氮气泡沫驱用起泡剂优选及起泡性能评价_乔守武
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第 30 卷 第 12 期 2012 年 12 月
文章编号：1004-3918（2012）12-1792-05
河南科学 HENAN SCIENCE
Vol.30 No.12 Dec. 2012
氮气泡沫驱用起泡剂优选及起泡性能评价
乔守武 1， 马维生 1， 孙 闯 1， 赵金省 2
（1． 长庆油田公司 第四采油厂，陕西 靖边 718500； 2. 西安石油大学 石油工程学院，西安 710065）
1 实验方法
对起泡剂性能主要从两个方面进行评价：一是起泡能力，二是稳定性 . 评价起泡能力和泡沫稳定性的 参数主要是起泡体积 V0 和半衰期 t50 . Waring Blender 法是一种极为方便的评价泡沫性能的方法，是美、日等
收稿日期：2012-09-11 基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（11JK0791）；西安市科技计划项目—— —技术转移促进工程（CX12184（3）） 作者简介：乔守武（1978－），男，山东青岛人，工程师，主要研究方向为油井生产与管理 .
-1794-
河南科学
第 30 卷 第 12 期
综合起泡能力/（mL·min） ..............
由实验结果可以看出，起泡体积和半衰期并非 随着起泡剂浓度的增加而一直增大：当起泡剂浓度 增加到一定值时，起泡体积增加幅度减小或呈现下 降趋势，半衰期逐渐趋于稳定或增幅减小，综合起 泡能力则可以更明显的看到这种趋势 . 结合综合 起泡能力随浓度的变化曲线，确定在后续评价实验 中 SDS 选用 0．5％的浓度，ABS 选用 0．4％的浓度， HY－2 选用 0．5％的浓度，DY－1 选用 0．5％的浓度 . 3．3 CaCl2 对起泡剂性能的影响
起泡体积/mL
半衰期/min
650
SDS
550
ABS HY-2
DY-1
450
350 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 起泡剂浓度/%
图 1 4 种起泡剂的起泡体积随起泡剂浓度的变化曲线 Fig.1 The curve of foaming volume varying with concentration
根据上面实验结果，舍弃起泡剂 SDS，ABS 和 DY－1，只对起泡剂 HY－2 的起泡性能进行进一步的 评价 . 3．4 液相黏度对起泡性能的影响
一般来讲，增加起泡剂溶液的黏度有利于增加 泡沫的稳定性，因此经常把聚合物作为稳泡剂，但会
7..0.0.0 6..0.0.0 5..0.0.0 4..0.0.0 3..0.0.0 2..0.0.0 1..0.0.0
十二烷基苯磺酸钠（ABS） 414 14．20
4409
HY－2
450 18．21
6146
SJቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ6
405
8．43
2561
SJ－8
357
6．87
1839
DY－1
402
9．82
2961
期并不成比例关系，从综合起泡能力看，HY－2，DY－1，十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（ABS）的性
能要优于其他两种起泡剂，其中 HY－2 性能最为突出 . 因此舍弃起泡剂 SJ－6 和 SJ－8，对其余 4 种起泡剂进
Na＋＋K＋ CO32－
1 509．1 158．45
SO42－ Tatol
14．41 4 861．4
3 实验结果及分析
3．1 起泡剂初选 油田常用的起泡剂主要有阴离子型起泡剂、非离
子型起泡剂、复合型起泡剂、高聚物型起泡剂等几种 类型 . 各起泡剂基本起泡性能差别较大，因此在对起 泡剂进行详细评价之前，对几种起泡剂进行了初步筛 选. 实验结果如表 2 所示 .
表 1 某油田产出水组成
Tab.1 Oilfield produced water components mg·L-1
水质组成
矿化度
水质组成
矿化度
Ca2＋
19．84
HCO3－
2 299．23
Mg2＋
9
Cl－
851．39
用蒸馏水 . 实验用油为某油田外输原油与煤油混配 而成的模拟油，45 ℃下的黏度为 9．8 mPa·s .
液相黏度值，稳泡剂加入浓度不应小于 700 mg/L . 原油的存在使泡沫的起泡体积和稳定性均呈现下降的趋势 . 泡
沫的这种特性，有利于调整高低渗透层中的流度差异 .
