泡排用表面活性剂复配实验研究

张仕峰 徐春碧 杨得圃 刘 亚

(重庆科技学院石油与天然气工程学院， 重庆 401331)

泡排用表面活性剂复配实验研究

张仕峰 徐春碧 杨得圃 刘 亚

(重庆科技学院石油与天然气工程学院， 重庆 401331)

针对离子型表面活性剂复配体系协同效应的特点，从多种表面活性剂中选出起泡能力最好的3种表面活性剂，形成复配型泡排剂，以提高表面活性剂的起泡能力。通过系列实验得到复配最佳质量比，即乙氧基化烷基硫酸钠(AES)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十四烷基二甲基氧化铵(DMAO)的质量之比为1 ∶3 ∶3。同时，在复配体系中引入了稳泡剂以增强其稳定性。

表面活性剂； 复配体系； 泡排剂； 稳定性

泡沫排水采气法具有设备简单、施工容易、见效快、成本低、不影响气井生产的优势，在采气生产中得到了广泛应用。当气井产水较多时，排水采气便成为气田开采中后期提高气井采收率的重要方法。川渝地区有100多个含硫化氢气田构造，目前均已进入开采中后期，其中大部分气井产水不断增多。其中，含硫量、地层水矿化度和温度均较高的气井在泡排时存在一些问题，如泡排剂起泡能力不强、泡沫不稳定、不耐盐、不抗硫化氢等等，泡沫排水采气效果不佳。因此，需要研究一种高效泡排剂来解决这些实际问题。

泡沫排水采气的效果主要取决于泡排剂的起泡能力和泡沫稳定性，因而泡沫的稳定性和发泡性是泡沫排水采气的重要性质[1]。稳定性是泡沫的主要性能，决定着排液速度和液膜强度，良好的起泡性为稳定性的前提[2]。起泡剂一般为表面活性剂，其作用是降低溶液的表面张力，使泡沫更容易起泡；同时，起泡剂吸附在气泡外面的液膜表面上，形成较牢固的膜，以延长泡沫寿命[3]。稳泡剂包括天然产物明胶、高分子化合物(如甲基纤维素)、淀粉改性产物、合成表面活性剂等，其作用是提高表面液膜的黏度与弹性、增强表面膜的机械强度、延缓膜中液体排液速度、强化泡沫的稳定性。

复配之后表面活性剂会产生协同效应和增效作用，增强起泡力和泡沫稳定性，具有比单一表面活性剂更好的应用效果。在实际应用当中，表面活性剂的稳定性受到溶液中盐类性质、温度、pH值的影响。其中，阴离子和阳离子型表面活性剂的性能易受无机电解质的影响。温度升高，会使起泡剂溶解性增强，在气液界面上的吸附量减少，膜强度下降，液膜排液速度加快，从而造成泡沫稳定性下降[4]。pH值的变化会对离子型表面活性剂水溶液泡沫的稳定性产生较大影响。

1 复配泡沫体系实验

泡沫性能评价方法主要包括气流法和搅动法，其中搅动法可再细分为振荡法、倾泻法及搅拌法[5]。本次研究采用的是振荡法，即在密闭器皿(如有磨口塞的试管量筒)中加入待测试液，严格按振荡要求(如振摇的次数、快慢、方向等)振荡数次，停止振荡后以产生的起始泡沫高度作为待测试液起泡性能的量度。此方法简单易行，但需重复振荡多次。

1.1 准备实验试剂

表面活性剂：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)；十二烷基硫酸钠(SDS)；十二烷基二甲基氧化胺(DMAO)；椰油酸二乙醇酰胺(6501)；TexponN70；FY-F501；FY-F502；RB-801；RB-811。

助表面活性剂：正辛醇；正十二醇。

稳泡剂：黄原胶；明胶；聚乙二醇(PEG)。

其他试剂：HCl；NaOH；NaCl；KCl。

1.2 进行表面活性剂复配

首先，需要了解单一表面活性剂在常温下的起泡性能，利用振荡法测定室内几种类型表面活性剂的发泡能力。在室温下振荡，然后记录泡沫达到的最大体积。表1所示为单一表面活性剂起泡体积。

表1 单一表面活性剂起泡体积 mL

其中，AES、SDS是阴离子型表面活性剂，DMAO在酸性介质中成为阳离子型表面活性剂 ,而在中性或碱性介质中则为非离子型表面活性剂，6501、Tex是非离子表面活性剂。由表1可知，阴离子表面活性剂的起泡能力强于非离子表面活性剂。这表明阴离子表面活性剂的泡沫综合性能比较好，其中AES、SDS和DMAO的起泡性能最好。

然后，进行二元复配实验，研究表面活性剂的复配效果。将AES与其他任意一种表面活性剂以不同比例进行复配，起泡体积如表2所示。

表2 AES与其他表面活性剂复配的起泡体积

将AES与其他表面活性剂以不同质量比进行复配，起泡效果均得到加强，表明表面活性剂的二元复配可以使两者之间起到协同作用。为了进一步研究表面活性剂复配的最佳配比与各组分对复配效果的影响程度，设计了三元复配系列实验，应用振荡法测定复配体系在室温下的起泡体积。表3所示为三元复配体系的起泡体积。

表3 三元复配体系的起泡体积

对比原始起泡体积及添加助表面活性剂后起泡体积，认为复配体系以AES、SDS、DMAO进行复配，质量比以 1 ∶3 ∶3为最佳，助表面活性剂以正十二醇为宜。

1.3 最佳稳泡剂及用量

针对各稳泡剂配置样品，每组若干个样品当中不同样品所加稳泡剂用量不同，分析效果最好的稳泡剂及稳泡剂最佳用量。向泡沫体系中分别滴加稳泡剂，通过振荡法观察泡沫的稳定情况。

