泡沫破裂机制及其稳定性影响因素研究

采用COMSOL软件建立了一种气液模型,分析了气液压力变化及气液体分布情况对泡沫破碎的影响。实验结果表明,泡沫在破碎的过程中主要受内部能量释放的影响,泡沫液膜处存在斑点状压力集中,引起液膜发生波动性变形,当内外压差过大时发生破裂。随着时间的延长,液膜的存在形式会发生变化。液膜靠近气体处形成许多分散的液滴,液滴的分布形态与压力分布形态相似。推测是由于液膜到液滴的形式转变引起压力变化,从而导致泡沫破裂。进一步研究发现液相的密度和黏度对泡沫稳定性影响相对较小;表面活性剂种类对泡沫稳定性影响较小,表面活性剂浓度越大,泡沫越稳定。     

强化泡沫体系气液界面流变性对驱油效果的影响

以α烯烃磺酸钠和商品稳泡剂作为发泡表面活性剂,添加不同类型聚合物,通过气泡悬滴驰豫震荡法,测定不同强化泡沫体系的气液界面扩张流变参数,并测定其半衰期,得出不同扩张流变性能对泡沫稳定性和驱油效果的影响。实验表明,聚合物溶液浓度增加时,界面黏弹模量也增加,大幅增加气液界面黏性模量能够达到稳泡效果,驱油效果得到大幅改善。生物聚合物有很高的界面黏弹模量,界面黏性模量是影响泡沫半衰期的主要因素,增加气液界面黏性模量是提高泡沫半衰期的有效方法。界面弹性模量对泡沫驱油效果和注入能力影响很大,过高的弹性模量会导致泡沫变形阻力增大,造成地层堵塞注入困难,选择适当气液界面黏弹模量的泡沫体系,能达到较好的泡沫驱油效果。     

泡沫稳定性改进剂研究

对泡沫稳定机理及影响泡沫稳定性因素进行了研究，讨论了泡沫稳定性与泡沫体相粘度、膜强度、膜弹性及排液速度的关系，提出了改善泡沫稳定性的几类物质。通过泡沫稳定性实验，研究了不同种类的泡沫稳定性物质对几种泡沫剂稳定性的影响。利用Ross—Miles泡沫仪，测定了不同物质影响泡沫起泡体积及半衰期，研究了各种物质对泡沫稳定性影响程度及影响规律，初步确定了几种具有明显改进泡沫稳定性的物质。实验证明，NaCl、聚合物722、CMC、部分醇类、活性物质6501具有对驱油用泡沫活性剂不同程度的稳定作用，特别是聚合物及十二醇对泡沫剂具有良好的稳定性，能够提高泡沫剂AEO、ABS的泡沫稳定性50％以上。     

温度对泡沫稳定性的影响

论述了温度对泡沫衰变过程,对泡沫表面膜性质(包括表面吸附、Marangoni效应、表面弹性和表面粘度)和对表面活性剂溶液的影响。结论是:(1)低温时,主要是气体扩散;高温时,泡沫破灭由顶端开始,泡沫体积随时间延长而有规律地减小;(2)随温度升高,吸附量减少,分子独占面积增大,表面粘度降低,Marangoni效应作用减弱,表面弹性降低,导致泡沫稳定性降低;(3)随温度升高,泡沫体系的表面张力减小,有利于泡沫的稳定性提高,但此时表面张力不是影响泡沫稳定性的主导因素。另外,温度升高,溶液粘度降低,排液速率加快,泡沫稳定性下降。     

低界面张力泡沫驱油体系研究

采用Waring—Blender法对13种表面活性剂进行了泡沫性能评价,并测定了油水界面张力。结果表明,起泡性能好的DK,AS—14,Es表面活性剂油水界面张力未达10～mN／m。分别用阴离子表面活性剂WPS和非离子表面活性剂PM对Es,As-14,DK表面活性剂进行复配,As-14,DK与PM复配增效作用强,界面活性高。仅DK／PM复配表面活性剂的起泡和稳泡性能好。对DK／PM复配表面活性剂进行配方优化,当DK／PM复配表面活性剂总浓度为3000mg／L,DK与PM质量比为5：1时,泡沫综合指数达最大值,为4050．0,平衡时油水界面张力达5．96×10～mN／m．     

油基泡沫钻井流体稳定机理研究

采用表面张力、黏度、界面膜流变性能、分子模拟等方法研究了不同类型表面活性剂在空气/白油表面的吸附行为和界面层的性质,通过对泡沫表观性能、液膜流变性质、微观分子模拟等研究结果的关联分析,讨论了油基泡沫的稳定机理。研究结果表明,椰油二乙醇酰胺、司盘80、长链烷基苯磺酸(C20-24)以反胶束的形式吸附在界面下层,很难有效降低表面张力,只能在外力的作用下形成瞬态泡沫;氟表面活性剂和自制的SH-OF-1在泡沫形成时可以吸附到表面定向排列,降低表面张力,形成相对稳定的泡沫;氟表面活性剂泡沫液膜呈现出较高的弹性性质,表面黏性不够,使得其抗扰动能力稍差,而SH-OF-1由于同时具有黏弹性能,因而表现出更好的泡沫稳定性。     

