抗南堡高温、稠油NP-1型起泡剂室内评价研究

刘永辉，张杰

(西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500)

颜菲，卢淑芹

(中石油冀东油田分公司钻采工艺研究院，河北 唐山 063000)



抗南堡高温、稠油NP-1型起泡剂室内评价研究

刘永辉，张杰

(西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500)

颜菲，卢淑芹

(中石油冀东油田分公司钻采工艺研究院，河北 唐山 063000)

NP-1是针对南堡气井高温、含稠油等特征研发的一种新型泡沫排水起泡剂。将NP-1与现场常用XHY-4、UT-5B起泡剂进行抗南堡高温、高压、稠油室内对比试验，结果发现三类起泡剂与南堡液样配伍性好，NP-1起泡剂可抗180℃高温，压力变化对其泡沫稳定性影响小；老化试验表明NP-1起泡剂在140℃温度条件下持续24小时仍能保持良好的起泡性；体积分数为3%的NP-1抗油性能最佳，此浓度下可抗20%体积分数的南堡稠油；NP-1主要成分为具有长碳链、多支链的全氟辛基甜菜碱，使得泡沫稳定性好，携液量明显高于另两类起泡剂。

泡沫排水；起泡剂；高温；稠油；室内评价

泡沫排水采气具有设备简单、施工方便、成本低、适用井深范围大、不影响气井正常生产等优点[1,2]，已广泛应用于国内外产水气井。南堡油田储层温度介于140～200℃，流体矿化度高于1×104mg/L，产出液含稠油。由于气井条件苛刻，常规起泡剂难以达到泡沫排水效果，因此必须使用性能更高的抗温、抗油起泡剂。

针对南堡气井高温含稠油的特点，对国内常用泡沫排水起泡剂XHY-4、UT-5B以及新型抗温、抗稠油起泡剂NP-1进行了室内试验，笔者对NP-1型起泡剂进行了性能评价，对抗温、抗油起泡剂的研发具有一定参考价值。

1　试验部分

1.1试剂与药剂

药品：地层水、地层油，冀东油田提供；氯化钙、氯化钠，均为AR，成都科龙化工试剂厂；蒸馏水，成都兴华化工有限公司；NP-1型起泡剂、XHY-4型起泡剂，均为工业品，成都兴华化工有限公司；UT-5B型起泡剂，工业品，成都孚吉科技有限责任公司。

仪器：超级恒温油浴锅，HH-SA，金坛市顺华仪器有限公司；Ross-Miles泡沫仪，2152，上海银泽仪器设备有限公司；柱塞计量泵，J-X-31/4.0，青岛晨光计量泵有限公司；气体流量计，AF5600，成都永浩机电工程技术有限公司；电动搅拌器，SXJQ-1，北京世纪华科实验仪器有限公司。

1.2方法

参照标准SY/T 6465—2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》、GB/T 7462—1994改进Ross-Miles法对起泡剂与南堡地层流体的配伍性、起泡性、热稳定性及抗油性进行试验评价。

1)起泡剂与地层流体配伍性试验用3个广口瓶分别取地层水与NP-1、XHY-4、UT-5B配制的起泡剂的溶液100mL，分别加入质量分数为10%的地层稠油，然后将广口瓶静置于80℃恒温油浴锅5h。

2)地层水起泡试验使用Ross-Miles泡沫仪对NP-1、XHY-4、UT-5B进行评价，在80℃下测定0.5%体积分数起泡剂对地层水的起泡力、半衰期、携液量。

3)热稳定性试验用Ross-Miles改装的标准高温高压装置，在常压下分别测定20、40、60、80℃时0.5%体积分数的NP-1、XHY-4、UT-5B的起泡力、半衰期，在2MPa下分别测定100、120、140、160、180℃时起泡剂的起泡力、半衰期；对NP-1进行2MPa、20～180℃(每间隔20℃)24h老化，然后在常压、80℃条件下测定其起泡力及半衰期。

4)抗油性试验常压、80℃、含10%体积分数稠油下分别测定体积分数为0.5%～5%的NP-1、XHY-4携液量；在常压、80℃条件下分别测定2%体积分数的NP-1、XHY-4、UT-5B对0～40%(体积分数)稠油的携液量。

2　结果与讨论

2.1NP-1与地层流体的配伍性

常温下3类起泡剂与南堡地层流体共存状态如图1((a)NP-1;(b)XHY-4;(c)UT-5B)所示，3类液体皆呈浅黄色半透明状，油质凝结；80℃恒温5h后状态如图2((a)NP-1;(b)XHY-4;(c)UT-5B)所示，液体呈浅黄色透明状，油质浮于表面，有絮状沉淀，3类混合物无明显差异。即表明NP-1型起泡剂对南堡水体存在明显的净化作用，液样透明度明显提高，但由于油质中存在少量乳状物，且经过O/W型乳化剂(NP-1、XHY-4、UT-5B可以堪称O/W型乳化剂)作用后清水性增强[3,4]，进一步经过高温后与油体分离而沉积于底部，该沉淀物质地松散，相对于原悬浮块状，粉状沉淀更不易于形成堵塞。

