起泡剂非常必要。

1 常规起泡剂性能评价方法

通常从起泡能力和稳定性两个方面评价常规起泡剂性能。评价起泡能力和泡沫稳定性的参数主要有起泡体积V0和半衰期t50。起泡剂性能的评价方法有很多，如Din孔盘打击法、Ross－Miles法、倾注法、Waring Blender法等。

（1）Din孔盘打击法。该方法是利用一带孔圆盘打击起泡剂溶液，根据所产生的泡沫量评价其起泡能力。此方法只能用于评价相对起泡能力。

（2）Ross－Miles法。 Ross－Miles法是国内外通用的方法，其所用的仪器称为Ross－Miles仪或者罗氏泡沫仪，主要通过溶液自一定垂直位置向下降落，在刻度管中央产生泡沫，测量其高度并记录泡沫体积减为初始体积一半时所需的时间。

（3）倾注法。倾注法采用罗氏泡沫仪，实验时，使泡沫移液管内的200mL试液从高900mm、内径宽2.9mm的细孔中自由流下，冲击盛放在刻度管中的50mL同样质量浓度的试液后产生泡沫。以200mL试液流完时的泡沫体积 （用高度表示）表示起泡能力，以5min后的泡沫体积表示泡沫稳定性。该法简便，可以较好地评价起泡剂的起泡能力，但是不能准确地反映出泡沫的稳定性。

（4）Waring Blender法。 Waring Blender法是一种极为方便的评价泡沫性能的方法，是美、日等国使用最多的一种方法。它所用的药品少，实验周期短，使用条件限制少，可作为标准评价方法之一。该方法所用仪器是一台高速搅拌器。实验时，在量杯中加入100mL一定质量浓度的起泡剂溶液，高速（速度＞1 000r/min）搅拌一定时间后，关闭开关，马上读取泡沫体积，表示起泡剂的起泡能力。然后记录从泡沫中析出50mL液体所需的时间，作为泡沫的半衰期，反映其稳定性。

2 起泡剂室内实验评价

起泡剂主要由表面活性剂构成,对于用于泡沫调驱的表面活性剂,还要求起泡剂在油藏流体和残余油饱和度条件下具有良好的起泡能力和稳泡性能。本文根据渤海油田地质油藏条件选择了Fa150、Fa220、Fa330三种不同的起泡剂，并对不同起泡剂的起泡能力、稳泡性能、抗温耐盐能力进行了评价，最后筛选出合适的起泡剂。

2.1 起泡剂质量浓度优选

用目标油田水源井水把起泡剂配成溶液，在室温20℃条件下用Waring Blender法测定起泡剂的起泡体积和排液半衰期，实验结果如图1所示。

图1 三种不同起泡剂的发泡性能与起泡剂质量浓度的关系

由图1可以看出，三种起泡剂在实验质量浓度范围内的起泡体积大致相当，但Fa220起泡剂的排液半衰期先升高后降低，质量浓度为0.6%时最高可以达到1 400s以上，较其他起泡剂表现出良好的泡沫稳定性，Fa150和Fa330起泡剂的排液半衰期在质量浓度为0.8%时达到最长。可以认为形成泡沫排液半衰期这种变化规律的主要原因是：在低质量浓度时，随着起泡剂质量浓度的增加，泡沫表面吸附的起泡剂量得到补充，降低了泡沫的表面张力，增强了泡沫的稳定性；但当起泡剂质量浓度达到一定程度时，泡沫表面吸附达到饱和，起泡剂质量浓度的增加反而会减弱液膜的自动修复效应，进而削弱泡沫的稳定性。

2.2 起泡剂耐盐性能评价

关于溶液离子质量浓度影响起泡剂性能的研究很多，Karakashev等人认为无机盐对泡沫稳定性既有积极作用又有消极作用［1］。吴文祥等人在实验中发现，溶液的矿化度越高，泡沫的稳定性越差［2］。张鹏在文献中提到，NaCl质量浓度为0.025%时,泡沫的半衰期为未加无机盐时的2倍，但是当NaCl质量浓度为0.1%时，无机盐质量浓度的增加会抑制泡沫的稳定性［3］。

鉴于渤海油田绥中地域的高矿化度 (总矿化度10 000mg/L 左右，Ca2+和 Mg2+各 200 左右)，很有必要开展关于不同地层水成分对起泡剂发泡性能的影响。在此我们根据目标油田的地层水成分对三种起泡剂的性能进行评价。

