油相对泡沫稳定性的影响规律

元福卿，王其伟，李宗阳，姬奥林，赵方剑，夏曦冉

油相对泡沫稳定性的影响规律

元福卿1，2，王其伟2，李宗阳2，姬奥林2，赵方剑2，夏曦冉2

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛266580；2.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

油相的存在会导致泡沫的稳定性变差，从而影响泡沫驱的效果，如何提高泡沫的稳定性，指导泡沫体系设计成为泡沫驱提高采收率中亟待解决的难题。为探索油相对泡沫稳定性的影响规律，采用泡沫衰减法和微流控制法研究了界面张力和油相对泡沫体系稳定性的影响，并评价了乳化油滴和气泡间的相互作用。通过固定油相，改变泡沫体系，研究油相与泡沫体系之间界面张力对泡沫稳定性的影响，结果表明，油水界面张力越低的泡沫体系所形成的泡沫半衰期越短，油相对泡沫的稳定性影响越大。采用同一泡沫体系，改变油相，不同油相对泡沫稳定性影响结果表明，表面张力越低的油相对泡沫体系的稳定性影响越大，泡沫稳定性越差。这是由于油相相对分子质量越大、表面张力越大，越不易在气水界面铺展，与泡沫的相互作用也越弱。

油相 泡沫 泡沫稳定性 表面张力 界面张力 半衰期

泡沫驱油在采油及提高原油采收率技术领域中的研究和应用已有40多年的历史，中国先后在玉门、胜利、辽河、大庆等油田进行了矿场试验，均取得了一定的效果［1-2］。聚合物强化泡沫驱是在泡沫体系中加入聚合物，通过增加体相的粘度来提高泡沫稳定性的驱油方法，如胜利油区2003年在孤岛油田中二中单元28-8井进行了聚合物强化泡沫驱试验，产油量由71.2t/d增加到140.9t/d，累积增油量为2.1×104t，证明聚合物强化泡沫驱是一种提高原油采收率的有效方法。泡沫的稳定性是泡沫驱研究和应用的核心问题，目前中外关于泡沫稳定性的影响因素做了大量的研究工作［3-10］，但对于油相对泡沫稳定性影响规律的研究很少。笔者采用泡沫衰减法、微流控制法及显微放大技术等手段，观察泡沫扩散、运移、聚并等行为，研究了油相对泡沫稳定性影响规律，以期为研制适合不同类型原油的泡沫体系提供技术支撑。

1　实验部分

1.1实验器材

实验用油包括正十六烷、正十二烷、正癸烷、石蜡油（C16—C20正构烷），均为分析纯。表面活性剂包括：6501，化学纯；AES，化学纯；DSB，化学纯；SLDZ-1低张力泡沫剂（地质科学研究院研制）。模拟地层水依据胜坨油田二区沙二段3单元目前产出水配制，矿化度为17497mg/L，钙镁离子含量为495mg/ L。实验用气体是纯度为99.5%的氮气。

实验仪器包括：泡沫性能评价装置；微流控装置，微管道内径为1～100μm；偏光显微镜，上海天省仪器XP-202型；TEXAS500悬滴界面张力仪；表面张力仪，北京哈科SFT-A3型。

1.2实验方法

泡沫衰减法气体以一定的流速通过泡沫性能评价装置的烧结玻璃砂心，砂心上面预先放入一定量的待测试液，气体通过砂心时与液体混合形成泡沫，观察泡沫体积的衰减，用泡沫衰减曲线和泡沫半衰期来衡量泡沫的稳定性。将表面活性剂溶液与油以质量比100∶1混合，超声乳化15min后，采用砂心法起泡，氮气流速为75mL/min，采用衰减法测试其衰减曲线和半衰期。

微流控方法微流控方法是在微尺度与介观尺度（纳米级）上研究流体行为的技术。采用玻璃精细加工来制作微流体器件，将2个Y形管串联，同时通入气体、油相、表面活性剂溶液。表面活性剂溶液剪切油相形成均匀的乳液滴，气体在乳液的剪切下形成气泡、油滴共存体系。将气泡、油滴共存体系导入到薄板模型后，在偏光显微镜下观察，根据录像和拍照结果进行数据分析，通过统计气泡和油滴的尺寸及其分布来评价相互作用。

实验温度为80℃，常压。

2　实验结果与讨论

2.1界面张力对泡沫稳定性的影响

选用正十二烷作为油相，分别配制质量分数为0.3%的6501+DSB，SLDZ-1，AES，DSB的泡沫剂溶液，测试油相与不同泡沫剂溶液的油水界面张力，6501+DSB与油相之间的界面张力最低，为0.01835 mN/m；SLDZ-1次之，为0.03042mN/m；AES和DSB与油相之间的界面张力均大于0.1mN/m。

由4种泡沫剂溶液在含油和无油条件下的泡沫衰减曲线（图1）可以看出，无论是在无油条件下还是含油条件下，油水界面张力越低的泡沫体系所形成的泡沫半衰期越短。对比分析含油和无油条件下泡沫的半衰期变化可知，油水界面张力越低的泡沫剂体系，加入油相对所形成泡沫的稳定性影响越大，消泡越快。这主要是由于油水界面张力越低，油相在泡沫液膜的铺展越容易，从而油相进入液膜形成桥连，导致泡沫越易破灭。

图1　4种泡沫剂溶液衰减曲线Fig.1　Foamdecaycurvesof4differentsurfactantsystems

2.2油相对泡沫稳定性的影响

分别测试石蜡油、正十六烷、正十二烷、正癸烷的表面张力，其值分别为29.72，26.52，24.79和23.30mN/m。即随着油相相对分子质量的变小，油相与空气之间的表面张力减小。

