耐油抗醇泡排剂的研究

徐 杰，王明凤，刘博文

（1. 长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 433000； 2. 克拉玛依新捷能源有限公司, 新疆 克拉玛依 834000；3. 长庆油田第十一采油厂, 甘肃 庆阳 745100）

耐油抗醇泡排剂的研究

徐 杰1，王明凤2，刘博文3

（1. 长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 433000； 2. 克拉玛依新捷能源有限公司, 新疆 克拉玛依 834000；3. 长庆油田第十一采油厂, 甘肃 庆阳 745100）

针对气井含油、含醇情况，以十二烷基硫酸钠（SDS）、芥酸酰胺丙基甜菜碱（EAB）为主成分，特种表面活性剂氟碳型FC-117为稳定剂，添加剂PVG，获得SDS、EAB、FC-118、PVG的最佳配比为2:1:0.04:0.04，从而研制出独特的抗油、抗盐、抗乙二醇复配泡排剂，与现场常用泡排剂UT-6、UT-11C、UT-10B进行对比。实验表明：复配泡排剂不仅具有优异的抗凝析油、抗甲醇能力，且具有良好的抗温、抗盐等常规泡排剂所具备的优势。

抗油； 抗盐； 抗甲醇； 泡沫高度； 携液量

开采天然气的过程中，伴随着气藏压力降低，天然气流动速率变低，使得凝析液或地层水滞留井底，形成积液。一方面，积液液柱会对气藏形成静水回压，气藏与井筒底部之间生产压差变低，从而天然气运移能力和向井筒供气的能力减小；另一方面，井底与井口之间由于气水两相渗流还需克服滑脱损失，消耗更多的能量，气体携液能力下降。两方面综合作用使井底积液不断增多，恶性循环。积液不排除，气井将可能停产报废。采取排除积液的措施可以有效防止气井过早停产，从而使气井的寿命变长[1-10]。

1 实验部分

1.1 实验药品及仪器

氯化镁（MgCl2）、氯化钙（CaCl2）、氯化钠（NaCl），潍坊市神州化学有限公司；椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB）、月桂酰胺丙基氧化胺（LAO）、EAB 芥酸酰胺丙基甜菜碱、十二烷基二甲基氧化胺（OA-12）、十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基甜菜碱（BS-12）、聚乙烯醇（PVG），工业级，北京国豪化工；UT-6、UT-10B 、UT-11C，工业级，成都孚吉科技责任有限公司；乙二醇，凝析油，现场地层水，某油田M气井；自制罗氏泡沫仪（用1251罗氏泡沫仪改装），实验室自制；电子天平（精度1 mg）。

1.2 评价方法

实验主要参照标准 GB/T7462-1994《发泡力的测定》和SY/T6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》，对起泡剂起泡性能和携液能力进行相关评价。

（1）运用1251罗氏泡沫仪操作基本方法，测定不同浓度的起泡液滴完后在起始时刻、3、5 min的泡沫高度，分析对比各种发泡剂的有效室内发泡能力。

（2）配置200 mL浓度为0.5%的泡排剂溶液，将其置于罗氏泡沫仪的发泡管中，由发泡管底端通入空气（压力为0.05 MPa），测试10 min后从发泡管的顶端流出的液体总体积。其携液能力可表示为：携液率=（携液量/发泡管中溶液总体积）× 100%。

2 实验结论

2.1 主剂的选择

2.1.1 起泡剂的选择

分别将单一起泡剂CAB、LAO、EAB、OA-12、SDS、BS-12，配成质量分数为 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的溶液，采取罗氏-迈尔斯法测试起泡性和稳泡性，记下30 s、3 min时罗氏泡沫仪中泡沫的高度。实验温度 30 ℃，实验结果如图 1、图 2所示。

图1 30 s 时刻起泡剂的泡沫高度Fig.1 Foaming height of foaming agent at 30 s

图2 3 min时刻起泡剂的泡沫高度Fig.2 Foaming height of foaming agent at 3 min

由图可见，泡沫高度随着起泡剂的质量分数增大呈现上升的趋势，且针对不同发泡剂，都存在一个相应的临界浓度，是泡沫高度的最大值。这是由于溶液中的表面活性剂分子与形成的胶束浓度之间存在着一定的平衡，溶液中表面活性剂的浓度增大时，溶液中所形成的胶束也会相应的增多。当表面活性剂质量分数小于临界胶束浓度时，增大溶剂质量分数，泡沫界面膜上的发泡剂分子增加，发泡力也会相应的加强；表面活性剂的质量分数高于临界胶束浓度时，泡沫表面将聚集更多的活性剂分子，所形成的表面膜致密程度增强，所得到的泡沫稳定性同样变强；然而当其质量分数超过某一定值，泡沫表面的液量会减少，泡沫稳定性降低。SDS分子结构中的—OSO3Na基团，具有强亲水性，能促进泡沫的形成和稳定，故其发泡性最好。EAB属于耐高温黏弹性表面活性剂，能耐温度110 ℃，且能与阴离子、阳离子、非离子和两性表面活性剂均有良好的配伍性，同时还能能降低阴离子表面活性剂刺激性。SDS和EAB都有良好的起泡性，故选择SDS和EAB为配方研制的主剂。