图1　20℃下起泡剂与南堡地层液体共存状态　　　　　图2　起泡剂与南堡地层液体80℃恒温5h后状态

图3　三类起泡剂在南堡地层水样中的性能

2.2水质影响

由图3可知，NP-1、XHY-4、UT-5B这3类起泡剂对南堡地层水的起泡能力基本无差异，NP-1型起泡剂携液量稍高于XHY-4、UT-5B，而NP-1型起泡剂的半衰期却是另两类起泡剂的2倍以上，这表明NP-1型起泡剂对南堡地层水适应性强，所产生的泡沫携液能力好、泡沫稳定性高。

2.3抗温性

1)抗温试验图4、图5表明温度高达180℃时NP-1型起泡剂仍能表现出较高的起泡力和半衰期。易发现不论是常压下还是2MPa条件下，3类起泡剂的起泡力都表现出随温度升高而增加的趋势，半衰期随温度升高而降低的趋势。这是因为温度越高，泡沫柱顶端的凸形膜蒸发越快，泡沫黏度降低，排液速率加快，综合影响使泡沫稳定性下降；而随着温度升高，起泡剂溶解度增大，表面张力降低，产生泡沫所需的能力也降低，故起泡能力升高[5～8]。一般情况下，随压力增加，泡沫气体扩散效应越小，泡沫稳定性越高，这成功解释了图5中XHY-4、UT-5B表现出的压力增大半衰期增加的特征，而NP-1在压力增加时半衰期小幅度减小，说明温度对NP-1型起泡剂的影响大于压力对其的影响。

图4　温度、压力对起泡剂起泡力的影响　　　　　　　　　图5　温度、压力对泡沫半衰期的影响

图6　老化温度对NP-1性能的影响

2)老化试验NP-1型起泡剂老化试验结果(见图6)表明，140℃以下时随老化温度升高NP-1型起泡剂性能下降幅度很小，当温度高于140℃时，性能大幅度下降。对比老化前的试验数据(见表1)可发现，NP-1型起泡剂经140℃老化24h后在80℃下测定其起泡力下降了10%，半衰期下降了15.4%，携液量下降了7.7%，表明NP-1型起泡剂经过140℃老化后，产生的泡沫稳定性下降幅度相对较大，而起泡性和携液率改变率都在10%以内。当老化温度为160℃时，起泡力下降幅度为25%，半衰期下降52.1%，携液率下降47.9%。故NP-1型起泡剂长时间处于t≤140℃的温度环境，仍能保持优良性能，抗温性能良好。

表1　NP-1老化过程性能参数对比

2.4抗油性

1)起泡剂体积分数的影响在对于含10%体积分数稠油的液样，NP-1、XHY-4携液率与起泡剂体积分数关系相似(见图7)，随起泡剂体积分数的增加，携液量先增加后逐级趋于稳定，当NP-1体积分数为3%时其携液率达到最大285mL，这是由于起泡剂体积分数的提高，增加了泡沫表面膜的吸附量，使得表面活性剂分子更加紧密排布，液膜表面黏度和弹性得到提高，降低了液膜的排液速率，使得泡沫稳定性增强，携液能力提高，改善了泡沫性能[9]，而当体积分数增加到一定程度时，形成的泡沫含液量减少，“脆性”增加，泡沫反而变得不稳定，携液量随之下降[10]。NP-1整体携液量都大于XHY-4，表明NP-1携油能力较XHY-4好。

2)稠油体积分数的影响3%体积分数的起泡剂抗南堡稠油试验结果如图8所示，但当稠油体积分数达到20%时，XHY-4携液量已降为0而NP-1携液率仍可达到40%，由于NP-1结构中亲油链为正构饱和烃，碳链较长，并且引入大量氟作为支链，使得泡沫稳定性好，抗油性能增加[11]。随高稠原油体积分数的继续增加，一方面使得起泡剂分子离开水气界面，更易进入油相，使起泡剂的有效体积分数降低；另一方面，原油接触泡沫后，在水气界面膜铺展或乳化成大量小油珠，在外力和界面张力的驱动下进入泡沫结构内，产生Marangoni效应，以不同形式在不同程度上影响和破坏泡膜的完整性[12-14]，NP-1型起泡剂的泡沫携液率逐渐降低至0。但NP-1与XHY-4起泡剂相比，抗油性能已大大提高。

图7　携液量与NP-1体积分数的关系　　　　　　　　　　　图8　稠油体积分数对携液量的影响

3　结论

1)NP-1型起泡剂与南堡地层流体共存时无不良反应物产生，配伍性好。

2)南堡地层水对NP-1型起泡剂的性能影响小，当纯水样中加入NP-1型起泡剂体积分数仅为0.5%时，起泡力可达200mm，半衰期达到585s，携液量高至368mL。

3)NP-1型起泡剂抗温可达180℃，温度对起泡剂性能的影响大于压力的影响。当NP-1型起泡剂长时间处于高温(t>140℃)环境时，其性能将大大下降，而低温(t≤140℃)环境中NP-1型起泡剂仍将保持良好性能。

4)主碳链较长、支链较多的结构存在使得3%体积分数的NP-1型起泡剂抗20%体积分数南堡稠油携液率可达40%，抗油性大大高于同类起泡剂。

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[编辑]黄鹂

2016-04-19

刘永辉(1977-)，男，博士，副教授,主要从事采油采气工艺相关工作,swpilyh@126.com。

TE357.469

A

1673-1409(2016)26-0057-04

[引著格式]刘永辉，张杰，颜菲，等.抗南堡高温、稠油NP-1型起泡剂室内评价研究[J].长江大学学报(自科版),2016,13(26):57～60.