明胶、PEG对泡沫稳定性的影响如图1、图2所示，可以看出明胶和PEG的稳泡效果均不理想。

图1 明胶对泡沫稳定性的影响

图2 PEG对泡沫稳定性的影响

黄原胶对泡沫稳定性的影响如表4所示。可以看出，黄原胶稳泡性能最佳，可以用作最佳稳泡剂，最佳用量是8滴+1.5 mL。

表4 加入不同用量黄原胶后的泡沫起泡体积 mL

2 实验环境对复配体系的影响分析

2.1 温度对复配体系的影响

为了考察温度对复配体系性能的影响，取3组活性剂复配体系各置于超级恒温槽中，分别测试30、40、50 ℃下的起泡体积。图3所示为活性剂在不同温度下的体泡体积变化。

图3 活性剂在不同温度下的起泡体积变化

放置10 h时，观察3种温度下的起泡体积。可以看出，此时40 ℃下的起泡体积最大，而30、50 ℃下的起泡体积相对较小。这表明40 ℃下泡沫体系的稳定性最佳，活性剂复配体系耐温性能较好。

2.2 pH值对复配体系的影响

为了考察pH值对复配体系的影响，以HCl溶液、NaOH溶液调节复配体系的酸碱度，对比酸性、中碱性环境下的复配体系起泡体积。图4所示为活性剂在酸性环境下的起泡体积变化。图5所示为活性剂在中碱性环境下的起泡体积变化。

图4 活性剂在酸性环境下的起泡体积变化

图5 活性剂在中碱性环境下的起泡体积变化

对比起始起泡性能，当pH≈3时泡沫体系起泡性能最优，并且pH≈3时体系的稳定性也最佳；当pH≈7时，复配体系的寿命最长，稳定性最佳；当pH≈1时，酸性太强会使泡沫的寿命降低；当pH≈3时，体系起泡能力和稳泡能力最佳，复配体系的耐酸性能良好。

2.3 盐溶液对复配体系的影响

为了考察盐溶液对复配体系在水中性能的影响，通过实验测定复配体系在不同的NaCl溶液和KCl溶液中的泡沫性能。分别向复配体系滴加不同数量的KCl溶液、NaCl溶液，观察其变化。图6所示为加入KCl溶液后的起泡体积变化。图7所示为加入NaCl溶液后的起泡体积变化。

图6 加入KCl溶液后的起泡体积变化

图7 加入NaCl溶液后的起泡体积变化

可以看出，在加入盐溶液时，不同加量下各组样品泡沫体系的寿命差别不大，稳定性较好。KCl对泡沫稳定性有积极的影响，改变体系盐溶液的加入量并不会影响体系的稳定性。这表明复配体系的耐盐性能良好。

3 结 语

针对离子型表面活性剂复配体系的协同效应特点，从多种表面活性剂中选出起泡性能最好的3种表面活性剂，形成复配型泡排剂，以提高表面活性剂的起泡能力。体系复配组合为AES、SDS、DMAO复

配，其质量比为1 ∶3 ∶3。黄原胶等稳泡剂的引入增加了体系的泡沫稳定性，复配体系所具有的协同效应提高了泡沫体系起泡能力及稳定性。酸性环境(pH≈3)及一定量(约0.75 mL)下的KCl对泡沫稳定性有积极的影响，NaCl对泡沫体系的稳定性无显著影响。实验评价结果表明，该复配体系表现出了良好的耐温、耐盐、耐酸性能，具有广阔的现场应用价值。

[1] 袁仕扬，何小平，叶志虹.表面活性剂泡沫的影响因素研究[J].香料香精化妆品，2010(2)：30-32.

[2] 王琦，习海玲，左言军.泡沫性能评价方法及稳定性影响因素综述[J].化学工业与工程技术，2007(2)：25-30.

[3] 赵俊，徐卡秋，叶静.高稳定性水基泡沫液的研究[J].日用化学工业，2008(6)：363-365.

[4] 王其伟，周国华，李向良，等.泡沫稳定性改进剂研究[J].大庆石油地质与开发，2006，22(3)：80-84.

[5] 赵国玺，朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].北京：中国轻工业出版社，2003：79-83.

Experimental Research on Surfactant Compound for Foam Scrubbing

ZHANGShifengXUChunbiYANGDepuLIUYa

(Oil and Gas Engineering College of Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

Ionic surfactant compound system has the characteristics of synergies. Based on the characteristics, three kinds of surfactant with best foaming ability were chosen to make up foam scrubbing agent for foam scrubbing of gas well. The foaming ability would be improved after cosurfactant added in. A series of experiments showed thatm[Sodium Alcohol Ether Sulphate (AES) ]∶m[sodium lauryl sulfate(SDS)] ∶m[tetradecyl dimethyl ammonium oxidation (DMAO)]=1 ∶3 ∶3 was the best one. Foam stabilizer was applied to improve the stability of the compound system.

surfactant; combined system; foam scrubbing agent; stability

2016-04-05

中石化科技重大专项“焦石坝丛式水平井组压裂技术研究与应用”(SG1312-01K)；重庆科技学院校内科研基金项目“高温、高盐、高含硫气井携液能力研究”(YKJCX2014024)

张仕峰(1989 — )，男，山东东营人，硕士研究生，研究方向为油气田开发工程。

TE39

A

1673-1980(2016)06-0067-04