2.1.2 起泡剂的复配

将主剂SDS和EAB分别按质量比为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3复配，测定复配后的发泡剂的泡沫高度，实验成果如表1所示。

表1 复配实验结果Table 1 Complex experimental results

由表可知，综合对比30 s、3 min、5 min时刻的泡沫高度，A2、A3两组的泡沫高度明细高于其他组，且A2、A3的泡沫高度相近，故选A2、A3。即SDS和EAB的质量比为2:1、1:1。

2.2 稳泡剂的选择

由于氟碳链Rf既疏水又疏油，不同的氧碳链分子之间具有相互排斥作用，与碳氢表面活性剂相比其从水溶液中迁移至溶液表面的所需的能量更低，从而在浓度很低是就有大量分子聚集在表面，使得鼠碳表面活性剂疏水基团整齐规整的排列在气-液界面，就像是一层-CF3裸露在溶液与空气界面处，因此具有非常低的表面张力。氟原子拥有独特的几何尺寸和电负性等性能，C-F键键能为48 kJ·mo1，就目前研究情况可知，这比其他任何元素所形成的单键键能都大，所以C-F键非常稳定定。故从中选氟碳表面活性剂为稳泡剂。实验结果如表2所示。

由表可知，当添加FC117作为稳泡剂时，整体效果明显优于FC118，当SDS、EAB、EC117的比例为2:1:0.03时，配方B2的发泡性和稳泡性最好，故选择B2。

2.3 添加剂

选择PVG为添加剂，使溶液聚合度增大，水溶液粘度增大，成膜后的强度和耐溶剂性提高，增加泡沫厚度，提高泡沫稳定性，实验结果如表3。

表2 添加稳泡剂实验结果Table 2 Adding foam stabilizer experimental results

表3 添加添加剂实验结果Table 3 Additive test results

由表可知，添加适当的添加剂对泡沫高度和稳定性影响不大，但对携液量具有一定影响。携液量整体随着 PVG含量的增加呈现出上升的趋势，当PVG含量为 0.05时，携液量获得最大值。故配方SDS、EAB、FC117、PVG的最佳配比为2:1:0.04:0.04。

3 起泡剂性能评价

3.1 抗油性

在开采天然气过程中，最底部的积液常存有一定量的凝析油，因为凝析油具有较强的消泡效果。所以，泡排剂应该具备一定的抗凝析油能力。实验考察了在不同凝析油含量的配液用水中的发泡能力和稳泡能力并与在实际施工中应用较多的泡排剂进行对比UT-6，UT-10B、UT-10C。

配制不同浓度的凝析油水溶液300 mL，采用罗氏泡沫测定仪测定30 s，3 min，5 min的泡沫高度及携液量。如下表4所示。

由表4可知，起泡剂的泡沫高度、稳泡时间、携液量随着凝析油含量的增大而减小，当凝析油含量为20%时，M起泡剂的泡沫稳定性、携液率明显优于现在常用UT-6、UT-10B、UT-11C，且携液率为70%。

3.2 抗醇性

向气井中放入乙二醇，既起到防冻的作用，又可防止井内管柱和集输过程中的水合物堵塞。乙二醇的加入很大程度上会影响泡排剂的发泡效果及携液能力。我们采用乙二醇来进行抗醇性能评价，实验结果如表5。

表4 抗油性能评价Table 4 Evaluation of oil resistance

表5 M不同含醇量下的起泡能力Table 5 M foaming capacity at different alcohol levels

由表5可知，乙二醇对泡沫高度及泡沫稳定性存在一定影响，乙二醇浓度的越大，影响作用越明显。在乙二醇含量为10%时M的携液量和泡沫高度都超过了常规泡排剂UT-6，UT-10B、UT-10C。

