泡沫剂-表面活性剂

泡沫剂

1泡沫剂的表面活性

泡沫剂属于表面活性剂，其表面与界面性质是重要指标，研究时首先要测定其表面张力与界面张力。由于注入地层是气液两相，有必要对注入地层的混合溶液及蒸汽冷凝水溶液的表面张力与界面张力都进行测定，测定方法可能用吊片法或其他表面张力测定法来进行。表1是不同的表面活性剂A、B、C在不同pH值下的表面张力。

表1 泡沫剂溶液的表面张力

表面活性剂 pH 溶液的表面张力／(mN／m) 冷凝液的表面张力/(mN/m)

无 无

A

B

C 11.7

8.8

11.7

8.8

8.8

72.4

72.1

20.3

20.3

24.4

72.0

72.1

19.2

22.5

21.3

测试结果表明，不同的泡沫剂均有较低的表面张力，冷凝液和溶液的表面张力不完全相同，这种差异是由于表面活性剂在溶液中和蒸汽中的分配不同所致。同时还可以看到，pH 值对表面活性剂的分配也有一定的影响。

界面张力是表面活性剂水溶液与原油之间相互作用的结果，直接反映了两者之间的相互作用的大小。对所选的泡沫剂，都应能较大幅度地降低油水间的界面张力。界面张力的测试目前主要有两种方法，一种是悬滴法，另一种是旋转液滴法。前者是一相从毛细管中排出到另一相中。液滴离开毛细管瞬间的几何尺寸是界面张力的函数。后者是密度小的液滴在密度大的液体中高速旋转，其转速、密度差、温度等与界面张力之间有函数关系。两种方法都有专门的仪器。

温度和压力对界面张力有一定的影响，但通常测定界面张力都是为了找出界面张力随其他因素的变化规律和筛选配方，因此，测试时大都在常压下进行。由于温度对原油的粘度影响比较大，温度高时，准备样品也比较容易。但由于仪器使用温度范围的限制，一般测试选在50～90℃。表2是用做泡沫剂的几种表面活性剂与对应原油的界面张力。

表2 泡沫剂与原油界面张力

表面活性剂 温度／℃ 界面张力／(mN/m)

A B C 50

50

50

0.20

0.25

0.36

由测试结果可知，表面活性剂泡沫剂使原来的油水界面张力降低l00倍以上。

2泡沫剂的热稳定性

蒸汽泡沫剂是在高温下使用，因此，其热稳定性也是重要的技术指标。评价热稳定性采用专用的热稳定评价系统——高压评价罐、滚子炉等，或用高压反应釜及其他能进行高温高压实验的设备。若是用高压容器，装入评价溶液至容器的2／3或更少，在氮气的吹扫下封盖，经检查后置入滚子炉或相应的振荡恒温设备中。若用高压反应釜进行评价，则可装入评价溶液后用氮气顶替。装入样品后便可在控制温度下连续搅拌，一般评价温度在250'12以上，时间在lOd以上，也可根据油田具体情况来确定评价温度与评价时间。样品经过长时间恒温后，便可取出按所需指标进行测试。一般恒温lOd左右，结构与性能不应发生太大变化。

3发泡性能

泡沫剂类表面活性剂的发泡性能是以产生泡沫的量和泡沫稳定性来评价的。稳定的泡沫一般较为细小，不易发生聚并。评价时；将一定量的拖沫剂溶液置于发泡器中，具体的测量根裾发泡器的要求来确定，-般选择用量为l5ml 的发泡器即可。然后注入一定量的空气，记录泡沫的体积及泡沫体积随时间的变化。高温发泡性能和常温发泡性能类似；只是整个实验过程需在高温下进行。表3分别是不同泡沫剂在室温与l90℃下的发泡性能。

表3 泡沫剂常温发泡实验结果

泡沫剂样品 耐温前泡沫体积/ml耐温后泡沫/ml耐温前泡沫半衰期/s 耐温后泡沫半衷期/s

A B C D

180

173

173

170

175

175

175

175

14400

12600

12600

10800

12600

12600

12600

10800

由表中数据可知，该泡沫剂的发泡效果和泡沫破裂在耐温实验前后差不多，说明该泡沫

剂不但在低温时有较好的发泡性，而且还有很好的耐温性。

4吸附损耗

几乎所有的表面活性剂都会在储层岩石矿物表面发生吸附，泡沫剂也不例外。发生在岩石矿物表面的吸附是泡沫剂的无效损失，吸附量应该愈小愈好。解决这一问题主要有两个途径，选用吸附量小的表面活性剂和使用牺牲剂。研究泡沫剂的吸附损耗和研究其他表面活性剂的吸附损耗一样，不但应考虑动态的，而且还应考虑静态的。动态吸附是将天然的岩样抽提干净，然后饱和地层水，用泡沫剂做流动实验，检测出口浓度变化，计算经过岩心后的吸附损失。静态吸附则是取一定量洗干净的油砂，加入一定量的泡沫剂溶液，振荡，然后测试泡沫剂的浓度，根据浓度差计算吸附量。在实际应用中，泡沫剂是以液膜形式存在，吸附损耗要小于前面所述实验测得的结果。但作为经济实用体系，吸附量愈小愈好，常见的泡沫剂在天然岩心上的吸附量约为0.3mg／g。

5蒸汽泡沫封堵性能及驱替效果

和其他提高采收率方法二样，蒸汽泡沫的封堵性能也可用宏观和微(细)观渗流模拟实验来进行测试。实验设备主要由墨大部分组成：蒸汽发生装置；模型夹持器；计量与其他附属装置。由于所用的是高压蒸汽，因此，整个系统应能耐高压和高温。

在进行封堵性能测试时，主要观察蒸汽注入前后的渗透率变化，一般用阻力因子的大小变化来评价封堵效果。由于原油性质的差异，同时应该研究微观驱油机理，以助于筛选和调整配方。微观机理需要在二维可视化模型上进行。驱替效果用采收率提高值来表示；它是泡沫剂综合效果的评价

6蒸汽泡沫剂的现场应用

泡沫剂最早用于我国玉门油田的常温油藏，是用空气作发泡气体，所用表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与其他表面活性剂的复配体系。蒸汽泡沫驱油主要用于稠油较多的辽河油田。开始使用美国的发泡剂SUN TECH等。由于其产品价格昂贵，订货周期长等，许多油田化学剂厂开发了其他表面活性剂。其中有高分子非离子表面活性剂、烷基苯磺酸盐及与其他表面活性剂的复配物等。目前，发泡剂的研制仍在发展之中，现在使用的均存在性能上的缺点。国产表面活性剂类由于价格低廉，占有相当的市场份额，如胜利油田主要使用的是国产表面活性剂。

在用量上，使用商品浓度从1％一l0％不等，低浓度时注入量相对要大一些。使用时，一般有效率在80％以上，投入产出比大于1：4。现场使用通常能起到以下作用：封堵汽窜层，增加泵效，增加蒸汽波及系数等。

蒸汽凝析液中的低浓度表面活性剂能增加原油产量的主要原因是它能改变油、水及储层复合界面的流变性及动力学特性。蒸汽驱泡沫剂也是稠油开采中所使用的表面活性剂。它的