强化泡沫驱配方的研究

汪靖凯，张强



强化泡沫驱配方的研究

汪靖凯，张强

（辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

泡沫驱在三次采油中有降低原油和水之间的界面张力，提高驱油效率的特性被广泛应用，在三次采油中有明显的优势。实验以Waring Blender法为试验依据，对ZS系列发泡剂驱在45~95 ℃温度区间下进行检测，通过泡沫半衰期和析液半衰期来衡量泡沫驱的稳定性。通过考察在温度45~95 ℃区间，加入不同剂量的AMPS对比试验。通过实验得出ZS-52于20 ℃时，泡沫体积为960 mL，泡沫半衰期为25.7 h，析液半衰期为2.7 h，发泡量优秀，稳定性强。在95 ℃时，析泡沫半衰期为8.1 h，液半衰期为36 min，在高温下发泡剂的稳定性要好于常见的油田发泡剂。

发泡能力；稳定性；发泡体积

石油能源的充分开采在当今已经成为重要研究课题，常规的一次采油和二次采油质量分数最高能达到50%，三次采油的合理利用，可以有效的提高采油率，使资源收益最大化［1］。三次采油技技术主要的方法有以下四种：

（1）化学驱油法；

（2）热力驱油法；

（3）气驱油法；

（4）微生物驱油法[2]。

根据我国大庆油田、中原油田、江汉油田、新疆克拉玛依油田、胜利油田等油田的油藏现状，化学驱会是我国三次采油技术今后长期的重点研究对象。

泡沫驱作为三次采油中效率最高的方式，最显著的特点分别是提高驱油效率以及驱油波及面积[3]。同时泡沫驱具有摩擦阻力小，可调密度，表现黏度高，可以改善流度比，能封堵蒸汽汽窜通道，作为选择性封堵剂，能选择性封堵高渗通道，降低高渗区的载流量而不破坏低渗区[4]，而被广泛应用在三次采油技术中。但是在高温条件下泡沫驱的稳定性相对较差，液相粘度降低的速率快，排液速率随着温度的提升而提高，气体温度上升后分子动能加大，气体体积扩张，同时压缩性能下降。同时由于液膜加速蒸发而变薄，泡膜强度下降，封堵性能下降等因素，限制了泡沫驱在高温环境下的应用[5]。

目前泡沫驱耐温性解决方式主要体现在，采用多种耐温性能好，抗盐功能强的单体通过多元共聚引入一个大分子链上，制备出一系列共聚物，在抗温方面有显著的提升[6]。复合泡沫驱配方在发泡量以及稳定性上强于单体泡沫，同时可以提高其耐盐性和耐温性。使泡沫驱在实际使用中有更好的使用效果。

1 实验部分

1.1 实验仪器与化学试剂

JA5003N型电子天平，上海新诺仪器设备有限公司；JJ-1精密增力电子搅拌器，江苏省金坛市友联仪器研究所；DHG—9146A干燥箱，上海精若科学仪器有限公司。

烯基磺酸钠(AOS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐型(AES)、阴离子聚丙烯酰胺(PHP分子量为1 800万)、正十二醇、生物聚合物(XC)、2-丙烯酰-2-甲基丙磺酸(AMPS)，以上药品均为分析纯。

1.2 实验方法

通过Waring Blender法检测泡沫驱稳定性。通过析液半衰期和泡沫半衰期两项数据来衡量泡沫驱的稳定能力。在常温20 ℃的情况下，用电子天平按比例称取不同样品，加入去离子水配置成实验溶液，均匀搅拌并等待样品充分溶解后，液体呈浑浊状态时，在1 500 mL的烧杯中倒入用量筒称取100 mL的溶液，用搅拌器高速均匀搅拌120 s, 停止搅拌，同时将生成的泡沫倒入1 500 mL的量筒中开始计时。同时读取泡沫体积读数V，记录当析出液体达到50 mL时，所用的时间1/2(称为泡沫的析液半衰期)，记录当泡沫体积减少一半时，所用的时间1/2 (称为泡沫半衰期)，通过以上数据评价泡沫驱常温下的性能。

45~95 ℃区间的测量方法。将刚生成的泡沫倒入1 500 mL量筒中并将并马上将量筒放置到温度分别在45，55，65，75，85，95 ℃的恒温箱内，读取泡沫体积V，马上用秒表计时，记录在恒温箱中液体析出50%的时间1/2，以及泡沫体积减少一半时所经过的时间1/2，通过以上数据来衡量泡沫驱在高温下的稳定性。

2 实验结果与讨论

2.1 复合配方的筛选

三次采油中泡沫驱通过多种单体多元共聚来保证其使用性能。本实验采用ZS系列复合配方，在ZS复合发泡驱中加入不同浓度的AMPS，在常温下进行配置并观察其性能。通过与油田使用中两种泡沫驱比较，记录数据。表1所示为其结果对比。

由表1可以得出ZS-50复合驱在常温下发泡量以及析液半衰期明显优于工业中使用的发泡剂。在加入AMPS后，发泡量以及析液半衰期基本保持恒定。对于原先的配方并没有不良的影响。经过对比可知ZS-51的泡沫半衰期较高，ZS-52析液半衰期低于其它发泡剂，但是析液半衰期最长，ZS-53的泡沫稳定性能比较均衡，ZS-54的稳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这些组对比实验中最好的，但是AMPS的用量也相对较高。五种配比各有各的优势。需要通过进一步对比实验来塞选哪种发泡剂性能可以达到实际应用标准。

