劉小軍

中國石油吐哈油田分公司工程技術研究院，新疆 哈密 839000

泡沫流體在地層中“遇水封堵、遇油消泡”，可以對氣竄、水竄起到良好封堵作用，在擴大波及體積的同時提高了洗油效率，因此泡沫驅已成為油氣田提高采收率的一項重要的三次采油技術，被應用于低滲、稠油等油藏的開發(fā)［1］。但是，由于受地層中溫度、礦化度、非均質程度等因素影響，泡沫穩(wěn)定性下降，封堵能力變差，目前改善泡沫驅效果的主要方法是采用強化泡沫體系或復合泡沫體系［2-3］。強化泡沫體系主要是通過向泡沫體系中加入穩(wěn)泡劑，如納米顆粒［4］、納米微球［5］和聚合物［6］等，通過提高泡沫的液膜強度、液膜黏度等減緩泡沫的排液速度，提高泡沫的穩(wěn)定性，其中，聚合物型穩(wěn)泡劑材料易得、成本低、工藝簡便從而備受關注。與二元復合驅、三元復合驅類似，聚合物型強化泡沫驅同樣面臨采出液破乳問題的挑戰(zhàn)，由于注入工藝、封堵及驅油機制、運移過程等更為復雜，導致其破乳問題比前兩者更為困難。目前的研究多集中于強化泡沫驅體系優(yōu)化、機制研究等方面，而對于稠油油藏強化泡沫驅采出液破乳問題報道很少。本文針對西部某稠油油藏強化泡沫驅采出液導致聯(lián)合站內的破乳脫水時間長、脫水效率低等問題，對不同因素影響破乳脫水效果進行分析和探討，為聯(lián)合站破乳工藝的改進以及泡沫體系配方優(yōu)化提供參考。

1 實驗

1.1 實驗藥劑及儀器

破乳劑XHY-THB（工業(yè)級）、泡沫劑XHYTHF（工業(yè)級），成都華陽興華化工有限公司；穩(wěn)泡劑（改性聚合物、工業(yè)級），天津博弘石油化工有限公司；強化泡沫驅采出液原油（含水率＜0.5%）、模擬地層水，現(xiàn)場聯(lián)合站，其礦物組成如表1所示。

表1 模擬地層水礦物組成 mg/L

HH-S4 型數顯恒溫水浴鍋，愛來寶醫(yī)療科技有限公司；800 G Waring 攪拌器，北京泰亞賽?？萍及l(fā)展有限責任公司；BS423S 型電子天平，德國賽多利斯集團。

1.2 實驗方法

1.2.1 模擬乳狀液制備

參照石油行業(yè)標準SY/T 5281—2000 及相關文獻［7-8］，采用高速攪拌法配制模擬乳狀液。首先，配制含有一定濃度泡沫劑和聚合物的混合溶液，混合液和原油分別在50 ℃下預熱10 min。然后，將預熱好的原油迅速轉移至預熱好的攪拌杯中，按體積比6∶4，在3 500 r/min 轉速下緩慢加入預熱好的混合液，繼續(xù)攪拌乳化10 min，得到含水率為40%的原油乳狀液。經測試發(fā)現(xiàn)：該乳狀液穩(wěn)定，在50 ℃下放置一段時間無游離水析出。

1.2.2 破乳脫水實驗

參照石油行業(yè)標準SY/T 5281—2000 的瓶試法，向100 mL 的具塞試管中加入60 mL 模擬乳狀液，將具塞試管放在50 ℃恒溫水浴中恒溫10 min，用加樣器注入一定濃度的破乳劑溶液繼續(xù)恒溫5 min，然后水平勻速同幅度振蕩200 次后放入50 ℃恒溫水浴中靜置觀察。每隔一段時間記錄脫出水體積，計算脫水率，并記錄脫出水清潔度、油水界面整齊度。

