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醚類起泡劑
作者：河北立百工貿(mào)有限公司 來源：www.sb1095.com 發(fā)表時(shí)間：2016-10-19 瀏覽：
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一、概述
泡沫體系在油藏中，具有良好的封堵能力，能夠形成較高的封堵壓力。室內(nèi)試驗(yàn)證明，在滲透率1－10達(dá)西沒有油存在的石英砂孔隙介質(zhì)中能夠形成1Mpa/m的封堵能力，并且由于泡沫具有遇油破滅的特點(diǎn)，因此對(duì)于油藏具有選擇性，堵水而不堵油。
國(guó)內(nèi)外，許多石油公司和國(guó)家石油研究單位，進(jìn)行了泡沫驅(qū)以及深部調(diào)剖的研究，取得了很好的效果，我國(guó)的勝利油田、大慶油田泡沫驅(qū)提高采收率已取得了初步的成功，已列為中石化重大先導(dǎo)性項(xiàng)目，目前，正在進(jìn)行先導(dǎo)性施工。國(guó)內(nèi)外，許多的油田和研究單位對(duì)于泡沫調(diào)剖也作了很好的探索，已有泡沫調(diào)剖封堵的成功先例；就目前來說，泡沫調(diào)剖還是一項(xiàng)較新的技術(shù)，還沒有大規(guī)模的應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，一些問題還需要研究和探索。但是，泡沫應(yīng)用于調(diào)剖堵水是一件非常有意義的研究課題。結(jié)合前期泡沫驅(qū)提高采收率的室內(nèi)施工研究及礦場(chǎng)施工，對(duì)于泡沫調(diào)剖，建議進(jìn)行一些前期的研究工作，選擇較好的施工方案，力爭(zhēng)取得較好的施工效果，開創(chuàng)泡沫新的應(yīng)用領(lǐng)域。
泡沫調(diào)剖堵水施工是中國(guó)石化重大先導(dǎo)施工項(xiàng)目方案，其目的是為了建立適用于油藏條件下的泡沫體系；確定合理的泡沫注入?yún)?shù)；研究泡沫驅(qū)的生產(chǎn)規(guī)律；優(yōu)化地面、注采工藝，形成泡沫調(diào)剖堵水配套技術(shù)，解決油田開發(fā)后期高含水低效開發(fā)技術(shù)難題，提高水驅(qū)后高含水油田的采收率。
二、工作機(jī)理以及有關(guān)技術(shù)說明
1、工作原理
泡沫調(diào)剖是由于穩(wěn)定的泡沫流體在注水層中疊加的氣液阻效應(yīng)，賈敏效應(yīng)作用和巖石孔隙中泡沫氣泡的膨脹。使水流在巖石孔隙介質(zhì)中流動(dòng)阻力大大增加，同時(shí)從液體中析出的氮能改變巖石表面的性質(zhì)，并能在一定的條件下使多孔介質(zhì)的表面增水，這些作用均能限制水的竄通。但在含油地帶泡沫不起作用，也就是不會(huì)限制油的流通。
（1）、起泡劑本身是一種活性很強(qiáng)的陰離子型表面活性劑，能較大幅度降低油水界面張力，改善巖石表面潤(rùn)濕性，使原來呈束縛狀態(tài)的油通過油水乳化，液膜置換等成為可流動(dòng)的油。從而提高驅(qū)替效率，增加波及系數(shù)。
降低油水界面張力：提高驅(qū)油效率一般通過增加毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而降低油水界面張力則是增加毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)的主要途徑。毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)與界面張力的關(guān)系如下：
