压力对改性α-烯烃磺酸盐起泡剂泡沫性能的影响

郭东红，李睿博，崔晓东，杨晓鹏，贾 敏

(1.中国石油勘探开发研究院采油采气工程研究所，北京 100083；2.中国石油勘探开发研究院油田化学研究所，北京 100083)

在注水开发油田高含水期，地层非均质性严重、剩余油分布复杂。泡沫调驱技术是一种有效提高采收率的方法[1]。对于高含水老油田泡沫调驱的关键技术之一是优选适合目标油藏条件的起泡剂，要求起泡剂在目标油藏条件下起泡能力强、泡沫性能稳定，而且具有较好的封堵能力[2]。尽管泡沫调驱技术研究和应用取得了一定的成效[3]，但可选择的起泡剂类型有限，另外对起泡剂在地层温度、压力条件下，尤其是高压条件下的发泡及稳泡性能认识不清。目前，国内外对泡沫评价更多是在常温常压或高温常压条件下进行，关于高压条件下的评价以及直接观察高压下泡沫的形貌的报道较少[4-8]。笔者在室内起泡剂合成的基础上，考察了起泡剂在地层温度及高压条件下的发泡性能和泡沫稳定性，同时利用不同渗透率的岩心对起泡剂的泡沫封堵性能进行了研究。

1 实 验

1.1 材料和仪器

改性α-烯烃磺酸盐起泡剂A(有效含量34.5%，实验室自制)[9-10]；市售α-烯烃磺酸盐起泡剂B(有效含量35.2%)；市售烷基苯磺酸盐起泡剂C(有效含量35.8%)；大港港东油田注入水，矿化度5 000 mg/L，油藏温度65 ℃。

Waring搅拌器，美国；可视化泡沫微观物理模拟装置，中国石油勘探开发研究院热力采油研究所；阻力因子测定装置，中国石油勘探开发研究院热力采油研究所。

1.2 实验方法

1.2.1 常温、常压条件下起泡剂的发泡性能和泡沫稳定性测试

常温常压下采用Waring搅拌法评价起泡剂的发泡性能和泡沫稳定性。实验时，将100 mL配制好的发泡剂溶液倒入Waring搅拌器中，在6 500 r/min转速下搅拌1 min，将泡沫倒入1 000 mL量筒中，读出不同时间、不同体系的起泡体积及泡沫体积衰减一半时所用的时间，即为泡沫的半衰期；或者析出一半液体的时间为析液半衰期，半衰期越长，泡沫就越稳定。

1.2.2 油藏温度、高压条件下起泡剂的发泡性能和泡沫稳定性测试

在一定温度和压力条件下，采用一维可视化泡沫微观物理模拟实验装置评价起泡剂的发泡性能和泡沫稳定性。实验时，起泡剂溶液和高压氮气分别用两根导管注入可视化泡沫微观物理模拟装置中，起泡剂溶液质量分数为0.5%，通入气体时间为18 min，其中起泡剂溶液流速为6 mL/min，气体流速按不同气液比计算得出，起泡剂溶液注入总量为100 mL。然后测试不同时间、不同起泡剂的起泡体积以及泡沫半衰期。

1.2.3 阻力因子的测试方法及步骤

动态评价采用的实验装置为一维单管模型[11]。在长50.0 cm、直径3.0 cm的岩心中装填除去油和部分黏土的油层砂，利用水相渗透率分别为1 250、150以及1.1 mD的单管水平放置于恒温烘箱内。先将岩心用水饱和，测岩心水相渗透率，然后按一定的气液比同时向岩心中注入水和气。当岩心两端的压差达到平稳时，记录此时岩心两端的压差作为基础压差。然后在相同条件下，注入气和起泡剂溶液，当岩心两端的压差达到平稳时，再次记录此时岩心两端的压差作为工作压差。衡量起泡剂在油层中能否发泡，能否具有使驱替介质发生转向作用的指标是阻力因子，阻力因子定义为工作压差和基础压差之比。一般认为：当阻力因子达到4倍时，起泡剂在油层中就能起到一定的调剖作用。