2 結果與討論

對現(xiàn)場強化泡沫驅采出液檢測發(fā)現(xiàn)，其泡沫劑用量約為400 mg/L，穩(wěn)泡劑聚合物用量約為400 mg/L。為保證現(xiàn)有處理工藝流程經濟、高效運行，聯(lián)合站要求50 ℃下、破乳劑為200 mg/L 時1 h的脫水率達到80%。依據現(xiàn)場運行參數要求，以泡沫劑用量（質量濃度，下同）400 mg/L、聚合物用量400 mg/L、破乳劑用量200 mg/L 為基本實驗條件，分別調節(jié)破乳劑用量、泡沫劑用量、聚合物用量，考察1 h時各因素對破乳脫水效果的影響。

2.1 破乳劑用量對破乳效果的影響

固定泡沫劑用量為400 mg/L，聚合物用量為400 mg/L，考察不同破乳劑用量對破乳效果的影響，結果如表2和圖1所示。

表2 不同破乳劑用量1 h時破乳效果

圖1 破乳劑用量對脫水率的影響

由表2和圖1可知：隨著破乳劑用量的增加，1 h 時的脫水率逐漸增加。當破乳劑用量為200 mg/L 時，1 h 時的脫水率僅63.3%，遠低于80%；當破乳劑用量超過500 mg/L 時，脫水程度明顯增加，接近80%，且脫出水均清澈透明，然而油水界面則隨著脫水程度的增加而逐漸趨向不整齊。這是因為當破乳劑用量較低時，破乳劑分子在乳液油水界面處吸附量較少，隨著濃度逐漸增加并接近臨界膠束濃度（CMC）時，其在界面處吸附達到飽和，對泡沫劑、聚合物等乳化成分的頂替、競爭作用明顯增強，從而顯著提高破乳效果。

2.2 泡沫劑用量對破乳效果的影響

固定破乳劑用量為200 mg/L，聚合物用量為400 mg/L，考察不同泡沫劑用量對破乳效果的影響，結果如圖2和表3所示。

圖2 泡沫劑用量對脫水率的影響

表3 不同泡沫劑用量1 h時破乳效果

由圖2和表3可知：隨著泡沫劑用量的增加，1 h 時的脫水率急劇降低。當泡沫劑用量為300～400 mg/L 時，1 h 時的脫水率為63.3%～65.1%，遠低于80%。破乳劑用量為200 mg/L時要求泡沫劑含量不得大于300 mg/L。這是因為隨著泡沫劑用量的增加，泡沫劑在油水界面層的數量增多，分子排列更加緊密，在降低界面張力的同時使界面膜強度增加，從而使乳狀液更加穩(wěn)定，同時，聚合物與起泡劑具有協(xié)同作用，進一步提高了乳液界面膜的強度［9］，增加了破乳難度。最終發(fā)現(xiàn)，脫出水均透明清澈，油水界面整齊，基本不受泡沫劑濃度影響。

2.3 穩(wěn)泡劑聚合物用量對破乳效果的影響

固定破乳劑用量為200 mg/L，泡沫劑用量為400 mg/L，考察不同聚合物用量對乳液脫水率影響，結果如圖3和表4所示。

圖3 聚合物用量對脫水率的影響

由圖3和表4可知：隨著聚合物用量增加，破乳后的脫水率顯著下降。當聚合物用量為300～400 mg/L 時，1 h 時的脫水率僅為63.3%～66.9%，由此可見，聚合物用量的多少同樣會嚴重影響破乳后的脫水率。破乳劑用量為200 mg/L 時，要求聚合物的用量低于300 mg/L。這是因為水溶性聚合物一方面可以在油水界面進行吸附和沉積，導致界面膜的厚度和強度增加，從而降低了界面自由能，阻止乳液聚并；另一方面增加聚合物用量會增加乳液黏度，使乳液液滴粒徑減小，進而增加乳液穩(wěn)定性［10-11］。最終發(fā)現(xiàn)，脫出水均清澈透明、油水界面整齊，不受聚合物濃度影響。

