基于气流法筛选复合泡沫驱用起泡剂体系

马广阔，吕谋，乔砚佳，朱志强

1．中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳 473000

2．中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院，天津 300452

3．中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102200

基于气流法筛选复合泡沫驱用起泡剂体系

马广阔1，吕谋1，乔砚佳2，朱志强3

1．中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳 473000

2．中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院，天津 300452

3．中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102200

针对某油田复合泡沫驱用起泡剂的性能评价，采用气流法对复合泡沫体系驱油用起泡剂的起泡性、稳泡性及其影响因素进行研究。静态试验结果表明：起泡剂浓度、地层水矿化度、气液比等因素对体系性能具有重要影响。通过对比试验发现，阴离子型起泡剂的起泡性能和稳泡性能最优，其中QP-2在不同的气液比和地层水矿化度条件下都具有较好的起泡性能和稳泡性能，并且其最佳使用浓度为0．5%，在不同气液比情况下随矿化度的增加，起泡剂的综合性能逐渐降低，但影响不大，随气液比的增大，起泡剂的起泡性和稳泡性也随之增加。

起泡剂；复合泡沫体系；稳定性；气流法

1 实验部分

1．1 实验材料及仪器

试剂名称及厂家：QY-1、QY-2属于阳离子型起泡剂；QP-1、QP-2属于阴离子型起泡剂；QF-1属于非离子型发泡剂，由天津市雄冠科技发展有限公司提供；实验用水为LD32-2油田A16h井地层水，矿化度为12 818．00 mg／L。

实验仪器：罗氏泡沫仪，东莞市鑫磊仪器厂；气体质量流量计，沈阳威力德真空技术有限公司；恒温水箱，扬州华宝石油仪器有限公司。

1．2 实验步骤

1）取配好的表面活性剂溶液100 mL装入夹套量筒内；

2）打开恒温水浴，使夹套量筒环空温度达到实验温度；

3）打开气体质量流量控制器，预热30 min，待零点稳定后以流量Q开始实验；

4）记录停止通气时刻的泡沫体积Vf，折算成泡沫高度h，并开始记录时间；

5）记录泡沫高度衰减到一半的时间t1／2，即泡沫半衰期；

6）计算泡沫综合指数FCI，FCI表征泡沫质量和泡沫半衰期对泡沫性能的综合影响；

7）改变气液比，读取起泡剂的发泡体积Vf，泡沫半衰期t1／2，计算起泡剂的泡沫综合指数FCI。

2 实验结果与讨论

2．1 起泡剂的筛选

筛选起泡剂通常遵循以下原则［3-4］：1）起泡性能好，与气体接触能形成大量泡沫，且泡沫尺寸相近、半衰期长；2）与地层流体配伍性好；3）耐温性能好，在较大温度范围内都可保持流动性和稳定性；4）有效浓度高，用量少，成本低。为了比较起泡剂的性能，本文采用泡沫的综合指数FCI来统一评价起泡剂。

该实验在65℃和常压条件下，分别用上述3种类别起泡剂与LD32-2油田A16h井地层水配制浓度为0．5%的起泡剂溶液，通过注入不同量的氮气后，对泡沫性能进行评价。记录起泡体积和泡沫半衰期，然后计算得到泡沫综合指数FCI。

2．1．1 起泡剂起泡能力评价

泡沫起泡高度越大表示起泡剂起泡能力越好［5］。气液比与泡沫高度关系曲线见图1。由图可知：1）起泡剂按起泡能力依次是：阴离子型起泡剂＞阳离子型起泡剂＞非离子型起泡剂。2）3种类型起泡剂的起泡能力相差不大，QP系列的起泡剂起泡高度相对较高，其中QP-2的最大起泡高度可达42．6 cm，非离子型起泡剂 QF-1的起泡能力较弱，最大发泡高度仅为9．2 cm。3）随气液比的增加各起泡剂的起泡高度均随之增大，但气液比增加到一定程度，起泡剂的起泡高度增加幅度变缓，甚至有下降的趋势。

图1 不同气液比条件下起泡剂起泡能力比较

2．1．2 起泡剂稳定性评价

泡沫半衰期 t1／2越大表示起泡剂的稳定性越好［6］。气液比与泡沫半衰期t1／2关系曲线如图2，由图可知：1）QP系列起泡剂产生的泡沫具有较好的稳定性，QP-2型起泡剂的半衰期最长，最高可达608 s，QF-1型起泡剂的稳定性最差，最短仅为102 s。2）随气液比的增大，各起泡剂的稳定性均有所增加，但气液比对各起泡剂的半衰期影响各不相同，如QF-1、HP-1、HP-2等起泡剂，随气液比的增加，泡沫半衰期缓慢增加；而起泡剂QP-1、QP-2随气液比的增加，半衰期增加幅度比较大。

图2 不同气液比条件下起泡剂稳泡能力比较

2．1．3 起泡剂综合性能比较

泡沫综合指数综合表征泡沫的发泡效果和泡沫稳定性。泡沫综合指数越大，表明泡沫性能越好，通过综合指数可以优选出最佳的泡沫体系［7-8］。由图3可知：QP系列起泡剂综合指数较高，其中QP-2的综合指数在气液比达到5：1后可达15 000以上。QP-2系列起泡剂具有较好的起泡性和稳泡性。因此选择QP-2作为实验用起泡剂进行泡沫影响因素的研究。

图3 不同气液比条件下起泡剂综合性能比较

2．2 气液比对起泡剂的影响

气液比对泡沫的封堵能力和驱油效果影响很大［9-10］。气液比过小，起泡效果差；气液比过大，泡沫稳定性降低，所以选择合适的气液比非常重要。在65℃条件下，将QP-2起泡剂配制成浓度0．5%的起泡溶液，通过控制通气量，分别测试气液比为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1时的起泡高度、半衰期和泡沫综合指数见图4，由图可知，随气液比的增大，起泡剂的起泡性和稳泡性也随之增加，气液比达到5∶1后，起泡剂的综合指数就已经达到15 000以上。