固定已知成分的6501与DSB（两者质量比为9∶1）表面活性剂复配体系，质量分数为0.3%。选取石蜡油、正十六烷、正十二烷、正癸烷作为油相，研究不同的油相对6501与DSB表面活性剂复配体系所形成泡沫稳定性的影响。

实验结果表明，加入正癸烷乳化后6501与DSB表面活性剂复配体系所形成泡沫的半衰期为35 min，加入正十二烷后半衰期为40min，加入正十六烷后半衰期为45min，而石蜡油的加入使泡沫的稳定性略微下降，其半衰期可以达到50min（图2）。按照石蜡油、正十六烷、正十二烷、正癸烷的顺序，6501与DSB表面活性剂复配体系所形成泡沫的半衰期依次降低，油相对泡沫的影响依次增大，说明所加入油相的相对分子质量越小，表面张力越低，油相对泡沫稳定性影响越大。

图2　不同条件下6501与DSB表面活性剂复配体系衰减曲线Fig.2　Foamdecaycurvesof6501andDSBwithvariousoils

2.3乳化油滴与气泡间的相互作用

根据无油条件下气泡直径分布（图3），在控制气相、油相和泡沫溶液注入速度的条件下，微流控装置形成的油滴和气泡具有特定的直径，直径分布范围很窄。气泡即使紧密排列也很难发生聚并，稳定性很好，因此进入平板模型的气泡直径相对较小且分布范围比较窄。

在气相和泡沫溶液注入条件不变的情况下，有乳化油滴存在时，经过相同的时间后，平板模型中的气泡直径分布范围明显变宽，并且有的气泡直径大幅度增加（图4），这充分说明乳化油滴的存在加快了气泡的聚并和破裂。油相为正癸烷时气泡的直径分布范围最宽，气泡直径最大甚至已经达到600μm。正十二烷、正十六烷和石蜡油作为油相时气泡的直径分布范围依次变窄。

图3　无油条件下气泡直径分布Fig.3　Distributionoffoamdiameterintheabsenceofoil

图4　加入不同油滴后气泡直径分布Fig.4　Distributionoffoamsizeinthepresenceofdifferentoils

正癸烷对泡沫聚并、破裂的影响最大，消泡作用最明显。这是由于油相相对分子质量越大、油相粘度越大、表面张力越大，分子间粘合力越大，越不易在气水界面铺展，与泡沫的相互作用也越弱，同时，具有较高的表面张力的油相，被乳化分散为尺寸较小的油滴难度较大，对泡沫的稳定性影响较小，泡沫的稳定性越好，泡沫的半衰期越长。而表面张力较低的油相，其被乳化的能力和对泡沫稳定性的影响越大。

3　结论

通过测试4种表面活性剂体系和正十二烷的界面张力及在含油条件下的泡沫衰减曲线可知，含油条件下，油水界面张力越低的泡沫体系半衰期越短；油相对泡沫稳定性的影响越大，泡沫消泡越快。

具有较高的表面张力的油相，被乳化分散为尺寸较小的油滴的难度大，对泡沫的稳定性影响小，泡沫的半衰期相对较长。而表面张力较低的油相，其被乳化的能力和对泡沫稳定性的影响较大，因此泡沫的半衰期较短。

对于同一表面活性剂体系，油相相对分子质量越大、表面张力越大，越不易在气水界面铺展，与泡沫的相互作用也越弱，泡沫的稳定性越好，泡沫的半衰期也就越长。

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编辑经雅丽

Relationshipbetweenoilandfoamstability

YuanFuqing1，2，WangQiwei2，LiZongyang2，JiAolin2，ZhaoFangjian2，XiaXiran2

（1.SchoolofPetroleumEngineering，ChinaUniversityofPetroleum（EastChina），QingdaoCity，Shandong Province，266580，China；2.GeoscienceResearchInstitute，ShengliOilfieldCompany，SINOPEC，DongyingCity，ShandongProvince，257015，China）

Astheperformanceoffoamfloodingisdominatedbyfoamstabilitywhichmaybereducedinthepresenceofoil，developmentoffoamsystemwithimprovedfoamstabilityhasbecomeincreasinglyimportantintheareaofenhancingoilrecoveryofthefoamflooding.Therelationshipbetweenoilandfoamstabilitywasinvestigatedbyfoamdecaymeasurements andmicrofluidiccontrolmethod.Theeffectofinterfacialtension（IFT）betweenoilandfoamsystemonthefoamstability wasexaminedthroughcertainoilanddifferentfoamsystems.Reactionbetweenemulsifiedoildropandbubbleswasevaluated.Experimentalresultsshowthatthehalf-lifedecreasedconsiderablyforthelow-IFTfoamsystems，andoilhasgreater influenceonthelower-IFTfoamsystems.Additionally，oilwithlowersurfacetensionwouldaffectfoamabilitymoresignificantly.Becauselargerrelativemolecularweightofoilandsurfacetensionwillbringdifficultiesinspreadingonthegas-waterinterfacewithweakerreactionofthefoam.

oil；foam；foamstability；surfacetension；interfacialtension；half-life

TE357.42

A

1009-9603（2015）01-0118-04

2014-11-14。

元福卿（1971—），男，江西崇仁人，高级工程师，在读博士研究生，从事化学驱提高采收率技术攻关和推广工作。联系电话：13589976531，E-mail：yuanfuqing.slyt@sinopec.com。

国家科技重大专项“胜利油田特高含水期提高采收率技术”（2011ZX05011）。