Nc=uμw/δwo式中，Nc—毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)；u—驅(qū)替速度，m/s；μw—驅(qū)替液粘度，mpa·s; δwo—油和驅(qū)替液之間的界面張力，Mn/m。
Nc越大，殘余油飽和度越小，驅(qū)油效率越高。增加μw 和u，降低δwo 可提高Nc。其中降低界面張力是泡沫驅(qū)的一個(gè)屬性，起泡劑就有此特性。在注水開發(fā)的后期，Nc一般在10－7—10－6，Nc增加將顯著提高原油采收率，理想狀態(tài)下Nc增加到10－2時(shí)，原有采收率將達(dá)到100％，通過降低油水界面張力，可使Nc有2－3的數(shù)量級(jí)的變化。理想的表面活性劑可以使界面張力降至10－4－10－3Mn/m，從而大大降低或消除地層的毛細(xì)管作用，減少剝離原油所需的粘附功，提高驅(qū)油效率。
油水乳化：起泡劑對(duì)原油有較強(qiáng)的乳化能力，在水油兩相流動(dòng)的剪切的條件下，能迅速將巖石表面的原油分散，剝離，形成水包油（O/W）型乳化液，從而改善油水兩相的流度比，提高波及系數(shù)。同時(shí)，由于起泡劑是陰離子，可以在油滴表面吸附而使油滴帶有電荷，油滴不易重新粘回地層表面，從而被活性水夾帶流向采油井。
改善巖石表面的潤(rùn)濕性：驅(qū)油效率與巖石的潤(rùn)濕性密切相關(guān)。油濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率差，水濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率好。合適的起泡劑可以使原油與巖石間的潤(rùn)濕接觸角增加，使巖石表面由油濕性向水濕性轉(zhuǎn)變，從而降低油滴在巖石表面的粘附功。
（2）、泡沫流動(dòng)需要較高的壓力梯度，從而能克服巖石孔隙的毛細(xì)管作用力，把小孔隙中的油驅(qū)出。泡沫在油層中的流動(dòng)是一種復(fù)雜的多相體系物理化學(xué)滲流，沿流動(dòng)方向有3個(gè)滲流帶，即前沿的O/W乳狀液滲流帶，中部的泡沫混氣水和O/W乳狀液共存的滲流帶，后沿的泡沫流帶。
（3）、當(dāng)泡沫的干度在一定范圍內(nèi)時(shí)（54％－74％）其粘度大大高于基液的粘度，流動(dòng)阻力將明顯增加，就大大降低驅(qū)替流體的流速，改善了驅(qū)替液與油的流比度提高波及系數(shù)。
（4）、泡沫具有遇油消泡，遇水穩(wěn)定的特性，消泡后粘度降低，不消泡時(shí)粘度不降，從而起到了堵水不堵油的作用，提高了驅(qū)油效率。
（5）、當(dāng)泡沫干度一定時(shí)，剪切會(huì)使泡沫液的粘度下降，剪切速率越高，粘度下降越多，對(duì)干度為70％的泡沫液，用RV－20的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為100r/min，視粘度為115mpa·s,當(dāng)轉(zhuǎn)速為195r/min時(shí)，視粘度為85 mpa·s，當(dāng)轉(zhuǎn)速為290r/min,視粘度為45 mpa·s，在地層條件下，在滴滲透層中的平均孔隙半徑大于高滲透層的平均孔隙半徑，在相同注入速度下，泡沫液在小孔道中的剪切速率比在大孔道中大，因此它在大孔道中的粘度大，在小孔道中的粘度小，因此，導(dǎo)致在低滲透層中的流動(dòng)阻力較小，宏觀表現(xiàn)為阻力因子較小，從增加的趨勢(shì)上看，隨著滲透率的增加，泡沫阻力因子的增加幅度變小，當(dāng)達(dá)到某一臨界值，泡沫阻力可能不再增加，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，巖石滲透率和孔隙度有一定的關(guān)系，一般來講，滲透率小則孔隙度小，而產(chǎn)生的泡沫容易被破壞，使阻力較小，反之亦然，這樣，對(duì)于滲透率高的巖層，泡沫在巖石孔隙中膨脹，粘度增大，堵塞巖石通道，有效封堵高滲透層，這樣形成一定的壓力，使驅(qū)替流體更多的分流進(jìn)入低、中滲透層，調(diào)整了吸水剖面。