2 结果与讨论

2.1 常温、常压条件下起泡剂的筛选

在泡沫调驱现场试验中起泡剂的性能将是影响实验的关键。为此把室内自制的改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂，以及现场应用较广泛的α-烯烃磺酸盐起泡剂B型起泡剂和烷基苯磺酸盐C型起泡剂作为备选起泡剂。常温常压下，3种起泡剂溶液起始发泡体积以及析液半衰期随浓度的变化如图1、图2所示。

从图1和图2可以看出，起泡剂质量分数越大，发泡体积越大，析液半衰期也越大。但当起泡剂质量分数大于0.5%时，起始发泡体积增加不再明显；而析液半衰期却有下降的趋势，因此在现场应用时，通常选取质量分数0.5%为适宜的起泡剂浓度。同时可以看出，改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂的起始发泡体积与析液半衰期均高于其他起泡剂，说明改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂的发泡性能和稳定性较好。因此以下选取改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂进行高压下起泡剂的发泡性能和稳泡性能研究。

图1 不同起泡剂溶液起始发泡体积随浓度的变化

图2 不同起泡剂溶液析液半衰期随浓度的变化

2.2 油藏温度、高压条件下泡沫形貌及起泡剂的发泡性能

图3是实验中观察到的在恒定压力、不同气液比以及恒定气液比、不同压力下0.5%质量分数的改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂溶液的发泡情况。由图3可以看出，在恒定压力条件下，气液比越低泡沫越致密；在恒定气液比条件下，压力越高泡沫越致密。总体情况是，可视装置中的泡沫外形清晰、性能稳定，说明改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂在高压下具有较好的发泡性能和泡沫稳定性。

图3 恒定压力、不同气液比以及恒定气液比、不同压力下起泡剂发泡情况(65 ℃)

为研究改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂在不同气液比以及不同压力下的发泡性能和泡沫稳定性，考察了气液比为1∶1～1∶14、压力4～12 MPa范围内起泡剂的发泡体积以及泡沫半衰期的变化情况，结果如图4所示。从图4可以看出，随着压力升高起始发泡体积减小，但起始发泡体积降低的程度不大；而压力越高泡沫半衰期越长，即泡沫越稳定。由此可以说明起泡剂在实际地层的高压情况下，不仅能够发泡，而且泡沫的稳定性较好。

图4 不同气液比以及不同压力条件下起泡剂的起始发泡体积和泡沫半衰期(65 ℃)

2.3 高压条件下改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂的泡沫封堵性能

为探讨改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂在泡沫调驱当中应用的可行性，进一步考察了高压条件下起泡剂在不同气液比以及不同渗透率岩心上的封堵性能，结果如图5所示。

从图5可以看出，在高渗条件下的最高阻力系数优于低渗条件下最高阻力系数，即在合适气液比的情况下，渗透率越高封堵效果越好；同时，在最高阻力系数时，低渗气液比要高于高渗气液比，说明起泡剂在高渗条件下的发泡性能要好于低渗条件下的发泡性能，即高渗条件下易发泡，低渗条件下不易发泡。

图5 不同气液比以及不同渗透率条件下泡沫封堵性能(12 MPa)

改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂在实际油田的现场应用效果表明，该起泡剂在油藏高温、高压条件下具有较好的起泡性能以及泡沫稳定性，在辽河、新疆等油田超稠油蒸汽吞吐和蒸汽驱的现场试验当中，均取得较好的效果[11-13]。

3 结 论

a.通过常温常压下起泡剂发泡性能和泡沫稳定性的对比，筛选改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂作为调驱用泡沫剂。

b.改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂在高压下具有较好的发泡性能和泡沫稳定性。随着压力升高起始发泡体积略有下降，泡沫稳定性增强。说明改性α-烯烃磺酸盐A型起泡剂在地层的高压情况下，不仅能够发泡，而且泡沫的稳定性较好。

c.泡沫封堵性能研究表明，在高渗条件下的最高阻力系数优于低渗条件下最高阻力系数，即在合适气液比的情况下，渗透率越高封堵效果越好；在最高阻力系数时，低渗气液比要高于高渗气液比，说明起泡剂在高渗条件下的发泡性能要好于低渗条件下的发泡性能。