（1）矿化度（NaCl）对起泡剂性能的影响。采用Waring Blender法，Fa150和 Fa330质量浓度为0.8%，Fa220质量浓度为0.6%，矿化度的影响可用图2表示。实验表明，矿化度的改变对于泡沫体积的影响不明显，而对稳定性的影响较大，其中Fa150、Fa330的半衰期随矿化度的增大明显缩短。Fa220的半衰期随其矿化度增大而缩短后逐渐延长，矿化度5 000mg/L时的半衰期最短，但矿化度达到10 000时的半衰期仅缩短20%，表现出一定的耐盐性。

图2 三种不同起泡剂性能与矿化度的关系

（2）Ca2+对起泡剂性能的影响。采用 Waring Blender法，Fa150和Fa330质量浓度为0.8%，Fa220质量浓度为0.6%。基液矿化度10 000mg/L，Mg含量250mg/L。实验结果用图3表示。

图3 显示，Ca2+对三种起泡剂起泡体积影响不明显。其中Fa220半衰期随着Ca2+的增加逐渐延长，超过600mg/L后，其半衰期缩短。Fa150和Fa330在Ca2+质量浓度为1 000mg/L以下时，其半衰期变化不明显；但是在1 000mg/L时，其半衰期达到最大值，然后缩短。

（3）Mg2+对起泡剂性能的影响。采用 Waring Blender法，Fa150和Fa330质量浓度为0.8%，Fa220质量浓度为0.6%，基液矿化度10 000mg/L，Ca2+含量250mg/L。实验结果可用图4表示。

从图4可以看出，随着Mg2+的增加，起泡剂Fa150的起泡体积在很小范围内波动，但半衰期明显缩短。随着Mg2+的增加，Fa220起泡体积变化不大，但半衰期在100mg/L以上时明显延长。随着Mg2+的增加，Fa330起泡剂起泡体积略有缩小，半衰期明显缩短。

2.3 温度对起泡剂性能的影响

一般而言，温度升高会加快泡沫液膜中液体蒸发和排液的速度，还加快了气体的扩散，使泡沫的稳定性降低。另外，温度较高时，表面活性剂分子亲水基的水化作用下降，表面黏度降低，也使得泡沫稳定性下降［3］。为比较三种不同起泡剂的耐温性能并筛选适合渤海油田温场（70℃左右）的起泡剂，本文测量了不同温度下三种起泡剂的起泡性能，结果如图5所示。

图4 三种不同起泡剂性能与溶液镁离子质量浓度的关系

图5 三种不同起泡剂性能与温度的关系

随着温度的升高，Fa150和Fa330的体积变化不是很明显，排液半衰期逐渐缩短，但Fa220的体积是先增大后减小，排液半衰期呈大幅度下降趋势。这主要是因为，在一定温度范围内，当温度升高时溶液膨胀，起泡剂分子间距离增大，动能增加时分子容易摆脱水的束缚而逃逸到水面，导致表面吸附的起泡剂分子增多，表面张力下降，即表现为起泡体积增加。但随着温度的继续升高，液膜的水分蒸发加剧，使液膜变薄，排液速度加快，则泡沫容易破灭，在Waring Blender高速搅拌器的搅拌下生成的泡沫很快消失。

2.4 压力对起泡剂性能的影响

实验装置是容积720mL带观察窗的容器（见图6），高度是42cm。实验测量了泡沫在高压下的半衰期，先向容器内充入一定体积的起泡剂溶液，然后从容器底部充入高压氮气至一定压力，通过充气过程的混合作用自行发泡，记录泡沫析出一半液体的时间，作为高压下泡沫的析液半衰期。实验结果如表1所示。

图6 高温高压三视窗容器外观

由表1可以看出，在油藏温度和压力条件下，三种起泡剂的起泡体积都可以达到550mL，且起泡压力越高，泡沫的稳定性越强。Fa220起泡剂在压力变化的同时泡沫半衰期变化不大，能够维持很高的泡沫综合值，Fa150的泡沫半衰期较短，Fa330的泡沫半衰期随压力的变化下降较快。

表 高温高压条件下泡沫性能

3 结 论

在本文中，通过Waring Blender起泡性能评价方法，优选三种起泡剂Fa150、Fa220和Fa330的最优起泡质量浓度，研究矿化度、聚合物、温度、原油和压力等因素对起泡剂起泡体积和半衰期的影响，并测定了起泡剂的表面张力和界面张力。静态评价实验显示，起泡剂Fa220具有较好的起泡性能、耐矿化度和耐温性能。

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

[2]吴文祥，徐景亮，崔茂蕾.起泡剂发泡特性及其影响因素研究[J].西安石油大学学报(自然科学版),2008,23(3):72-75.

[3]张鹏.泡沫流体稳定性及泡沫在多孔介质中的行为和性能研究[D].济南：山东大学，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，四川广安人，工程师，研究方向为泡沫工艺及应用。