劉新亮，李澤勤，林 琳，許大星，孫建軍

(1.中國石油大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院，山東 東營 257061;2.中油遼河工程有限公司工程研究院，遼寧 盤錦 124010)

在目前的各種采油技術(shù)中，CO2泡沫驅(qū)被認(rèn)為是最有前景的一種技術(shù)。一方面它對提高現(xiàn)有的普通稠油油藏和低滲油藏的采收率效果較好，另一方面，它可以有效的封存人類活動產(chǎn)生的CO2，對應(yīng)對全球氣候變化具有積極作用。20世紀(jì)70年代，美國和前蘇聯(lián)率先進(jìn)行了CO2驅(qū)油試驗，并取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，采收率可以提高15%～25%［1］，我國的東部油田也進(jìn)行了大量的CO2采注試驗研究［2-3］。在CO2泡沫驅(qū)研究中，選擇一種泡沫性能良好，與油藏條件匹配的泡沫體系一直是科研工作者研究的主要方向。本文針對泡沫驅(qū)油的特點，系統(tǒng)研究了該表面活性劑在高溫高鹽條件下的CO2泡沫性能，為CO2泡沫驅(qū)油技術(shù)提供技術(shù)支持。

1 試驗部分

1.1 主要試劑和儀器

乙二醇;AEO3;馬來酸酐;二氧化碳;亞硫酸氫鈉;對苯甲酸;十六烷基三甲基溴化銨、無水乙酸鈉。

DF－101S恒溫加熱磁力攪拌器;SHZ－D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵;FTLA2000型紅外光譜儀;FA/JA電子天平;AVANCEⅡ400MHz核磁共振儀;高速攪拌器;恒溫箱;BROOKFIELDDV－C黏度計。

1.2 EGEOS－3的制備過程

陰非離子型雙子表面活性劑(EGEOS－3)是由AEO－3、馬來酸酐、乙二醇和亞硫酸氫鈉經(jīng)兩步酯化反應(yīng)和一步磺化反應(yīng)而得的。

酯化反應(yīng)1。在配有溫度計、磁力攪拌和冷凝回流裝置的100mL三口燒瓶中，依次順序加入馬來酸酐、乙二醇，以無水乙酸鈉做為催化劑，密封后，通入氮氣約30min將其中空氣驅(qū)出，后升溫至50℃左右，待反應(yīng)物完全融化后，繼續(xù)升溫至指定溫度，在氮氣保護(hù)下反應(yīng)一定時間，得單酯化反應(yīng)產(chǎn)物。

酯化反應(yīng)2。在同一裝置加入酯化反應(yīng)1的產(chǎn)物，后按照一定比例加入脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO3)，和催化劑對苯甲酸。在氮氣保護(hù)下升溫至指定溫度，減壓0.9MPa操作，反應(yīng)一定時間，產(chǎn)物用95%乙醇洗滌，備用。

磺化反應(yīng)。直接在上述實驗裝置中，加入一定量的20%NaHSO3水溶液，升溫到指定溫度，在氮氣保護(hù)下，進(jìn)行磺化反應(yīng)，得最終產(chǎn)物［4］。

反應(yīng)過程如下:

酯化反應(yīng)1:

酯化反應(yīng)2:

磺化反應(yīng):

1.3 EGEOS－3的性能評價

本文采用WaringBlender法評價合成的表面活性劑的泡沫性能。在量杯100mL中加入一定濃度的EGEOS－3溶液，高速攪拌(2000r/min)60s后，關(guān)閉開關(guān)，迅速將泡沫倒入1000mL量筒中，讀取并記錄泡沫體積，計算從泡沫中析出50mL液體所用的時間。作為比較，選用了常用的3種表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、α－烯烴磺酸鈉(AOS)。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 起泡劑濃度對起泡性能的影響

