二氧化碳驱采出液消泡剂研究

马晓红 姜垣良 任远 吴鱼峰

摘  要：吉林油田是国内二氧化碳驱的重点示范油田，随着项目的进行，CO₂驱采出流体的物性变化日趋明显，CO₂在水中、油中的溶解度高于天然气，发泡作用明显。在吉林先导试验中，常规油气分离器分离后气体中携液严重，液体中带气严重，致使气液计量误差大，同时放空气体形成了油雨。本文以吉林油田CO₂驱油先导试验为例，对CO₂驱采出液消泡技术进行探索。

关键词：二氧化碳驱;采出液;消泡剂;消泡性能

中图分类号：TE39;TE357.14     文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

1 二氧化碳驱采出液起泡机理

1.1 原油起泡机理及对油田生产的危害

泡沫生成机理主要包括：液膜滞后、缩颈分离和液膜分断。液膜滞后是气体注入液体速度低于临界流速时泡沫产生的主要机理。缩颈分离是高速搅拌条件下泡沫产生的主要机理。薄膜分断是产生泡沫的第三种机理。上述三个机理中，薄膜分断严格的说是泡沫的运移机理而不是泡沫的产生机理，泡沫产生的主要机理是缩颈分离和液膜滞后，一般认为缩颈分离是产生泡沫最主要的机理，它能产生稳定的泡沫。

原油的起泡性，在测定含水量和含油量时，需要花费更多的时间才能准确计量原油;造成分离器出现假性液面，导致分离器的液面很难控制;减小了分离器集液部分和重力沉降部分的有效体积，使分离器和离心泵工况恶化，严重影响油气分离效果。

1.2 二氧化碳驱采出液起泡的特殊性与消泡剂的研究方向

二氧化碳驱造成的原油起泡，与现有的起泡原油存在着本质的区别。一是起泡的主要原因和机理不同，二是起泡气体存在的状态不同。因此，对于二氧化碳驱采出液的消泡，要解决如下几项关键技术问题：

具有一定极性的二氧化碳作为起泡气体时，其与原油、水中存在着物理和化学的双重作用，其析出和起泡过程更为复杂。消泡剂必须能够适应二氧化碳气泡与原油间界面膜的特殊作用形式。

大量的二氧化碳细微气泡在与原油分子间存在分子间力的情况下，分散于原油中，其析出并造成原油起泡的过程漫长。消泡剂必须能够快速将稳定地分散于原油中的二氧化碳气泡聚并、长大，快速从原油中分离出来，在短时间内彻底解决二氧化碳与原油的分离及起泡问题。以亚稳定状态存在于采出水中的二氧化碳，是原油存在持續起泡的主要原因。

2 消泡剂的研究

2.1 消泡剂的合成

根据以上研究，确定所要研制的JLX原油消泡剂应以有机硅为消泡主剂，以适当的聚醚作为抑泡主剂，同时兼顾微乳增溶，确保所研制的JLX系列原油消泡剂具有较好的消泡性能和稳定性。具体的分子结构确定时，就同时考虑消泡剂必须是易于在溶液表面铺展的液体;消泡剂必须同时兼顾消、抑泡作用，即不但应该迅速使泡沫破坏，而且能在相当长的时间内防止泡沫生成。从而确定消泡剂的主体结构定为有机硅上加聚EO和PO，通过调节其比例和不同聚合方式赋予其应有特性。

（1）消泡主剂的合成。

原料：含氢聚硅氧烷PHMS;烯丙基聚醚;二甲基硅油;羟基硅油。

合成步骤：按设计的分子结构要求，将定量PHMS、丙烯基聚醚加入装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的高温高压合成装置中，通N₂搅拌置换氧气10min。搅拌升温至60～120℃，滴入铂催化剂反应数小时。于0.01MPa下，减压30min，以除去低沸物，得到聚醚有机硅PESO。