表1 不同ZS配方的复配效果

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

2.2 复合配方的抗温性

本实验着重研究泡沫复合驱在45~95 ℃区间之间的稳定性。通过加热量筒中的泡沫驱来测验泡沫驱在温度升高后性能的优异，使上述5种ZS系列的泡沫驱分别在45，55，65，75，85，95℃区间进行抗温性能检测，实验结果如表2、3、4、5、6、7所示。

表2 ZS-50在不同温度下的复配效果

通过表3可以得出在加入AMPS（0.01%）后，ZS系列泡沫驱在45~95 ℃区间内效果相比ZS-50各项数据均有所提高，ZS-51在45~75 ℃区间，发泡剂的稳定性有一定幅度强化，1/2以及1/2相比于ZS-50有所提高。75~95 ℃区间析液半衰期和泡沫半衰期的时间有所加强，稳定性稍强于ZS-50。

表3 ZS-51在不同温度下的复配效果

（其中ZS-51添加AMPS 0.01%)

表4 ZS-52在不同温度下的复配效果

（其中ZS-52添加AMPS 0.03%)

通过表4可以得出在加入AMPS(0.03%)后，ZS系列 泡沫驱在45~95 ℃区间内，相比ZS-50提升明显，在45 ℃时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长幅度，在75 ℃时泡沫的半衰期提高了25%，析液半衰期提高了43%。在85 ℃时析液半衰期提高了83%，在95 ℃时，析液半衰期提高了1倍，泡沫的稳定性提高的幅度大，效果提升优于ZS-51。

表5 ZS-53在不同温度下的复配效果

（其中ZS-53添加AMPS 0.05%)

通过表5可以得出在加入AMPS（0.05%）后，ZS系列泡沫驱在45~95 ℃区间内依然好于ZS-50发泡剂，但是效果比ZS-52稍差。泡沫半衰期和析液半衰期相比ZS-52时间有所减少。

表6 ZS-54在不同温度下的复配效果

（其中ZS-54添加AMPS 0.07%)

表7 ZS-55在不同温度下的复配效果

（其中ZS-54添加AMPS 0.10%)

通过表7可知，在加入AMPS（0.10%)后，发泡剂的整体的稳定性能都得到了加强，其效果稍好于ZS-52。在45~95 ℃区间内相比于ZS-52的泡沫裂解速度以及泡沫持续时间都得到了一定的强化。但是AMPS的使用量是ZS-52的三倍，所以从经济的角度考虑，实验的结果并没有ZS-52优秀。

通过上述6个表可以看出，ZS系列配方在发泡性能，泡沫稳定性上都有一定优势，发泡性能优异，稳定性强。在温度逐渐升高后，发泡量并没有下降，发泡量稳定。但是析液半衰期以及泡沫半衰期都有所下降。在高温下稳定性差，易析液，泡沫的持续时间也不稳定。在加入AMPS后，保证了在常温下ZS系列发泡剂的稳定性。而且随着温度升高，ZS系列发泡剂的抗温性能也得到了一定的强化。实验表明在升温后表现优异的是配方AMPS(0.03%)。

3 结论

（1）实验结果表明，AOS与AES的组合使发泡驱的发泡量以及稳定性都有良好的效果，温度逐渐升高，泡沫的稳定性比常温20 ℃时下降明显。泡沫易裂解，持续时间逐渐缩短。泡沫半衰期和析液半衰期都大幅度的降低。在加入AMPS后常温下的优秀的性能保持稳定，在45~95 ℃区间内，随着温度逐渐的升高，泡沫驱的稳定性相比之前有一定的增强，析液半衰期以及泡沫半衰期都有显著的提升。

（2）通过对比实验可知，在加入AMPS后，ZS系列发泡驱在高温下的效果有一定的提高，但是AMPS的量提高后，实际的测量效果并没有逐渐的提高。但是在AMPS（0.10%）时，所有的数据均高于其它的对比相，相比AMPS（0.03%）效果有小幅度的提升。提升的幅度并不明显，从经济收益角度出发，在多组实验相互比较的情况下得出AMPS(0.03%)的样本实验，发泡剂的耐高温效果最好。

（3）利用复配增效原理，依据实验数据对比可得，新的发泡剂配方ZS-52在常温20 ℃下，f= 960 mL，1/2=2.4 h,1/2=27.1 h。在95 ℃条件下，f= 960 mL，1/2=8.1 h，1/2=0.6 h，抗温性能对比其它实验效果明显。

［1］隋智慧，林冠发，朱友益，王国房，卢寿慈. 三次采油用表面活性剂的制备、应用及进展[J].化工进展，2003,22(4):355-360.

［2］曹国庆.表面活性剂在三次采油中的应用[J].延安职业技术学院学报，2013,27(4):144-146.

［3］于伟波，张强.强化泡沫驱配方的研究[J].当代化工，2012, 41 (10): 1007-1008+1058.

［4］王其伟.泡沫驱油发展现状及前景展望[J].石油钻采工艺，2013,35(2):94-97.

［5］董海燕，单文军，李艳宁，岳伟民，赵志涛.耐高温泡沫技术研究概况及研究方向探讨[J].地质与勘探2014, 50(5):991-996.

［6］韩玉贵.耐温抗盐驱油用化学剂研究进展[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2011，33(3):149-153．

Research on the Formula of Enhanced Foam Flooding

,

（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

辽宁省教育厅重点实验室资金资助项目，项目号：2009S139。

2017-03-29

汪靖凯（1989-），男，辽宁省抚顺市人，在读硕士，研究方向：采油用表面活性剂。E-mail：1020637704@qq.com。

张强（1964-），男，教授，1988年大连理工硕士毕业，研究方向：主要从事油田化学、石油化工、精细化工工艺及分离方向的研究。E-mail：zhangqiang91@sina.com。