3.3 抗温性

温度对着泡沫的稳定性有较大的影响：气泡中分子的运动随着温度的升高而活跃，从而气体膨胀、液体蒸汽压升高，最终导致液膜变薄，甚至破裂；温度的变高将导致泡排剂的表面黏度降低，泡沫稳定性下降，对泡沫的发泡能力和携液能力造成严重的影响。实验中我们考察了M在不同温度下的发泡能力及稳泡能力，并与常用的泡排棒UT-6、UT-10B、UT-10B对比(表6)。

表6 M不同温度度下的起泡能力Table 6 Foaming capacity at different temperatures

从表6可以看出，起始时刻的泡沫高度随温度的变高表现出上升趋势，而5 min时的泡高呈现先上升后下降的趋势，在45 ℃时达到最大值175 mm。这是因为伴随着温度的上升，泡沫膨胀使体积变大，但随着时间的延长，液膜水分蒸发从而变薄变脆，直至破裂，从而使得泡沫稳定性降低。由表得出，在相同温度（75 ℃）下，泡排剂M的泡沫高度和携液量都好于UT-6、UT-10B和UT-10C，说明泡排剂M具有相当出色的抗温性。

3.4 抗盐性

矿化度较高时，表面活性剂的发泡能力及稳泡能力会受到非常大影响，特别是阴离子表面活性剂可与 CaCl2等反应生成沉淀，因此，泡排剂需要具有出色的抗盐性。实验室以 CaCl2、MgCl2、NaCl的质量比 1:1:4配置不同组分矿化度的配液用水，与 UT-6、UT-10B、UT-10C进行比较，实验结果如表7。

表7 M不同矿化度下的起泡能力Table 7 M bubbling ability under different salinities

由表7可得，伴随着配液矿化度的变大，发泡能力及稳泡能力有呈现出下降的整体趋势，但下降平缓，在矿化度为15×104mg/L时，稳泡能力仍有110 mm，抗盐效果优于现场所用泡排剂 UT-6、UT-10B、UT-10C，该泡排剂具有出色的抗盐性。

3.5 配伍性

用自来水、不同矿化度的配液用水、现场地层水分别配制0.1%、0.3%、0.5%的泡排剂溶液，30 ℃温度下静置24 h，泡排剂溶液均一透明，无沉淀或分层现象。说明起泡剂与配水、地层水具有优良的配伍性。

3.6 现场地层水试验

取自某油田的凝析气井的现场地层水，井底温度为78℃，经鉴定，地层水中凝析油含量为10%，乙二醇为 16%。用此地层进行试验，并与 UT-6、UT-10B、UT-10C形成对比。实验温度为78 ℃，结果如表8。

表8 现场地层水实验数据Table 8 Field formation water experimental data

由表8可得，M试用在现场地层水中的泡沫高度明显优于UT-6、UT-10B、UT-10C，效果明显，说明M在温度、凝析油、矿化度等综合因素的影响下仍具有较强的适用性。

4 结 论

（1）实验室做抗油起泡剂的初选时，可以选用白油当作凝析油，白油在高温下不会挥发，可用于高温条件下抗油起泡剂筛选。

（2）根据室内实验结果，优选的发泡剂 M的质量浓度为 0.5%，且发泡剂故配方 SDS、EAB、FC117、PVG的最佳配比为2:1:0.04:0.04。

（3）根据室内评价结果，优选的起泡剂 M具有突出的耐油抗乙二醇的能力。

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Study on Oil-resistance and Anti-ethanediol Foam Scrubbing Agent

XV Jie1，WANG Ming-feng2，LIU Wen-bo3

（1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 433000，China；2. Karamay Xinjie Energy Company Limited,Xinjiang Kelamayi 834000，China; 3. Changqing Oilfield Company No.11 Oil Production Field, Gansu Qingyang 745100，China）

Taking sodium dodecyl sulphate (SDS) and eruciamide propyl betaine (EAB) as the main agents，fluorocarbon type special surfactant FC-118 as stabilizer, PVG as an additive, a unique anti-oil, anti-salt and anti-methanol compound foam scrubbing agent (SDS:EAB:FC-118:PVG = 4: 1: 0.32: 0.04) was prepared, and it was compared with common foam scrubbing agent UT-6,UT-11C and UT-10B. The experimental results show that the compound foam scrubbing agent has many advantages, such as good anticoagulant and anti-methanol, and good anti-temperature and salt-resistance abilities.

oil resistance; salt resistance; methanol resistance; foam height; liquid carrying capacity

TE 357

A

1671-0460（2016）12-2803-04

2016-11-06

徐杰（1988-），男，陕西省西安市人，硕士，研究方向：从事油气田开发方面的工作。E-mail：xujie_dahis@foxmail.com。