关键词：泡沫； 起泡剂； 起泡性能； 优选； 评价
中图分类号：TE 357
文献标识码：A
Optimization of Foaming Agent and Evaluation of Foaming Performance of Nitrogen Foam Flooding
2012 年 12 月
乔守武，等：氮气泡沫驱用起泡剂优选及起泡性能评价
-1793-
国使用最多的一种方法 . 它所用的药品少，实验周期短，使用条件受限制较少，可作为标准评价方法之一 . 该法所用仪器是一台高速搅拌器，实验时，在量杯中加入 100 mL 一定浓度的发泡剂溶液，高速（＞1000 r/min） 搅拌一定时间后，关闭开关，马上读取泡沫体积，表示发泡剂的发泡能力，然后纪录从泡沫中析出 50 mL 液 体所需的时间，作为泡沫的半衰期，反映其稳定性 . 该方法所用实验仪器主要有高速搅拌器、电子天平、玻 璃棒、秒表、量筒等 . 实验中设定的转速为 8000 r/min，搅拌时间为 3 min .
摘 要：以综合起泡能力作为评价指标，利用 Waring Blender 评价方法，在对常用起泡剂进行初选的基础上，对起
泡剂的起泡性能及起泡剂加入浓度、稳泡剂加入浓度进行了评价和优选 . 结果表明：HY－2 型起泡剂在模拟油田地
层水下具有较好的综合起泡能力，起泡剂加入浓度为 0．5％，液相黏度对起泡剂的稳定性影响较大，存在一个最优的
行进一步的筛选与评价 .
3．2 起泡剂浓度对发泡性能的影响
起泡剂浓度是影响起泡体积和半衰期的重要因素，也是进行后续评价实验的基础，在确定起泡剂浓度时
既要考虑泡沫的性能，也要考虑经济性 . 通过测量不同浓度起泡剂的起泡体积和半衰期，计算不同浓度起泡
剂的综合起泡能力，并以此作为主要评价参数，确定后续实验中起泡剂的使用浓度 . 实验结果见图 1～3 .
Qiao Shouwu1， Ma Weisheng1， Sun Chuang1， Zhao Jinsheng2
（1． No．4 Oil Production Plant of Changqing Oilfield of China National Petroleum Corporation，Jingbian 718500，Shaanxi China； 2． Institute of Petroleum Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China）
泡沫体系黏度高、封堵调剖能力强，泡沫驱已经成为一种很有发展前途的三次采油方法，并且在堵水调 剖方面也有广泛的应用[1-3] . 由于氮气泡沫驱油主要通过孔隙介质中泡沫的数量控制流度，调整驱替剖面， 因此要求用于氮气泡沫驱油的起泡剂应同时具有良好的起泡能力和稳泡能力，泡沫驱的关键问题之一就是 要看起泡剂能否具有良好的起泡和稳泡能力 . 作者通过室内静态实验，对油田常用的几种起泡剂性能进行 了评价，探讨了起泡剂浓度、聚合物浓度、矿化度、原油含量等因素对泡沫体系的发泡特性的影响因素，并筛 选出了适合某油田实际地层条件的起泡剂 .
一般来讲，Ca2＋ 对起泡剂的性能影响较大，影响 幅度的大小主要与起泡剂的类型有关，甚至有些起泡 剂在含有 Ca2＋的溶液中不起泡. 实验结果见图4～6 .
由实验结果可以看出：CaCl2 对 SDS 和 DY－1 的 起泡性能影响较大，随着 CaCl2 质量分数的增加，其 起泡体积和半衰期都明显减小，DY－1 在 CaCl2 浓度 为 0．5％时几乎就失去了起泡能力，SDS 在 CaCl2 浓 度为 0．8％时起泡能力和半衰期显著降低，在 CaCl2 浓度为 1％时失去了起泡能力；ABS 的起泡体积变化 不明显，半衰期减小；HY－2 的起泡体积略有增大，半 衰期则稍有下降；各起泡剂综合起泡能力变化趋势 与半衰期的变化趋势大体一致 . 总体来说，HY－2 对 CaCl2 的适应性要好于其他 3 种起泡剂 .