（2）抑泡剂的合成。

主要原料与试剂：多元醇;环氧丙烷;环氧乙烷;增效剂;二甲苯;催化剂。

主要合成步骤：按分子结构设计的要求，将一定量的多元醇及催化剂加入高压反应釜中，封釜，用氮气吹扫以排尽釜内空气;抽真空后，将釜温升至125℃～130℃，再抽真空，控制温度为130±5℃，压力在0.3MPa以下，按规定的比例连续投加PO，待加完后，继续反应0.5h，待釜压降为零，说明反应已经完全，降温出釜得中间产品。将中间产物和按0.3%比例加入的催化剂一并加入高压反应釜，封釜，用氮气吹扫以排尽釜内空气，抽真空后，将釜温升至125℃～130℃，再抽真空，控制温度在125±5℃，压力在0.3MPa以下，按规定的比例连续投加EO，待加完后继续反应0.5h，釜压降为零后，降温出釜，即得到目标产物。

（3）消泡剂主剂结构优化试验。

结构优化过程中的消、抑泡性能评价采用罗氏泡沫仪进行测试。试验优化了结构对消泡剂性能的影响，端基型PESO消泡剂的消泡和抑泡性能明显好于相应的侧链型PESO。聚醚相同时聚醚链长的影响：随着聚氧乙醚基团EO 数的增加，消泡及抑泡性能都呈现出下降趋势。不同聚醚结构及链长的影响：聚氧丙烯醚基团的引入，改善消泡剂性能，但乳化越难、稳定性越差，不利于贮存。PESO中-Si-O-聚合度的影响：硅氧烷链的增长提高消泡和抑泡性能，同时使得在复配工艺中乳化困难，其产物极不稳定。优化后消泡剂组成的确定包括确定各主剂结构及配比、增效助剂的结构与比例的配方组成。

2.2 消泡剂的性能测试

2.2.1 试验方法

针对二氧化碳驱采出液起泡的实际情况，消泡试验选择二氧化碳气作为鼓泡气体。

2.2.2 试验内容及结论

根据生产过程中可能出现的不同生产工况，进行了不同条件下的消泡试验，以确定消泡剂在不同工况下的适用性。

（1）气体流量对原油起泡体积的影响。准确量取30mL原油于带砂芯的鼓泡器中，在60℃条件下，分别通入不同流量（100、200、300、400、500、600mL/min）的CO₂气体进行发泡实验。在10min 中内记录鼓泡器内泡沫的体积变化情况，确定气体流量对发泡体积的影响规律。

随着CO₂气体流量的增大，原油起泡体积有所降低。这主要是由于气流量的增大使原油泡沫承受压力增大，使一些稳定性较低的泡沫发生破裂，导致泡沫体积有所降低。

（2）鼓气时间对原油起泡体积的影响。准确量取30mL原油样品，盛于带有砂芯的鼓泡器中，在60℃，气流量分别为100mL/min和300mL/min的条件下，分别观察鼓气时间为1min、3min、5min、10min、15min、30min时原油起泡体积的变化情况，确定鼓气时间对原油起泡性能的影响规律。

原油起泡体积在最初开始鼓气过程中出现一个先升高再略降低的趋势，当起泡体积在鼓泡时间接近5min时，气泡破裂速率与新起泡产生速率达到平衡，原油起泡体积达到稳定，继续延长鼓泡时间，起泡体积没有明显变化。从而表明，当原油起泡达到稳定后，延长鼓泡时间并不会对原油起泡体积造成显著影响。

（3）温度条件对原油起泡体积的影响。通过对比不同温度下原油样品起泡体积，研究温度对原油起泡体积的影响。随着温度的升高，原油起泡体积随之降低。这主要是由于随着温度的升高，泡沫表面弹性降低，导致泡沫稳定性降低。另外，温度升高，油粘度降低，泡沫稳定性下降，从而导致随着温度的升高，原油起泡体积有所降低。

（4）消泡剂对原油样品的消泡性能测定。将合成的JXP消泡剂与现有同类消泡剂分别在相同条件下，测试对原油样品的消泡性能。准确量取30mL原油样品，盛于带有砂芯的鼓泡器中，在50℃，气流量为100mL/min，鼓气时间10min，加药量为10mg/L的条件下，比较不同消泡剂对原油样品的消泡性能。