在80℃下，分別配置了質(zhì)量濃度為0.10%、0.15%、0.20%、0.30%、0.40%和0.50%的EGEOS－3溶液，其泡沫性能見圖1和圖2。

圖1 4種表面活性劑的起泡能力

圖2 4種表面活性劑的泡沫穩(wěn)定性

所選四種起泡劑泡沫性能，在低濃度范圍內(nèi)，隨著濃度的增加而增強(qiáng)，到達(dá)一定濃度后(EGEOS－3:0.1%;LAS:0.3%;SDS:0.2%;AOS:0.2%)，泡沫性能趨于平穩(wěn)，有小幅度的下降。此濃度即為表面活性劑的臨界膠束濃度。對比四種起泡劑，LAS和SDS的起泡能力相當(dāng)，EGEOS－3略低，AOS最差。分析四種起泡劑的泡沫最大值對應(yīng)的濃度，可知合成的EGEOS－3臨界膠束濃度最低，說明雙子表面活性劑具有較低的臨界膠束濃度，在較低的濃度范圍內(nèi)即有較好的泡沫性能。分析四種起泡劑泡沫半衰期，在最佳濃度下，LAS和SDS所產(chǎn)生的泡沫半衰期較長，EGEOS－3次之，AOS最短。

2.2 表面活性劑的抗鹽性能評價

表1為80℃下，濃度為0.1%的EGEOS－3、LAS、SDS和AOS的二氧化碳泡沫體系，分別在不同的NaCl濃度下的泡沫性能。

由表1可知，相對于其他三種常用的起泡劑，合成的表面活性劑具有較強(qiáng)的抗鹽能力，起泡體積隨著氯化鈉濃度的升高，先增加后下降，在氯化鈉濃度為10%的情況下，其泡沫體積僅降低35%左右。

表1 NaCl對EGEOS－3二氧化碳泡沫體系泡沫性能的影響

2.3 EGEOS－3抗溫性能評價

通過分析以上四種起泡劑，相比其他三種常用的起泡劑，合成的EGEOS－3具有較強(qiáng)的起泡性能和耐鹽性能，為此，在室內(nèi)選取 25、40、55、70、80、90℃六個不同的溫度，對0.1%EGEOS－3起泡劑的二氧化碳泡沫體系進(jìn)行評價，分析了其耐溫性能，結(jié)果見表2。

表2 溫度對EGEOS－3二氧化碳泡沫體系泡沫性能的影響

由表2可以看出，表面活性劑的起泡能力隨著溫度的升高，先增強(qiáng)后降低，而泡沫穩(wěn)定性卻呈下降趨勢。這是因為在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高會導(dǎo)致溶液膨脹，起泡劑分子相互間距離增大，動能增加，起泡劑分子容易擺脫水的束縛而逃逸到水面，導(dǎo)致了在水溶液表面吸附的起泡劑分子增多，表面張力下降，從而導(dǎo)致起泡體積增加［5］。但隨著溫度的升高，一方面，液膜的水分蒸發(fā)加劇，使得液膜變薄，排液速度加快，泡沫容易破滅;另一方面，起泡劑分子中親水基的水合作用降低，疏水基碳鏈之間的凝聚能力減弱，使得起泡劑分子間的締合作用減弱，而且已形成的膠束因為動能增加使其增加了相互接觸的機(jī)會，從而形成帶電大分子，大分子之間電荷相斥而使能量增加，難以繼續(xù)形成膠束，因而起泡體積呈下降趨勢［6］。

3 結(jié)束語

合成的陰非離子型雙子表面活性劑EGEOS－3在高溫高鹽環(huán)境下具有較強(qiáng)的起泡能力，但其泡沫穩(wěn)定性較差，需要進(jìn)一步篩選合適的穩(wěn)泡劑與之進(jìn)行復(fù)配，提高其耐溫耐鹽性能。

［1］張德平.CO2驅(qū)采油技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.科技導(dǎo)報，2011，29(13):75-79.

［2］劉斌，折海成，朱秋秋.CO2泡沫提高原油采收率研究［J］.石油化工應(yīng)用，2010，29(1):19-20，27.

［3］楊昌華，王慶，董俊艷，等.高溫高鹽油藏CO2驅(qū)泡沫封竄體系研究與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2012，34(5):95-97.

［4］劉新亮，李廣凱，李新海，等.乙二醇雙琥珀酸烷基聚氧乙烯醚雙酯磺酸鈉的合成及泡沫性能研究［J］.應(yīng)用化工，2014，43(12):2193-2197.

［5］王增林.強(qiáng)化泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2007:45-63.

［6］趙化廷.新型抗鹽抗溫泡沫復(fù)合體系的研究與性能評價［D］.南充:西南石油學(xué)院，2005.