機(jī)理表明
泡沫在多孔介質(zhì)中并不是以整體形式流動(dòng)的；相反，組成泡沫的氣相和液相分別以液膜破裂和再生成方式在孔隙系統(tǒng)中流動(dòng)，當(dāng)存在足夠強(qiáng)的泡沫存在時(shí)，氣體在泡沫中的流動(dòng)將停止，液體的流動(dòng)也將大幅度減弱。據(jù)此泡沫通過降低或封堵滲透帶而改變注入流體在非均質(zhì)油藏的驅(qū)替狀況，提高波及系數(shù)和驅(qū)油效率。
2、泡沫特點(diǎn)
泡沫根據(jù)起泡液的成份分為二相泡沫和三相泡沫，前者含有表面活性劑和添加劑。后者除上述成份還有固相，如膨潤(rùn)土，粘土，白粉等，三相泡沫的穩(wěn)定性比二相泡沫高許多倍，這是因?yàn)楣滔嗟念w粒能加固小氣泡的薄膜，泡沫的性能不用于其他液體，它具有彈性，在泡沫系統(tǒng)中，液氣兩相形成的小氣泡具有壓縮性。無論二相或者三相泡沫流體其穩(wěn)定性均加入一種穩(wěn)定添加劑（如CMC，硅酸鈉及非極性溶劑）。
3、泡沫穩(wěn)定性的影響
泡沫穩(wěn)定性與泡沫的干度，基液的粘度（常表現(xiàn)為增稠劑的用量）等因素有關(guān)，見表1、半衰期越長(zhǎng)說明泡沫越穩(wěn)定，半衰期在3min以上的泡沫被認(rèn)為是穩(wěn)定的泡沫。
表1 泡沫的穩(wěn)定性
起泡劑濃度（％） 起泡體積（ml） 泡沫半衰期（min）
0.2 200 90
0.5 260 95
1 300 120
2 350 135
泡沫體系在油藏中，具有良好的封堵能力，能夠形成較高的封堵壓力。室內(nèi)試驗(yàn)證明，在滲透率1－10達(dá)西沒有油存在的石英砂孔隙介質(zhì)中能夠形成1Mpa/m的封堵能力，并且由于泡沫具有遇油破滅的特點(diǎn)，因此對(duì)于油藏具有選擇性，堵水而不堵油。
國(guó)內(nèi)外，許多石油公司和國(guó)家石油研究單位，進(jìn)行了泡沫驅(qū)以及深部調(diào)剖的研究，取得了很好的效果，我國(guó)的勝利油田、大慶油田泡沫驅(qū)提高采收率已取得了初步的成功，已列為中石化重大先導(dǎo)性項(xiàng)目，目前，正在進(jìn)行先導(dǎo)性施工。國(guó)內(nèi)外，許多的油田和研究單位對(duì)于泡沫調(diào)剖也作了很好的探索，已有泡沫調(diào)剖封堵的成功先例；就目前來說，泡沫調(diào)剖還是一項(xiàng)較新的技術(shù)，還沒有大規(guī)模的應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，一些問題還需要研究和探索。但是，泡沫應(yīng)用于調(diào)剖堵水是一件非常有意義的研究課題。結(jié)合前期泡沫驅(qū)提高采收率的室內(nèi)施工研究及礦場(chǎng)施工，對(duì)于泡沫調(diào)剖，建議進(jìn)行一些前期的研究工作，選擇較好的施工方案，力爭(zhēng)取得較好的施工效果，開創(chuàng)泡沫新的應(yīng)用領(lǐng)域。
