抗南堡高溫、稠油NP-1型起泡劑室內評價研究

劉永輝，張杰

(西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500)

顏菲，盧淑芹

(中石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北 唐山 063000)

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抗南堡高溫、稠油NP-1型起泡劑室內評價研究

劉永輝，張杰

(西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500)

顏菲，盧淑芹

(中石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北 唐山 063000)

NP-1是針對南堡氣井高溫、含稠油等特征研發的一種新型泡沫排水起泡劑。將NP-1與現場常用XHY-4、UT-5B起泡劑進行抗南堡高溫、高壓、稠油室內對比試驗，結果發現三類起泡劑與南堡液樣配伍性好，NP-1起泡劑可抗180℃高溫，壓力變化對其泡沫穩定性影響小；老化試驗表明NP-1起泡劑在140℃溫度條件下持續24小時仍能保持良好的起泡性；體積分數為3%的NP-1抗油性能最佳，此濃度下可抗20%體積分數的南堡稠油；NP-1主要成分為具有長碳鏈、多支鏈的全氟辛基甜菜堿，使得泡沫穩定性好，攜液量明顯高于另兩類起泡劑。

泡沫排水；起泡劑；高溫；稠油；室內評價

泡沫排水采氣具有設備簡單、施工方便、成本低、適用井深范圍大、不影響氣井正常生產等優點[1,2]，已廣泛應用于國內外產水氣井。南堡油田儲層溫度介于140～200℃，流體礦化度高于1×104mg/L，產出液含稠油。由于氣井條件苛刻，常規起泡劑難以達到泡沫排水效果，因此必須使用性能更高的抗溫、抗油起泡劑。

針對南堡氣井高溫含稠油的特點，對國內常用泡沫排水起泡劑XHY-4、UT-5B以及新型抗溫、抗稠油起泡劑NP-1進行了室內試驗，筆者對NP-1型起泡劑進行了性能評價，對抗溫、抗油起泡劑的研發具有一定參考價值。

1　試驗部分

1.1試劑與藥劑

藥品：地層水、地層油，冀東油田提供；氯化鈣、氯化鈉，均為AR，成都科龍化工試劑廠；蒸餾水，成都興華化工有限公司；NP-1型起泡劑、XHY-4型起泡劑，均為工業品，成都興華化工有限公司；UT-5B型起泡劑，工業品，成都孚吉科技有限責任公司。

儀器：超級恒溫油浴鍋，HH-SA，金壇市順華儀器有限公司；Ross-Miles泡沫儀，2152，上海銀澤儀器設備有限公司；柱塞計量泵，J-X-31/4.0，青島晨光計量泵有限公司；氣體流量計，AF5600，成都永浩機電工程技術有限公司；電動攪拌器，SXJQ-1，北京世紀華科實驗儀器有限公司。

1.2方法

參照標準SY/T 6465—2000《泡沫排水采氣用起泡劑評價方法》、GB/T 7462—1994改進Ross-Miles法對起泡劑與南堡地層流體的配伍性、起泡性、熱穩定性及抗油性進行試驗評價。

1)起泡劑與地層流體配伍性試驗用3個廣口瓶分別取地層水與NP-1、XHY-4、UT-5B配制的起泡劑的溶液100mL，分別加入質量分數為10%的地層稠油，然后將廣口瓶靜置于80℃恒溫油浴鍋5h。

2)地層水起泡試驗使用Ross-Miles泡沫儀對NP-1、XHY-4、UT-5B進行評價，在80℃下測定0.5%體積分數起泡劑對地層水的起泡力、半衰期、攜液量。

3)熱穩定性試驗用Ross-Miles改裝的標準高溫高壓裝置，在常壓下分別測定20、40、60、80℃時0.5%體積分數的NP-1、XHY-4、UT-5B的起泡力、半衰期，在2MPa下分別測定100、120、140、160、180℃時起泡劑的起泡力、半衰期；對NP-1進行2MPa、20～180℃(每間隔20℃)24h老化，然后在常壓、80℃條件下測定其起泡力及半衰期。

4)抗油性試驗常壓、80℃、含10%體積分數稠油下分別測定體積分數為0.5%～5%的NP-1、XHY-4攜液量；在常壓、80℃條件下分別測定2%體積分數的NP-1、XHY-4、UT-5B對0～40%(體積分數)稠油的攜液量。

2　結果與討論

2.1NP-1與地層流體的配伍性

常溫下3類起泡劑與南堡地層流體共存狀態如圖1((a)NP-1;(b)XHY-4;(c)UT-5B)所示，3類液體皆呈淺黃色半透明狀，油質凝結；80℃恒溫5h后狀態如圖2((a)NP-1;(b)XHY-4;(c)UT-5B)所示，液體呈淺黃色透明狀，油質浮于表面，有絮狀沉淀，3類混合物無明顯差異。即表明NP-1型起泡劑對南堡水體存在明顯的凈化作用，液樣透明度明顯提高，但由于油質中存在少量乳狀物，且經過O/W型乳化劑(NP-1、XHY-4、UT-5B可以堪稱O/W型乳化劑)作用后清水性增強[3,4]，進一步經過高溫后與油體分離而沉積于底部，該沉淀物質地松散，相對于原懸浮塊狀，粉狀沉淀更不易于形成堵塞。

