AOS与HPAM二元泡沫体系性能研究

杨莉（中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）

泡沫是复杂流体，具有与水、聚合物等简单流体不同的黏弹性，它可在较小应力作用下呈现弹性，在较大应力作用下呈现塑性，在更大应力作用下可以流动。泡沫的黏度一般远大于液相的黏度，并且泡沫流体的黏度随渗透率的增加而增大，这一性质使其特别适合作为提高采收率的驱替流体［1－3］。但泡沫是一种不稳定体系，其稳定性是影响泡沫驱油效果的核心因素，在油藏条件下泡沫稳定时间直接影响泡沫驱的实施效果，所以一般在起泡剂溶液中加入稳泡剂来提高泡沫稳定时间。下面，笔者选用表面活性剂α－烯烃磺酸钠（AOS）作为起泡剂，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）作为稳泡剂，研究AOS与HPAM二元泡沫体系的起泡性、稳定性及吸附性能，利用泡沫物理模拟试验装置考察了二元体系的分流率及驱油效果。

1 试验部分

1.1 样品与仪器

1）样品 α－烯烃磺酸钠（AOS）（西安南风日化公司生产，C14～C16，有效含量35%）、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）（大庆炼化公司生产，水解度为23%，平均固相含量92%，相对分子量1600万、2500万）、试验用去离子水、大庆脱水原油、高压氮气（大庆雪龙气体公司，15MPa）、均质及非均质人造岩心（东北石油大学提供，尺寸4.5cm×4.5cm×30cm）。

2）仪器 泡沫扫描仪（Foam scan）（法国IT-CONCEPT公司）、界面扩张流变仪（Tracker）（法国IT-CONCEPT公司）、泡沫物理模拟试验装置（江苏华安石油仪器公司生产）。

1.2 起泡性及稳定性测定

通过电导率测量及反应器色差分析，记录起泡体积及泡沫衰败过程，可测量泡沫体系的起泡体积和泡沫半衰期，泡沫半衰期代表泡沫稳定性。

1.3 吸附性能测定

通过亚甲基蓝混合指示剂2项滴定法测定表面活性剂吸附量［4］。

1.4 分流率及采收率测定

通过泡沫物理模拟试验装置，测定分流率及采收率。

2 结果与讨论

2.1 AOS与HPAM二元泡沫体系起泡性及稳定性

45℃，浓度为0.1%的AOS与1600万、2500万2种不同分子量的HPAM混合得到二元泡沫体系，通过泡沫扫描仪测定不同浓度HPAM条件下二元泡沫体系的起泡体积及泡沫半衰期，二元泡沫体系起泡体积、半衰期随HPAM浓度的变化曲线如图1、2所示。由图1可知，HPAM的分子量和浓度对二元泡沫体系的起泡体积影响不大，含不同分子量、不同浓度HPAM的二元泡沫体系都具有良好的起泡性能。而图2显示，2条曲线都是先升高达到最高点后下降，之后趋于平衡。分子量为2500万的HPAM可以在较低浓度时迅速提高二元泡沫体系的泡沫半衰期，但分子量为1600万的HPAM能提高二元泡沫体系泡沫半衰期的浓度范围要大于2500万的HPAM。

泡沫消失是因为泡沫的液膜受重力与曲面压力的作用，气泡间液体可不断流失或逸去，使液壁愈来愈薄，气泡因此容易破裂。要想得到稳定的泡沫体系就要加入稳泡剂，一般以聚合物作为稳泡剂，一是为了通过氢键使聚合物分子形成网状结构，使链间的范德华引力大大提高，增加表面黏度从而使泡沫稳定性提高；二是为了提高液相黏度使液膜不易流失，但液相黏度过大也会造成气体在液体中分散困难，膜局部受损时不能迅速弥补 “伤口”，反而使气泡易破，所以黏度不能过大［5］。分子量为1600万和2500万的HPAM，碳氢链达到足够形成网状结构的长度，使液膜黏度增加，增大了泡沫稳定性，但随着HPAM浓度的增大，液相黏度也同时增大，当液相黏度增大到一定值时也会影响起泡剂分子的自由移动，又使泡沫稳定性下降，所以曲线都是先升高后降低。而分子量为1600万时，随着浓度的增加，液相黏度增加的幅度小，泡沫稳定性增加的范围宽一些。所以，在一定范围内，2种分子量的HPAM都能提高二元泡沫体系的泡沫稳定性，但含1600万HPAM的二元泡沫体系在较宽的浓度范围都具有良好的泡沫稳定性。