泡沫調(diào)剖堵水施工是中國(guó)石化重大先導(dǎo)施工項(xiàng)目方案，其目的是為了建立適用于油藏條件下的泡沫體系；確定合理的泡沫注入?yún)?shù)；研究泡沫驅(qū)的生產(chǎn)規(guī)律；優(yōu)化地面、注采工藝，形成泡沫調(diào)剖堵水配套技術(shù)，解決油田開發(fā)后期高含水低效開發(fā)技術(shù)難題，提高水驅(qū)后高含水油田的采收率。
二、工作機(jī)理以及有關(guān)技術(shù)說明
1、工作原理
泡沫調(diào)剖是由于穩(wěn)定的泡沫流體在注水層中疊加的氣液阻效應(yīng)，賈敏效應(yīng)作用和巖石孔隙中泡沫氣泡的膨脹。使水流在巖石孔隙介質(zhì)中流動(dòng)阻力大大增加，同時(shí)從液體中析出的氮能改變巖石表面的性質(zhì)，并能在一定的條件下使多孔介質(zhì)的表面增水，這些作用均能限制水的竄通。但在含油地帶泡沫不起作用，也就是不會(huì)限制油的流通。
（1）、起泡劑本身是一種活性很強(qiáng)的陰離子型表面活性劑，能較大幅度降低油水界面張力，改善巖石表面潤(rùn)濕性，使原來呈束縛狀態(tài)的油通過油水乳化，液膜置換等成為可流動(dòng)的油。從而提高驅(qū)替效率，增加波及系數(shù)。
降低油水界面張力：提高驅(qū)油效率一般通過增加毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而降低油水界面張力則是增加毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)的主要途徑。毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)與界面張力的關(guān)系如下：
Nc=uμw/δwo式中，Nc—毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)；u—驅(qū)替速度，m/s；μw—驅(qū)替液粘度，mpa·s; δwo—油和驅(qū)替液之間的界面張力，Mn/m。
Nc越大，殘余油飽和度越小，驅(qū)油效率越高。增加μw 和u，降低δwo 可提高Nc。其中降低界面張力是泡沫驅(qū)的一個(gè)屬性，起泡劑就有此特性。在注水開發(fā)的后期，Nc一般在10－7—10－6，Nc增加將顯著提高原油采收率，理想狀態(tài)下Nc增加到10－2時(shí)，原有采收率將達(dá)到100％，通過降低油水界面張力，可使Nc有2－3的數(shù)量級(jí)的變化。理想的表面活性劑可以使界面張力降至10－4－10－3Mn/m，從而大大降低或消除地層的毛細(xì)管作用，減少剝離原油所需的粘附功，提高驅(qū)油效率。
油水乳化：起泡劑對(duì)原油有較強(qiáng)的乳化能力，在水油兩相流動(dòng)的剪切的條件下，能迅速將巖石表面的原油分散，剝離，形成水包油（O/W）型乳化液，從而改善油水兩相的流度比，提高波及系數(shù)。同時(shí)，由于起泡劑是陰離子，可以在油滴表面吸附而使油滴帶有電荷，油滴不易重新粘回地層表面，從而被活性水夾帶流向采油井。
改善巖石表面的潤(rùn)濕性：驅(qū)油效率與巖石的潤(rùn)濕性密切相關(guān)。油濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率差，水濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率好。合適的起泡劑可以使原油與巖石間的潤(rùn)濕接觸角增加，使巖石表面由油濕性向水濕性轉(zhuǎn)變，從而降低油滴在巖石表面的粘附功。