2 实验材料及药品
实验用起泡剂：十二烷基硫酸钠（上海化学试剂公司）、十二烷基苯磺酸钠（上海化学试剂公司）、HY－2（山
东恒业石油新技术应用公司）、SJ－6（东营方圆公司）、 SJ－8（东营方圆公司）、DY－1（东营英特化学公司）. 实 验用稳泡剂：分子质量为 1900 万的聚丙烯酰胺. 实验 用水：起泡剂初选实验中采用的是某油田采油二厂产 出地层水，水质组分及矿化度见表 1 . 其他实验中使
从实验结果可以看出，起泡剂的起泡体积与半衰
表 2 起泡剂初选实验结果
Tab.2 The laboratory findings of foam agent primary election
起泡剂
V0 /mL t50 /min Fc（/ mL·min）
十二烷基硫酸钠（SDS）
568 10．06
4286
Abstract：Having comprehensive foaming ability as evaluation index，using the evaluation methodology of Waring Blender，on the base of the primary selection of the foamers in common use，the foaming performance is evaluated and the concentration of foamer and foam stabilizer are optimized． The results show that the foamer of HY－2 has a better comprehensive foaming ability and the concentration of foamer is 0．5％ ． The liquid viscosity effect for foaming performance showed that there exists an optimal value of the liquid viscosity，corresponding to the concentration of foam stabilizing agent should not be less than 700 mg/L． The presence of crude oil make the foaming volume and stability of the foam having a downward trend，the character of which is very advantageous to adjust fluidity difference between the layers of high permeable formation and low permeable formation． Key words：foam； foamer； foaming performance； optimization； evaluation
18
16
14
SDS
12
ABS
HY-2
10
DY-1
8
6
4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
起泡剂浓度/%
图 2 4 种起泡剂的半衰期随起泡剂浓度的变化曲线 Fig.2 The curve of half time varying with concentration
起泡体积和半衰期是两个相对较为独立的参数 [4-5]，一个反映了起泡的难易和数量，一个反映了泡沫的 稳定性，但这两个参数中的任何一个都不足以反映起泡剂在多孔介质中的起泡性能 . 因为泡沫在地层中的 流度调整能力受泡沫的数量（反映为起泡体积）和稳定性（反映为半衰期）的综合影响，实验中引入综合起泡 能力 Fc（Fc ＝V0 × t50）来综合表示起泡剂的起泡性和稳泡性 .
文章编号：1004-3918（2012）12-1792-05
河南科学 HENAN SCIENCE
Vol.30 No.12 Dec. 2012
氮气泡沫驱用起泡剂优选及起泡性能评价
乔守武 1， 马维生 1， 孙 闯 1， 赵金省 2
（1． 长庆油田公司 第四采油厂，陕西 靖边 718500； 2. 西安石油大学 石油工程学院，西安 710065）
1 实验方法
对起泡剂性能主要从两个方面进行评价：一是起泡能力，二是稳定性 . 评价起泡能力和泡沫稳定性的 参数主要是起泡体积 V0 和半衰期 t50 . Waring Blender 法是一种极为方便的评价泡沫性能的方法，是美、日等
收稿日期：2012-09-11 基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（11JK0791）；西安市科技计划项目—— —技术转移促进工程（CX12184（3）） 作者简介：乔守武（1978－），男，山东青岛人，工程师，主要研究方向为油井生产与管理 .
-1794-
河南科学
第 30 卷 第 12 期
综合起泡能力/（mL·min） ..............