圖1　20℃下起泡劑與南堡地層液體共存狀態　　　　　圖2　起泡劑與南堡地層液體80℃恒溫5h后狀態

圖3　三類起泡劑在南堡地層水樣中的性能

2.2水質影響

由圖3可知，NP-1、XHY-4、UT-5B這3類起泡劑對南堡地層水的起泡能力基本無差異，NP-1型起泡劑攜液量稍高于XHY-4、UT-5B，而NP-1型起泡劑的半衰期卻是另兩類起泡劑的2倍以上，這表明NP-1型起泡劑對南堡地層水適應性強，所產生的泡沫攜液能力好、泡沫穩定性高。

2.3抗溫性

1)抗溫試驗圖4、圖5表明溫度高達180℃時NP-1型起泡劑仍能表現出較高的起泡力和半衰期。易發現不論是常壓下還是2MPa條件下，3類起泡劑的起泡力都表現出隨溫度升高而增加的趨勢，半衰期隨溫度升高而降低的趨勢。這是因為溫度越高，泡沫柱頂端的凸形膜蒸發越快，泡沫黏度降低，排液速率加快，綜合影響使泡沫穩定性下降；而隨著溫度升高，起泡劑溶解度增大，表面張力降低，產生泡沫所需的能力也降低，故起泡能力升高[5～8]。一般情況下，隨壓力增加，泡沫氣體擴散效應越小，泡沫穩定性越高，這成功解釋了圖5中XHY-4、UT-5B表現出的壓力增大半衰期增加的特征，而NP-1在壓力增加時半衰期小幅度減小，說明溫度對NP-1型起泡劑的影響大于壓力對其的影響。

圖4　溫度、壓力對起泡劑起泡力的影響　　　　　　　　　圖5　溫度、壓力對泡沫半衰期的影響

圖6　老化溫度對NP-1性能的影響

2)老化試驗NP-1型起泡劑老化試驗結果(見圖6)表明，140℃以下時隨老化溫度升高NP-1型起泡劑性能下降幅度很小，當溫度高于140℃時，性能大幅度下降。對比老化前的試驗數據(見表1)可發現，NP-1型起泡劑經140℃老化24h后在80℃下測定其起泡力下降了10%，半衰期下降了15.4%，攜液量下降了7.7%，表明NP-1型起泡劑經過140℃老化后，產生的泡沫穩定性下降幅度相對較大，而起泡性和攜液率改變率都在10%以內。當老化溫度為160℃時，起泡力下降幅度為25%，半衰期下降52.1%，攜液率下降47.9%。故NP-1型起泡劑長時間處于t≤140℃的溫度環境，仍能保持優良性能，抗溫性能良好。

表1　NP-1老化過程性能參數對比

2.4抗油性

1)起泡劑體積分數的影響在對于含10%體積分數稠油的液樣，NP-1、XHY-4攜液率與起泡劑體積分數關系相似(見圖7)，隨起泡劑體積分數的增加，攜液量先增加后逐級趨于穩定，當NP-1體積分數為3%時其攜液率達到最大285mL，這是由于起泡劑體積分數的提高，增加了泡沫表面膜的吸附量，使得表面活性劑分子更加緊密排布，液膜表面黏度和彈性得到提高，降低了液膜的排液速率，使得泡沫穩定性增強，攜液能力提高，改善了泡沫性能[9]，而當體積分數增加到一定程度時，形成的泡沫含液量減少，“脆性”增加，泡沫反而變得不穩定，攜液量隨之下降[10]。NP-1整體攜液量都大于XHY-4，表明NP-1攜油能力較XHY-4好。

2)稠油體積分數的影響3%體積分數的起泡劑抗南堡稠油試驗結果如圖8所示，但當稠油體積分數達到20%時，XHY-4攜液量已降為0而NP-1攜液率仍可達到40%，由于NP-1結構中親油鏈為正構飽和烴，碳鏈較長，并且引入大量氟作為支鏈，使得泡沫穩定性好，抗油性能增加[11]。隨高稠原油體積分數的繼續增加，一方面使得起泡劑分子離開水氣界面，更易進入油相，使起泡劑的有效體積分數降低；另一方面，原油接觸泡沫后，在水氣界面膜鋪展或乳化成大量小油珠，在外力和界面張力的驅動下進入泡沫結構內，產生Marangoni效應，以不同形式在不同程度上影響和破壞泡膜的完整性[12-14]，NP-1型起泡劑的泡沫攜液率逐漸降低至0。但NP-1與XHY-4起泡劑相比，抗油性能已大大提高。

圖7　攜液量與NP-1體積分數的關系　　　　　　　　　　　圖8　稠油體積分數對攜液量的影響

3　結論

1)NP-1型起泡劑與南堡地層流體共存時無不良反應物產生，配伍性好。

2)南堡地層水對NP-1型起泡劑的性能影響小，當純水樣中加入NP-1型起泡劑體積分數僅為0.5%時，起泡力可達200mm，半衰期達到585s，攜液量高至368mL。

3)NP-1型起泡劑抗溫可達180℃，溫度對起泡劑性能的影響大于壓力的影響。當NP-1型起泡劑長時間處于高溫(t>140℃)環境時，其性能將大大下降，而低溫(t≤140℃)環境中NP-1型起泡劑仍將保持良好性能。

4)主碳鏈較長、支鏈較多的結構存在使得3%體積分數的NP-1型起泡劑抗20%體積分數南堡稠油攜液率可達40%，抗油性大大高于同類起泡劑。

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[編輯]黃鸝

2016-04-19

劉永輝(1977-)，男，博士，副教授,主要從事采油采氣工藝相關工作,swpilyh@126.com。

TE357.469

A

1673-1409(2016)26-0057-04

[引著格式]劉永輝，張杰，顏菲，等.抗南堡高溫、稠油NP-1型起泡劑室內評價研究[J].長江大學學報(自科版),2016,13(26):57～60.