（2）、泡沫流動(dòng)需要較高的壓力梯度，從而能克服巖石孔隙的毛細(xì)管作用力，把小孔隙中的油驅(qū)出。泡沫在油層中的流動(dòng)是一種復(fù)雜的多相體系物理化學(xué)滲流，沿流動(dòng)方向有3個(gè)滲流帶，即前沿的O/W乳狀液滲流帶，中部的泡沫混氣水和O/W乳狀液共存的滲流帶，后沿的泡沫流帶。
（3）、當(dāng)泡沫的干度在一定范圍內(nèi)時(shí)（54％－74％）其粘度大大高于基液的粘度，流動(dòng)阻力將明顯增加，就大大降低驅(qū)替流體的流速，改善了驅(qū)替液與油的流比度提高波及系數(shù)。
（4）、泡沫具有遇油消泡，遇水穩(wěn)定的特性，消泡后粘度降低，不消泡時(shí)粘度不降，從而起到了堵水不堵油的作用，提高了驅(qū)油效率。
（5）、當(dāng)泡沫干度一定時(shí)，剪切會(huì)使泡沫液的粘度下降，剪切速率越高，粘度下降越多，對(duì)干度為70％的泡沫液，用RV－20的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為100r/min，視粘度為115mpa·s,當(dāng)轉(zhuǎn)速為195r/min時(shí)，視粘度為85 mpa·s，當(dāng)轉(zhuǎn)速為290r/min,視粘度為45 mpa·s，在地層條件下，在滴滲透層中的平均孔隙半徑大于高滲透層的平均孔隙半徑，在相同注入速度下，泡沫液在小孔道中的剪切速率比在大孔道中大，因此它在大孔道中的粘度大，在小孔道中的粘度小，因此，導(dǎo)致在低滲透層中的流動(dòng)阻力較小，宏觀表現(xiàn)為阻力因子較小，從增加的趨勢(shì)上看，隨著滲透率的增加，泡沫阻力因子的增加幅度變小，當(dāng)達(dá)到某一臨界值，泡沫阻力可能不再增加，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，巖石滲透率和孔隙度有一定的關(guān)系，一般來講，滲透率小則孔隙度小，而產(chǎn)生的泡沫容易被破壞，使阻力較小，反之亦然，這樣，對(duì)于滲透率高的巖層，泡沫在巖石孔隙中膨脹，粘度增大，堵塞巖石通道，有效封堵高滲透層，這樣形成一定的壓力，使驅(qū)替流體更多的分流進(jìn)入低、中滲透層，調(diào)整了吸水剖面。
機(jī)理表明
泡沫在多孔介質(zhì)中并不是以整體形式流動(dòng)的；相反，組成泡沫的氣相和液相分別以液膜破裂和再生成方式在孔隙系統(tǒng)中流動(dòng)，當(dāng)存在足夠強(qiáng)的泡沫存在時(shí)，氣體在泡沫中的流動(dòng)將停止，液體的流動(dòng)也將大幅度減弱。據(jù)此泡沫通過降低或封堵滲透帶而改變注入流體在非均質(zhì)油藏的驅(qū)替狀況，提高波及系數(shù)和驅(qū)油效率。
2、泡沫特點(diǎn)
泡沫根據(jù)起泡液的成份分為二相泡沫和三相泡沫，前者含有表面活性劑和添加劑。后者除上述成份還有固相，如膨潤(rùn)土，粘土，白粉等，三相泡沫的穩(wěn)定性比二相泡沫高許多倍，這是因?yàn)楣滔嗟念w粒能加固小氣泡的薄膜，泡沫的性能不用于其他液體，它具有彈性，在泡沫系統(tǒng)中，液氣兩相形成的小氣泡具有壓縮性。無論二相或者三相泡沫流體其穩(wěn)定性均加入一種穩(wěn)定添加劑（如CMC，硅酸鈉及非極性溶劑）。
3、泡沫穩(wěn)定性的影響
泡沫穩(wěn)定性與泡沫的干度，基液的粘度（常表現(xiàn)為增稠劑的用量）等因素有關(guān)，見表1、半衰期越長(zhǎng)說明泡沫越穩(wěn)定，半衰期在3min以上的泡沫被認(rèn)為是穩(wěn)定的泡沫。
表1 泡沫的穩(wěn)定性
起泡劑濃度（％） 起泡體積（ml） 泡沫半衰期（min）
0.2 200 90
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