由实验结果可以看出，起泡体积和半衰期并非 随着起泡剂浓度的增加而一直增大：当起泡剂浓度 增加到一定值时，起泡体积增加幅度减小或呈现下 降趋势，半衰期逐渐趋于稳定或增幅减小，综合起 泡能力则可以更明显的看到这种趋势 . 结合综合 起泡能力随浓度的变化曲线，确定在后续评价实验 中 SDS 选用 0．5％的浓度，ABS 选用 0．4％的浓度， HY－2 选用 0．5％的浓度，DY－1 选用 0．5％的浓度 . 3．3 CaCl2 对起泡剂性能的影响
起泡体积/mL
半衰期/min
650
SDS
550
ABS HY-2
DY-1
450
350 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 起泡剂浓度/%
图 1 4 种起泡剂的起泡体积随起泡剂浓度的变化曲线 Fig.1 The curve of foaming volume varying with concentration
根据上面实验结果，舍弃起泡剂 SDS，ABS 和 DY－1，只对起泡剂 HY－2 的起泡性能进行进一步的 评价 . 3．4 液相黏度对起泡性能的影响
一般来讲，增加起泡剂溶液的黏度有利于增加 泡沫的稳定性，因此经常把聚合物作为稳泡剂，但会
7..0.0.0 6..0.0.0 5..0.0.0 4..0.0.0 3..0.0.0 2..0.0.0 1..0.0.0
十二烷基苯磺酸钠（ABS） 414 14．20
4409
HY－2
450 18．21
6146
SJቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ6
405
8．43
2561
SJ－8
357
6．87
1839
DY－1
402
9．82
2961
期并不成比例关系，从综合起泡能力看，HY－2，DY－1，十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（ABS）的性
能要优于其他两种起泡剂，其中 HY－2 性能最为突出 . 因此舍弃起泡剂 SJ－6 和 SJ－8，对其余 4 种起泡剂进
Na＋＋K＋ CO32－
1 509．1 158．45
SO42－ Tatol
14．41 4 861．4
3 实验结果及分析
3．1 起泡剂初选 油田常用的起泡剂主要有阴离子型起泡剂、非离
子型起泡剂、复合型起泡剂、高聚物型起泡剂等几种 类型 . 各起泡剂基本起泡性能差别较大，因此在对起 泡剂进行详细评价之前，对几种起泡剂进行了初步筛 选. 实验结果如表 2 所示 .
表 1 某油田产出水组成
Tab.1 Oilfield produced water components mg·L-1
水质组成
矿化度
水质组成
矿化度
Ca2＋
19．84
HCO3－
2 299．23
Mg2＋
9
Cl－
851．39
用蒸馏水 . 实验用油为某油田外输原油与煤油混配 而成的模拟油，45 ℃下的黏度为 9．8 mPa·s .
液相黏度值，稳泡剂加入浓度不应小于 700 mg/L . 原油的存在使泡沫的起泡体积和稳定性均呈现下降的趋势 . 泡
沫的这种特性，有利于调整高低渗透层中的流度差异 .
关键词：泡沫； 起泡剂； 起泡性能； 优选； 评价
中图分类号：TE 357
文献标识码：A
Optimization of Foaming Agent and Evaluation of Foaming Performance of Nitrogen Foam Flooding
2012 年 12 月
乔守武，等：氮气泡沫驱用起泡剂优选及起泡性能评价
-1793-
国使用最多的一种方法 . 它所用的药品少，实验周期短，使用条件受限制较少，可作为标准评价方法之一 . 该法所用仪器是一台高速搅拌器，实验时，在量杯中加入 100 mL 一定浓度的发泡剂溶液，高速（＞1000 r/min） 搅拌一定时间后，关闭开关，马上读取泡沫体积，表示发泡剂的发泡能力，然后纪录从泡沫中析出 50 mL 液 体所需的时间，作为泡沫的半衰期，反映其稳定性 . 该方法所用实验仪器主要有高速搅拌器、电子天平、玻 璃棒、秒表、量筒等 . 实验中设定的转速为 8000 r/min，搅拌时间为 3 min .
摘 要：以综合起泡能力作为评价指标，利用 Waring Blender 评价方法，在对常用起泡剂进行初选的基础上，对起
泡剂的起泡性能及起泡剂加入浓度、稳泡剂加入浓度进行了评价和优选 . 结果表明：HY－2 型起泡剂在模拟油田地
层水下具有较好的综合起泡能力，起泡剂加入浓度为 0．5％，液相黏度对起泡剂的稳定性影响较大，存在一个最优的
行进一步的筛选与评价 .
3．2 起泡剂浓度对发泡性能的影响
起泡剂浓度是影响起泡体积和半衰期的重要因素，也是进行后续评价实验的基础，在确定起泡剂浓度时
既要考虑泡沫的性能，也要考虑经济性 . 通过测量不同浓度起泡剂的起泡体积和半衰期，计算不同浓度起泡
剂的综合起泡能力，并以此作为主要评价参数，确定后续实验中起泡剂的使用浓度 . 实验结果见图 1～3 .