图4 不同气液比条件下QP-2的综合指数

2．3 矿化度对起泡剂的影响

注入地层的泡沫体系驱替前缘一定程度上会受高矿化度地层水的稀释，泡沫体系中的离子也会与地层水中的钙、镁离子等相互作用，所以评价起泡剂的抗盐性是必要的［11-12］。将QP-2起泡剂分别与蒸馏水、矿化度为6 409 mg／L和12 81 8mg／L的模拟水分别配成浓度为0．5%的起泡剂溶液，在65℃条件下，测试其性能，做出不同气液比下矿化度与综合指数的关系曲线如图5。从图可知随矿化度的增加，起泡剂的综合性能逐渐降低，同时当气液比较大时，矿化度对起泡剂的影响比较严重。

图5 不同水质对起泡剂综合性能的影响

2．4 起泡剂浓度的影响

起泡剂的浓度对起泡剂的起泡体积和半衰期至关重要，因为在确定起泡剂浓度时需要考虑泡沫的性能和经济性，所以实验过程中，必须通过测量不同浓度起泡剂的起泡体积、半衰期和综合指数，确定后续实验中起泡剂的使用浓度［13-14］。用LD32-2油田的地层水配制浓度分别为0．1%、0．3%、0．5%、0．7%的起泡剂溶液，测试其在不同气液比条件下的起泡性能，并计算其综合指数，由不同气液比条件下泡沫综合指数与起泡剂浓度关系曲线（如图6）。可看出随起泡剂浓度的增加，泡沫流体的综合指数逐渐增大，当浓度超过0．5%后，起泡剂的起泡高度和稳泡时间均增加不明显，所以建议使用起泡剂的浓度为0．5%。

图6 浓度对起泡剂综合性能的影响

3 结论

1）经过起泡剂性能评价试验研究，最终筛选QP-2为泡沫复合驱用起泡剂，其最佳使用浓度为0．5%。

2）随起泡剂浓度的增加起泡剂的起泡高度和稳泡时间都有所增加，增加起泡剂的浓度对泡沫流体的稳定性有很大的帮助，但是起泡剂的浓度对起泡剂的起泡能力影响不大。

参考文献：

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［7］钱昱，张思富，吴军政，等．泡沫复合驱泡沫稳定性及影响因素研究［J］．大庆石油地质与开发，2001，20（2）：33-35．

［8］刘宏生．聚驱后超低界面张力泡沫复合驱实验研究［J］．西安石油大学学报，2012，27（3）：72-75，80．

［9］郭艳，李树斌，韩志红，等．80℃高温油藏聚驱后复合驱油体系性能评价［J］．油田化学，2013，30（1）：74-79，95．

［10］袁新强，王克亮，陈金凤，等．复合热泡沫体系驱油效果研究［J］．石油学报，2010，31（1）：87-90，95．

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Foaming agent system for composite foam flooding
based on the gas flow screening method

MA Guangkuo1，LÜ Mou1，QIAO Yanjia2，ZHU Zhiqiang3
1．Oil Production Plant，Sinopec Henan Oilfield Company，Nanyang 473000，China
2．CNOOC Energy Technology＆Oilfield Engineering Research Institute，Tianjin 300452，China
3．Faculty of Petroleum Engineering，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102200，China

Aiming at the performance evaluation of foaming agent for composite foam flooding in a certain reservoir，by using the method of gas flowing，the foamability，stability and influencing factors of foaming agent for composite foam flooding were studied．Static experiment results show that the concentration of foaming agent，formation water salinity，gas liquid ratio and other factors have a significant impact on system performance．By contrasting tests，we find that the anionic the agent has optimal foamability and stability，in which QP-2 has good foaming properties and foam stability performance in different liquid ratio and formation water salinity conditions，and the best concentra-tion was 0．5%．Under the condition of different gas，with the increasement of salinity，the comprehensive perform-ance of foaming agent will reduce gradually，but the impact is not obvious．With the increase of gas-liquid ratio，the foamability and stability of foaming agent are also increased．

foaming agent；composite foam system；stability；gas flow method

TE357．42

A

1009-671X（2014）03-0077-04

10．3969／j．issn．1009-671X．20131223

http：／／www．cnki．net／kcms／doi／10．3969／j．issn．1009-671X．201107036．html

2013-12-12．

日期：2014-06-05．

国家科技重大专项基金资助项目（2011ZX05024-002-001）．

马广阔（1987-），男，工程师．

朱志强（1988-），E-mail：674933041＠qq．com．

在地层中形成的泡沫流体不仅具有很高的表观黏度，能降低油水界面张力，同时具有很强的封堵调剖能力；并且泡沫流体的封堵具有堵大不堵小、堵水不堵油的特性，对地层无污染［1-2］。从经济效益考虑泡沫复合驱与聚合物驱相比更具优势。泡沫复合驱油体系由碱、表面活性剂、聚合物三元复合驱体系和气体组成。

泡沫复合体系与被驱替油之间可形成10-3mN／m的超低界面张力；同时泡沫复合体系因泡沫的存在具有较大的视黏度。因此，只要配方合适，泡沫复合驱既能降低油水界面张力，提高驱油效率，又能降低水油流度比，提高波及效率。本文根据LD32-2油田地层水选出合适的起泡剂，并用气流法测试起泡剂的起泡性及稳泡性；分析起泡剂浓度、气液比和矿化度对泡沫流体性能的综合指数的影响，从而为复合泡沫体系的现场应用提供指导作用。