泡沫复合驱泡沫稳定性及影响因素研究

馥志细管粘度计和多功能驱替装置,研究了泡沫复合体系组分中不同起泡剂、聚合物、碱、气体对泡沫稳定性的影响规律,以及泡沫复合体系驱替过程中,不同的气液比、注入速度、岩心渗透率、原油存在（残余油饱和度）等条件对泡沫稳定性的影响规律,对泡沫复合驱配方的确定及矿场试验具有一定的指导意义。     

超低界面张力下泡沫驱油试验首次获得成功

通过注碱／表面活性剂／聚合物（ASP）降低原油与驱替液之间的界面张力（IFT），可提高采收率和驱替液的粘度，增加体积扫油效率，将天然气添加到碱／表面活性剂／聚合物液体中会形成一种碱／表面活性剂／聚合物泡沫（ASPF）型驱替液，本文介绍了碱／表面活性剂／聚合物泡沫在实验室和现场试验的结果，目前的采收率为原始原油地质储量的65．5％。     

酸性条件下泡沫的稳定性

本文探讨了酸性ｐＨ条件下泡沫的稳定性。考察了以一种阴离子表面活性剂、一组阴离子、阳离子混合表面活性剂及一种氟表面活性剂发泡体系制的泡沫的半衰期与ｐＨ值和温度的关系。     

超低界面张力泡沫体系界面性能

利用悬挂滴法和鼓气法,研究了发泡剂体系的界面性能和泡沫性能,考察了发泡剂体系中发泡剂(DWS)和聚合物(HPAM)浓度对界面张力、表面扩张模量及泡沫性能的影响。实验结果表明：发泡剂体系中DWS质量分数为0.1%～0.4%,HPAM浓度低于1500 mg/kg 时,与大庆原油可以形成超低界面张力。当发泡剂体系中HPAM浓度较大时,界面张力呈现增大趋势。DWS表面扩张模量随浓度增加而增加,在较低浓度出现极大值,且极大值处表面扩张模量值较大。发泡剂体系中加入HPAM有利于提高DWS的表面扩张模量。发泡剂体系的起泡性和稳泡性随DWS浓度增加而增强。发泡剂体系中HPAM浓度增加,泡沫稳定性增强,但其起泡性降低。     

气液界面特性对泡沫稳定性影响研究

泡沫稳定性是影响泡沫驱实施效果的核心因素之一。通过对泡沫携液能力、动态表面张力、黏弹模量、半衰期、发泡量的测试对影响泡沫稳定性因素进行研究,确定影响泡沫体系稳定性的因素;利用管式模型对泡沫体系在多孔介质中再生能力进行测试,研究再生能力、泡沫稳定性之间关系。结果表明,黏弹模量同泡沫稳定性具有线性关系,泡沫稳定性同其再生能力并不是一一对应关系,泡沫在多孔介质条件下的再生能力是影响泡沫驱效果的首要关键因素。在进行泡沫驱泡沫剂优选中应对其在多孔介质中再生能力和泡沫稳定性进行综合考虑。     

Orinoco油藏泡沫油性能评价研究

Orinoco稠油油藏采用的是压力自然衰竭的开发方式,在开发过程中具有产油量高、产气量低和降压速度慢等特征,在开采过程中会出现"泡沫油"现象。为了研究泡沫油在地层中的稳定性及流变性,利用自主研发的高温高压泡沫油配样器配制泡沫油,分析了黏度、温度、矿化度、溶解气油比等对泡沫油稳定性的影响,并通过流变仪和岩心流动装置分别测量了泡沫油的流变性。实验结果表明:随着脱气原油黏度增大,泡沫油的半衰期变长,稳定性越好;温度越高,稳定性越差;溶解气油比越高,泡沫油稳定性增强;矿化度对稳定性影响并不明显;Orinoco泡沫油具有剪切变稀的性质和轻微触变性;在多孔介质中,随着注入压力的增大,泡沫油黏度先降低后增大,相同压力梯度下,泡沫油的流度明显高于脱气原油流度。该研究提升了人们对泡沫油性能的认识,有利于进一步完善泡沫油性能研究。     

Effect of salinity on the IFT between aqueous surfactant solution and crude oil

The effect of salts and different surfactants on the equilibrium as well as dynamic interfacial tension (DIFT) between crude oil and water was investigated. Three different types of surfactants with identical hydrophobic chain length C₁₂: Sodium Lauryl Ether Sulphate (SLES), Dodecyl Trimethyl Ammonium Bromide (DTAB), Polyoxyethylene (23) lauryl ether (C₁₂E₂₃) were used in this study. SLES shows better synergism of salt and surfactant mixture amongst the surfactants studied. The order of synergism of salts with the surfactant observed was MgCl₂>CaCl₂> NaCl. The results obtained from partition coefficient study show that the addition of salts favours the partition of surfactants into the oil phase hence reduce IFT more effectively. DIFT results reveal that, salt accelerates the surfactant migration towards the interface, hence, reducing the t^* value.     