Qiao Shouwu1， Ma Weisheng1， Sun Chuang1， Zhao Jinsheng2
（1． No．4 Oil Production Plant of Changqing Oilfield of China National Petroleum Corporation，Jingbian 718500，Shaanxi China； 2． Institute of Petroleum Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China）
泡沫体系黏度高、封堵调剖能力强，泡沫驱已经成为一种很有发展前途的三次采油方法，并且在堵水调 剖方面也有广泛的应用[1-3] . 由于氮气泡沫驱油主要通过孔隙介质中泡沫的数量控制流度，调整驱替剖面， 因此要求用于氮气泡沫驱油的起泡剂应同时具有良好的起泡能力和稳泡能力，泡沫驱的关键问题之一就是 要看起泡剂能否具有良好的起泡和稳泡能力 . 作者通过室内静态实验，对油田常用的几种起泡剂性能进行 了评价，探讨了起泡剂浓度、聚合物浓度、矿化度、原油含量等因素对泡沫体系的发泡特性的影响因素，并筛 选出了适合某油田实际地层条件的起泡剂 .
一般来讲，Ca2＋ 对起泡剂的性能影响较大，影响 幅度的大小主要与起泡剂的类型有关，甚至有些起泡 剂在含有 Ca2＋的溶液中不起泡. 实验结果见图4～6 .
由实验结果可以看出：CaCl2 对 SDS 和 DY－1 的 起泡性能影响较大，随着 CaCl2 质量分数的增加，其 起泡体积和半衰期都明显减小，DY－1 在 CaCl2 浓度 为 0．5％时几乎就失去了起泡能力，SDS 在 CaCl2 浓 度为 0．8％时起泡能力和半衰期显著降低，在 CaCl2 浓度为 1％时失去了起泡能力；ABS 的起泡体积变化 不明显，半衰期减小；HY－2 的起泡体积略有增大，半 衰期则稍有下降；各起泡剂综合起泡能力变化趋势 与半衰期的变化趋势大体一致 . 总体来说，HY－2 对 CaCl2 的适应性要好于其他 3 种起泡剂 .
2 实验材料及药品
实验用起泡剂：十二烷基硫酸钠（上海化学试剂公司）、十二烷基苯磺酸钠（上海化学试剂公司）、HY－2（山
东恒业石油新技术应用公司）、SJ－6（东营方圆公司）、 SJ－8（东营方圆公司）、DY－1（东营英特化学公司）. 实 验用稳泡剂：分子质量为 1900 万的聚丙烯酰胺. 实验 用水：起泡剂初选实验中采用的是某油田采油二厂产 出地层水，水质组分及矿化度见表 1 . 其他实验中使
从实验结果可以看出，起泡剂的起泡体积与半衰
表 2 起泡剂初选实验结果
Tab.2 The laboratory findings of foam agent primary election
起泡剂
V0 /mL t50 /min Fc（/ mL·min）
十二烷基硫酸钠（SDS）
568 10．06
4286
Abstract：Having comprehensive foaming ability as evaluation index，using the evaluation methodology of Waring Blender，on the base of the primary selection of the foamers in common use，the foaming performance is evaluated and the concentration of foamer and foam stabilizer are optimized． The results show that the foamer of HY－2 has a better comprehensive foaming ability and the concentration of foamer is 0．5％ ． The liquid viscosity effect for foaming performance showed that there exists an optimal value of the liquid viscosity，corresponding to the concentration of foam stabilizing agent should not be less than 700 mg/L． The presence of crude oil make the foaming volume and stability of the foam having a downward trend，the character of which is very advantageous to adjust fluidity difference between the layers of high permeable formation and low permeable formation． Key words：foam； foamer； foaming performance； optimization； evaluation
18
16
14
SDS
12
ABS
HY-2
10
DY-1
8
6
4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
起泡剂浓度/%
图 2 4 种起泡剂的半衰期随起泡剂浓度的变化曲线 Fig.2 The curve of half time varying with concentration
起泡体积和半衰期是两个相对较为独立的参数 [4-5]，一个反映了起泡的难易和数量，一个反映了泡沫的 稳定性，但这两个参数中的任何一个都不足以反映起泡剂在多孔介质中的起泡性能 . 因为泡沫在地层中的 流度调整能力受泡沫的数量（反映为起泡体积）和稳定性（反映为半衰期）的综合影响，实验中引入综合起泡 能力 Fc（Fc ＝V0 × t50）来综合表示起泡剂的起泡性和稳泡性 .