如表1所示，通过对6种不同消泡剂的消泡性能的比较，消泡剂JXP具有较好的消泡性能，加入消泡剂JXP后，原油样品起泡体积降低至6mL，其消泡率高达92.50%。其他消泡剂明显低于JXP的消泡效果。因此，后续消泡测试选择JXP消泡剂进行试验。

（5）加药量对原油样品起泡体积的影响。在气体流量、温度以及鼓起时间不变的条件下，研究不同加药量对原油样品起泡体积的影响。随着加药量的增加，原油样品起泡体积明显减少，消泡剂JXP的消泡率明显提高。当加药量大于1.67mg/L时，其消泡率达到90%以上，继续增加消泡剂用量，其消泡效果未见明显改善。因此从成本与效果上综合考虑，选择加药量为1.67～2.00mg/L比较适宜。

（6）不同条件对消泡剂消泡性能的影响。对加入消泡剂的油样进行不同条件下的鼓泡实验，分别测试鼓气速度（100、200、300、400、500、600 mL/min）、鼓气时间（1、3、5、10、15、30 min）、实验温度（50、55、60、65、70 ℃）不同条件对消泡剂消泡性能的影响。

当加入消泡剂后，虽然原油的起泡体积仍表现出随着气流量的增加而降低，但其降低程度并不十分显著。可以认为加药后鼓气速度对消泡剂的消泡性能并未产生明显的影响。

当原油中加入消泡剂JXP（1.67mg/L）后，随着鼓气时间的延长，其起泡体积并未有明显的变化，表明鼓气时间的延长并未对原油消泡剂JXP的消泡性能造成显著的影响。

当原油加入消泡剂JXP后，其起泡体积并未随温度的升高而表现出明显的变化，表明鼓泡温度从50℃升高到70℃并未对消泡剂JXP的消泡性能造成明显的影响。

（7）对消泡剂稳定性的研究。向装有30mL原油样品的鼓泡器中加入一定量的消泡剂，持续鼓泡90min，观察不同鼓泡时间下原油样品起泡体积的变化情况。对加药后的原油样品进行7次重复鼓泡实验，比较每次实验过程中原油的起泡体积变化情况，研究消泡剂在原油中的性能衰减情况。

延长鼓泡时间，并未使消泡剂的消泡性能明显降低，表明消泡剂JXP具有较为稳定的消泡性能。

在油样加药后重复进行鼓泡实验，在经过7次重复鼓泡实验结果中可以看出，加药后对油样进行重复鼓泡实验，起泡体积并未发生明显变化，表明消泡剂在重复实验后仍具有优异的消泡性能。

（8）现场试验。试验优选的消泡剂通过加药装置在接转站进行连续加药。加药后，分离器气体出口现场取样可以清晰判断携液明显减弱，进行了压力排放试验，未出现油雨现象，同时气、液相计量误差率降低，能够满足接轉站计量要求。

3 结论

通过对油样起泡性能及应用消泡剂进行消泡效果的研究发现：

（1）在CO₂驱油过程中，随着CO₂气流量的增大，原油起泡体积有所降低。（2）当鼓气时间大于5min时，油样产生的泡沫体积趋于一个稳定值，延长鼓泡时间，泡沫体积无明显变化。（3）随着温度的升高，泡沫表面弹性降低、原油粘度降低，从而导致泡沫稳定性降低，原油起泡体积略有降低。（4）通过对6种不同消泡剂对原油泡沫消泡效果的比较，JXP消泡剂具有优异的消泡效果，其消泡率高达90%以上，并且JXP消泡剂表现出用量少，效果明显的特征，同时具有优异的消泡稳定性。

收稿日期：2019-07-10

作者简介：马晓红（1976—），女，汉族，吉林松原人，本科，开发部总工程师，高级工程师，研究方向：长期从事油田地面工程设计与研究。