超低界面张力泡沫体系驱先导性矿场试验研究

超低界面张力泡沫体系驱是一种全新的三次采油方法,驱油效果优于三元复合驱,可比水驱提高采收率25％左右。通过室内综合研究,确定了超低界面张力泡沫体系驱试验方案,并在大庆油田进行了先导性矿场试验。试验结果,油层中有大量泡沫生成,扩大了波及体积,提高了洗油效率,注入井注入压力上升,注采压差大幅度增加,吸液指数和产液指数大幅度下降,增油降水效果显著,气窜现象得到抑制。超低界面张力泡沫体系驱应该采用双管分注工艺,否则易产生水化物;由于注气压力较高,应采用更高性能的压缩机设备,以保证达到设计的气液比要求。图3表3参10     

驱油流体吸附抑制剂的合成与评价

目的在化学驱的实施过程中,地层对驱油剂的吸附滞留是表面活性剂进入地层后含量损失的一种主要原因,为了减少驱油流体在地层的损耗成本而展开对驱油液体吸附抑制剂的研究。 方法以二氰二胺(DCD)、1-十八胺盐酸盐(OHC)为原料,基于亲核加成的原理采用熔融法在150 ℃下合成了一种针对驱油流体的吸附抑制剂OHCB,该表面活性剂同时具备强疏水基、强极性原子和阳离子基团,因此具有较强的占据黏土矿物表面吸附位点的能力。对其进行了红外吸收、紫外吸收、元素分析、质谱等结构表征,采用静态吸附法研究了其作为添加剂的最佳配比,并验证在最佳配比下对驱油剂AEO7的吸附抑制效果,以及该体系相较AEO7单一体系的静态洗油效率、乳化性及润湿性的变化。 结果OHCB抑制驱油剂AEO7在黏土矿物表面的吸附效果较好,在驱油剂与吸附抑制剂质量比为5∶1的情况下,抑制效果可达27%以上。 结论OHCB不仅具有较好的吸附抑制效果,且其加入使AEO7的静态洗油效率提升至27.3%、γ_cmc降至27.1 mV/m,CMC降至38 mg/L、油-水界面张力降至0.5 mV/m以下,对体系性能起到了协同增效的作用,并且相较于需要预吸附的牺牲剂,其使用更为便捷。      

Evaluation of interfacial tension between ASP solution and crude oil from B oil field

The interfacial tension (IFT) between alkali-surfactant-polymer (ASP) solution and crude oil is an important parameter for evaluating the feasibility of the ASP flooding for an oil field. The IFT between six series of ASP solution and crude oil from B oil field were measured at 65°C. Each series of ASP solution was composed of NaOH or Na₂CO₃, one of the three kinds of surfactants (S1, S2, and S3), and polymer FT60. The concentration of FT60 and surfactant were 1500 and 2000 mg/L, respectively. The research results show that the IFT between ASP solution and crude oil is ultra-low in the NaOH-FT60-S2 series and NaOH-FT60-S3 series and the best concentration of NaOH is 4000 mg/L and 8000 mg/L, respectively. NaOH-FT60-S2 series is more suitable for B oil field. The IFT between ASP solution and crude oil is ultra-low in the Na₂CO₃-FT60-S2 series and the best concentration of Na₂CO₃ is 4000 mg/L.     

低界面张力泡沫驱油剂的制备及其性能

采用Ross-Miles法,以脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基二甲基甜菜碱和阳离子聚丙烯酰胺为原料得到泡沫体系CX35,再将CX35与表面活性剂复配得到了泡沫驱油剂ZX35。利用泡沫仪、界面张力仪和岩心驱替装置考察了ZX35的性能。实验结果表明,当m(CX35)∶m(石油磺酸盐)∶m(甘油)=1.0∶0.7∶0.3时,ZX35具有良好的起泡性能和低界面张力,起泡高度可达95 mm以上,稳泡能力达到0.946。ZX35具有较好的耐温、耐盐、耐油性能,当溶液矿化度为8×10~4 mg/L时,ZX35的泡沫高度为103.3 mm,稳泡性能仍大于0.950。在15 d内,ZX35具有较强的界面活性。当ZX35含量为0.3%(w)时,驱油效果最突出,比水驱提高采收率17.52百分点。     

对超低界面张力泡沫体系驱两个关键问题的讨论

针对大庆油田进行的超低界面张力泡沫体系驱先导性矿场试验注气量不足的情况,讨论了试验是否形成泡沫及究竟提高多少采收率的重要问题。通过对试验发泡条件及试验与三元复合驱、天然气驱的动态反应差别,即超低界面张力泡沫体系驱注入压力、吸液指数、产液指数、地层压力的变化幅度都大大高于三元复合驱;注采压差大幅度增加;其注气压力大大高于天然气驱时的注气压力及气窜现象得到抑制等问题的讨论,得出超低界面张力泡沫体系驱矿场试验在油层中形成了有效的泡沫的认识,该试验已提高采收率22．04％,超过了三元复合驱提高采收率的幅度,根据试验动态预测最终可比水驱提高采收率25％左右。