图1 二元泡沫体系起泡体积随HPAM浓度的变化曲线

图2 二元泡沫体系半衰期随HPAM浓度的变化曲线

2.2 二元泡沫体系在油砂上的吸附性能

吸附作用是在驱油过程中造成表面活性剂损失的主要因素，试验用天然岩心，经苯/酒精洗油、粉碎、筛分得到的油砂用于吸附试验。用两相滴定法确定AOS的浓度，测定了下面2种条件下的吸附曲线：曲线e为仅加AOS和油砂，45℃恒温振荡24h，测AOS在油砂中的吸附量；曲线f为先把分子量为2500万的HPAM与AOS配制成一定浓度的二元体系，然后加入油砂，45℃恒温振荡24h，测定AOS在油砂中的吸附量。

AOS在油砂上的吸附曲线如图3所示。由图3中的吸附曲线可知，开始随着AOS浓度增加，AOS吸附量都逐渐增大，当AOS浓度在0.8%附近时，达到吸附平衡。不含HPAM时，AOS的平衡吸附量为2.5mg/g；含HPAM时，平衡吸附量为1.4mg/g，即在HPAM和AOS共同存在条件下，HPAM的吸附导致AOS在油砂上的吸附量减少。表明HPAM既可以减少能够发泡的表面活性剂吸附损失，使表面活性剂能够更好的发挥其泡沫性能，所以AOS与HPAM的二元泡沫体系在油砂中的吸附量小，具有抗吸附能力。

图3 AOS在油砂上的吸附曲线

图4 二元泡沫体系对并联岩心分流率的影响

2.3 二元泡沫体系对并联岩心分流率的影响

采用并联人造岩心研究二元泡沫体系对分流率的影响，高渗透岩心气测渗透率2010mD，孔隙度31.4%；低渗透岩心气测渗透率634mD，孔隙度22.3%；二元泡沫体系：AOS浓度为0.3%，HPAM分子量为1600万、浓度400mg/L，气液比为1∶1，液相注入速度为1.2ml/min。二元泡沫体系对并联岩心分流率的影响如图4所示。并联岩心在水驱阶段，高低渗透率岩心的分流率差别较大，注入二元泡沫后，高渗透岩心的窜流得到有效地的遏制，分流率迅速降低，低渗透岩心中的分流率则相应的增大，2个岩心的分流率变得相对均衡。随着泡沫注入量的增加，高渗岩心和低渗岩心的分流率差异逐渐变小，表现出较强的改善分流率的作用。上述结果体现了泡沫调驱过程中非均质地层中的渗流规律［6－7］。在水驱阶段，由于岩心的渗透率差异，水在高渗透岩心突进，形成窜流，导致高渗透岩心的强水洗，原油基本处于残余油状态；而低渗透岩心驱替强度较低，剩余油饱和度较高。这样在后续注泡沫过程中，由于含油饱和度的差异，在高渗透岩心中能够形成相对较为稳定的泡沫，增大渗流阻力，而在低渗透岩心中基本不能形成泡沫，高、低渗透岩心的分流量差异开始减小［8］。所以二元泡沫体系可以有效调整岩心分流率，具有较好的流度控制能力。

2.4 二元泡沫体系对采收率的影响

采用物理模拟驱油装置，选用人造三层非均质岩心，气测渗透率1100mD左右，对比聚合物与二元泡沫体系水驱后采收率，评价驱油效果。2种体系选用的HPAM均为分子量1600万、浓度400mg/L；二元泡沫体系：AOS浓度为0.3%，气液同时注入，气液比2：1。驱油试验条件及结果见表1。由表1可以看出，水驱后二元泡沫驱采收率提高值明显高于聚合物驱，试验过程中二元泡沫驱注入压力也远大于聚合物驱，这表明二元泡沫驱具有较好的流度控制能力，有利于提高低渗透层的采收率。在含有相同HPAM的情况下，二元泡沫驱体现了良好的驱油效果，说明在二元泡沫驱中起主要作用的是泡沫，而HPAM主要是通过稳泡和增黏作用来提高泡沫流度控制能力，二元泡沫体系更有利于采收率的提高。

表1 驱油试验条件及结果

3 结论

1）AOS与HPAM的二元泡沫体系具有良好的起泡性。在一定范围内，2种分子量的HPAM都能提高二元泡沫体系的泡沫稳定性，但含1600万HPAM的二元泡沫体系在较宽的浓度范围都具有良好的泡沫稳定性。

2）二元泡沫体系能够有效降低表面活性剂在油砂上的吸附量，具有抗吸附能力。

3）二元泡沫体系能够有效遏制高渗透岩心窜流，调整高低渗透岩心分流率，具有较好的流度控制能力。

4）水驱后，二元泡沫驱比聚合物驱提高采收率值更高，具有更好的驱油效果。

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［编辑］ 洪云飞