适用于高温储层泡沫气驱的发泡体系实验研究

徐晓凯

（1.西安石油大学,西安 710000；2.延长油田股份有限公司青化砭采油厂,陕西 延安 716000）

适用于高温储层泡沫气驱的发泡体系实验研究

徐晓凯1,2

（1.西安石油大学,西安 710000；2.延长油田股份有限公司青化砭采油厂,陕西 延安 716000）

本文以发泡体积、析液半衰期和表面张力为评价指标，分别对三种发泡剂、四种稳泡剂和三种助剂在不同的实验条件下进行筛选评价。

稠油；发泡剂；稳泡剂；助剂

1 实验评价方法

起泡剂性能评价方法有很多，诸如孔盘打击法、倾注法、Ross-Miles法、WaringBlender法等。其中WaringBlender法是一种应用较为普遍的评价起泡剂性能的方法。该法操作方便，使用药品少，实验周期短，使用条件不受限制，并能较准确地反映出起泡剂的起泡能力和稳泡能力。实验流程严格按照行业标准SY/T5350-2009[2]钻井液用发泡剂评价程序执行，主要包括起泡剂的发泡性和泡沫稳定性的评价。实验时，在烧杯中加入一定浓度的起泡剂溶液，高速搅拌后，关闭开关，将烧杯中的溶液倒入1000ml量筒中立即读取泡沫体积V0（ml），表示发泡剂的发泡能力；然后记录从泡沫中析出1/2液体所需的时间t50（s），作为泡沫的析液半衰期，反映其稳泡能力。

2 实验材料

2.1 实验仪器

分析天平、烘箱、KJ-1型实验室搅拌器、BX型超级恒温器、烧杯、1000ml量筒、不锈钢罐、秒表、表面张力仪、保鲜膜等。

2.2 实验试剂

发泡剂：α-烯烃磺酸钠（AOS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、十二烷基苯磺酸钠（ABS）；稳泡剂：聚丙烯酰胺（HPAM）、黄原胶、甜菜碱、羧甲基纤维素（CMC-1）；助剂：碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠。

3 实验结果与分析

3.1 高温发泡剂的筛选

以发泡剂AOS、ABS、AES为研究对象，在温度为200℃下考察其发泡体积和表面张力，三种发泡剂的发泡体积均随发泡剂质量浓度的增加而逐渐增大，当发泡剂浓度增加到一定值时，发泡体积趋于平稳。这是由于随着发泡剂浓度的增加，泡沫表面粘度也随之增大，从而使泡沫更加稳定，发泡体积增大，继续增大发泡剂浓度，使得发泡剂在泡沫液膜表面的浓度过大、密度增大、液膜排液趋势增加，最终将导致泡沫稳定性的下降。在这三种发泡剂中AOS的发泡效果明显优于AES和ABS，且AOS质量浓度为0.3%时曲线的斜率最大，因此优选出AOS的质量浓度为0.3%；表面张力的总体趋势是随着发泡剂质量浓度的增加而增大的，且AES的表面张力值大于AOS和ABS，ABS的表面张力值最小。对发泡剂而言表面张力越小越容易发泡，且随着表面张力的增加，泡沫稳定性明显下降。根据Gibbs原理，体系总是趋向于较低表面能的状态过渡，低的表面张力使这一趋势减小。由于在AOS浓度为0.3%时表面张力较低，因此优选出的发泡性能相对较好的发泡剂为AOS，且质量浓度应为0.3%。

3.2 稳泡剂的筛选

稳定性是泡沫研究的核心问题。如果使用单一的发泡剂，其发泡性虽然很好但半衰期一般都很短，达不到预期的效果。为了提高泡沫的稳定性，延长泡沫的半衰期，需加入稳泡剂。本文对四种增粘性稳泡剂进行了室内实验研究。

以HPAM、黄原胶、甜菜碱、CMC-1作为稳泡剂，在温度为200℃下，对不同稳泡剂对发泡剂溶液的稳泡性能进行实验对比，研究稳泡剂类型和不同加量对发泡剂溶液表面张力的影响。

对于发泡体系：AOS+0.02%不同稳泡剂+0.05%Na2CO3，当温度为200℃时，且其它条件相同的情况下，体系的发泡体积先随AOS浓度的增加而增大，增大到一定程度时，发泡体积不再随AOS浓度的增加而增大；四种稳泡剂相比而言稳泡效果较好的为黄原胶，这是由于黄原胶溶胶分子能形成超结合带状的螺旋共聚体，构成脆弱的类似胶的网状结构，所以能够支持固体颗粒、液滴和起泡的形态，显示出很强的乳化稳定作用和高悬浮能力。在温度为200℃下，对于不同浓度的不同稳泡剂而言，在AOS中添加CMC-1和甜菜碱的发泡体系的表面张力相对较大，而添加黄原胶的体系表面张力相对较小，且在黄原胶浓度为0.02%时体系的表面张力相对较低。

3.3 助剂的筛选

以碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠作为助剂，分别来研究发泡剂溶液对这三种盐的适应性强度，考察在200℃下发泡剂溶液对不同助剂类型及加量的适应性程度和对于同一发泡剂溶液而言温度对其发泡性能的影响。

对于发泡剂体系：0.3%AOS+0.02%黄原胶+助剂，在温度为200℃时，可知加入盐类助剂后发泡剂溶液的发泡体积均下降，这是因为强电解质的加入，导致液膜表面扩散双电层被压缩，zeta电位降低，从而泡沫稳定性变差。0.3%AOS+0.02%黄原胶的发泡剂溶液对碳酸氢钠助剂的适应性要比其它两种助剂相对较强，对硅酸钠的适应性相对较弱，其中碳酸氢钠极易受热分解，生成碳酸钠、水和二氧化碳，其中二氧化碳能促进发泡剂发泡，从而提高泡沫的发泡性能，且从图中可以看出发泡体积先随助剂加量的增加而增大，当助剂浓度增加到0.09%后发泡体积随助剂加量的增加反而减小，因此碳酸氢钠的适宜浓度为0.09%。

对于发泡体系：AOS+0.02%黄原胶+0.09%碳酸氢钠而言，发泡体积随温度的升高而呈现下降趋势。这是因为随着温度的升高，气体分子动能随之增加，使得气体扩散速度增加，且体系因整体能量的增加而变得不稳定，从而引起泡沫稳定性的下降。

4 结论

（1）当温度为200℃时，相比而言AOS的发泡性能较好，且AOS在质量浓度为0.3%发泡体积增大斜率最大且表面张力较低，因此发泡效果相对好的发泡剂为AOS且质量浓度为0.3%。

（2）在200℃下对四种增粘性稳泡剂通过筛选评价后得出稳泡性能相对较好的为黄原胶且浓度为0.02%。

（3）在200℃对三种盐类助剂通过筛选评价后得出发泡剂溶液对碳酸氢钠助剂的适应性较强且适宜浓度为0.09%。

[1]郝立军.稠油热采氮气泡沫调驱技术实验研究[J].石油地质与工程，2010（03）：127-129.

[2]SY/T5350-2009.钻井液用发泡剂评价程序.中华人民共和国石油天然气行业标准[S].国家能源局发布.2009-12-01发布.2010-05-01实施.