在泡沫劑和聚合物對脫水效果影響評價分析基礎上，采用數據擬合方法，以脫水速率常數為參考，進一步分析泡沫劑、聚合物對脫水速率的影響。參照文獻［12］，乳狀液的脫水速率方程表達為式（1），以Xf1-n-（Xf-X）1-n為縱坐標、（t-td）為橫坐標，擬合得到一條經過原點的直線，將直線的斜率與1-n的比值定義為脫水速率常數kh，見式（2）。

式中：X為某一時刻脫水率，t為脫水時間，kd為直線的斜率，Xf為最大脫水率，n為反應級數（取0.4），td為脫水延遲時間。

以破乳劑用量200 mg/L、泡沫劑用量400 mg/L、聚合物不同用量時脫水速率常數的擬合計算為例進行說明，將圖3數據代入式（1）進行擬合，擬合直線如圖4所示，參數取值、擬合結果及脫水速率常數如表5所示。

圖4 聚合物不同用量時脫水速率擬合直線

表5 曲線擬合參數、擬合結果及脫水速率常數

2.4 泡沫劑用量和破乳劑用量對脫水速率的影響

泡沫劑用量和破乳劑用量對脫水速率常數的影響曲線如圖5所示。由圖5可知：泡沫劑用量相同時，破乳劑用量越高，其脫水速率常數越大。隨著泡沫劑用量增加，添加不同用量的破乳劑時，其脫水速率常數均呈減小趨勢。泡沫劑在降低破乳程度的同時降低了破乳速度，泡沫劑用量為400 mg/L 時的脫水速率常數比300 mg/L 時的下降6%～11%，但是當泡沫劑用量超過400 mg/L 后脫水速率常數急劇下降。

圖5 泡沫劑用量和破乳劑用量對脫水速率常數的影響

2.5 穩(wěn)泡劑聚合物用量和破乳劑用量對脫水速率的影響

穩(wěn)泡劑聚合物用量對脫水速率常數的影響曲線如圖6所示。由圖6可知：聚合物用量相同時，破乳劑用量越高，其脫水速率常數越大；隨著聚合物用量增加，添加不同用量的破乳劑時，其脫水速率常數均減小，因為聚合物在降低破乳程度時也降低了破乳速度，與泡沫劑用量對脫水速率常數的規(guī)律相同；穩(wěn)泡劑聚合物用量為400 mg/L 時脫水速率常數比300 mg/L 時下降8%～14%，而穩(wěn)泡劑聚合物用量大于400 mg/L后脫水速率常數下降趨勢更加明顯。

圖6 穩(wěn)泡劑聚合物用量對脫水速率常數的影響

3 結論

1）隨著破乳劑用量增加，脫水率和脫水速率常數逐漸提高，有利于改善脫水效果；而隨著聚合物、泡沫劑濃度增加，脫水率和脫水速率常數均呈下降趨勢，破乳效果變差。

2）當破乳劑用量200 mg/L 時，泡沫劑和聚合物適宜用量應低于300 mg/L。當兩者的用量達到400 mg/L 時，200 mg/L 破乳劑的脫水率僅有63.3%，且脫水速率常數下降6%～14%，此時破乳劑加量需500 mg/L 才能滿足現(xiàn)場脫水要求。

3）為提高現(xiàn)場脫水程度和脫水效率，同時降低成本，一方面需要針對特定油藏條件下的強化泡沫驅采出液開展乳化及穩(wěn)定機制的分析研究，設計研發(fā)更加經濟高效、有針對性的破乳劑體系；另一方面需進一步優(yōu)化注入端強化泡沫配方，將采出液泡沫劑和穩(wěn)泡劑聚合物用量控制在300 mg/L以內，降低采出液乳化程度及乳液穩(wěn)定性。