海上油田稠油蒸汽吞吐用高溫起泡劑研發與性能評價

袁偉杰，劉志龍，孫 君，孫艷萍，侯 岳

中國海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452

海上油田在多輪次蒸汽吞吐開發后，會引起地層稠油乳化、儲層條件改變等問題，這會造成油田吸汽剖面不均的現象，嚴重影響蒸汽吞吐開發效果［1-3］。同時，因為海上油田的開發，存在單井造價高且不易維修的特點，所以一般采用高溫泡沫來調整吸汽剖面，以改善蒸汽注入效能，從而提高蒸汽利用率［4-5］。針對這方面的問題，雖然國內有學者在高溫起泡劑領域進行了較多研究，主要在耐高溫起泡單劑研發、起泡劑復配以及性能評價等方面［6-8］，但是并不能完全解決這方面的問題。

因此，本文針對海上油田蒸汽吞吐開發存在的問題及特點，選用高性能單劑復配研發高溫起泡劑，并對其性能進行評價，以期解決海上油田蒸汽吞吐開發方面的相關問題。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

自制高溫起泡劑HY-1，主要成分為α-烯烴磺酸鹽（AOS）、椰油酰胺丙基羥磺基甜菜堿（CHSB-35）和甲醇。自制高溫起泡劑HY-2，主要成分為烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、烷基葡萄糖苷（APG）和三聚磷酸鈉。自制高溫起泡劑HY-3，主要成分為鼠李糖脂（RL）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和乙醇。實驗藥劑均為工業品，由山東大明精細化工有限公司生產，規格為500 mL。

實驗用油為海上J 油田生產井脫水原油。實驗用水為蒸餾水和J 油田模擬地層水。模擬地層水離子組成見表1。

表1 實驗用水離子組成

1.2 實驗儀器

XPR 型分析天平，瑞士梅特勒-托利多公司；WK27-CB15K 型混調器，美國Waring 公司；M400型恒溫烘箱，美國Binder公司；HA-80型多維度物理模擬實驗裝置，江蘇海安石油科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 高溫起泡劑的配伍性

在海上油田蒸汽吞吐過程中，以高溫起泡劑為伴注體系用于調整吸汽剖面的效果更佳，所以本實驗在配制起泡劑時，采用蒸餾水配制以發揮起泡劑的最大效能。同時，考慮到高溫起泡劑進入地層中與地層水接觸后有可能產生沉淀等問題，因此設計高溫起泡劑與地層水配伍性實驗。

分別配制質量分數為1.0%、5.0%和10.0%的高溫起泡劑地層水溶液，放入容量瓶中密封，在48 和120 h 后各觀察1 次，以高溫起泡劑溶液均一、透明、無沉淀為佳。

1.3.2 泡沫綜合值測定

將用100 mL 蒸餾水配制的1.0%起泡劑溶液倒入高速攪拌器中，攪拌3 min，將攪拌器中的泡沫液倒入量筒中，測量泡沫體積（mL），并評估起泡劑的發泡能力。將泡沫液倒入量筒時，立即計時。當量筒底部釋放的液體體積達到50 mL 時，記錄時間，這段時間是起泡劑溶液的半衰期，用于評估其穩定性。由于發泡量只能表征起泡劑體系的發泡難度，半衰期只反映泡沫的穩定性，因此，引入一個新的表征泡沫綜合能力的參數——泡沫綜合值（即發泡量和半衰期的乘積）來表征泡沫的整體性能，具體計算見式（1）。

式中：Fc為泡沫綜合值，mL·s；V0為起泡體積，mL；t50為半衰期，s。

1.3.3 泡沫耐溫性測試

高溫會引起起泡劑分子發生化學變化，導致其部分或全部起泡劑分子失活，從而降低起泡能力。在蒸汽吞吐實施過程中，溫度將達到300 ℃，對于起泡劑分子具有較大影響，因此需要對高溫起泡劑進行耐溫性能測試。使用蒸餾水將高溫起泡劑配制成質量分數為0.1%的溶液，同時放入高溫高壓老化罐中，將老化罐放入300 ℃高溫烘箱內，經過24 h老化，待冷卻后測試泡沫綜合值。

1.3.4 泡沫耐油性測試

由于起泡劑具有遇水起泡、遇油消泡的性質，因此在實際使用中，需要考察其對原油的耐受性能。使用蒸餾水將高溫起泡劑配制成質量分數為1.0%的工作液，再在各溶液中加入溶液總質量2.0%的原油，經過充分混合攪拌，測試混合液的泡沫綜合值。

1.3.5 泡沫注入能力測試

以雙管驅替實驗測試泡沫的注入能力，具體流程見圖1。

圖1 雙管驅替實驗流程

1） 使用蒸餾水配制1.0%質量分數的高溫起泡劑溶液備用。

2） 將石英砂填入填砂管，敲打砸實后稱取其干質量。

3） 將巖心模型抽真空4 h 后，使用地層水進行飽和，稱取濕質量，計算孔隙度、氣測滲透率，巖心參數見表2。

表2 實驗巖心參數

4） 按圖1 將2 支經水飽和的填砂巖心管放到加熱套中，溫度調至300 ℃；并聯注入高溫泡沫防竄體系，氣液比為1∶1，回壓為2 MPa，注入速度為4 mL/min，記錄分流量變化。

2 結果與討論

2.1 高溫起泡劑與地層水配伍性實驗

分別測定HY-1、HY-2 和HY-3 這3 種高溫起泡劑與地層水的配伍性，結果見表3和表4。

表3 高溫起泡劑與地層水配伍性實驗結果（48 h）

表4 高溫起泡劑與地層水配伍性實驗結果（120 h）

由表3～4 可知：HY-1、HY-2 和HY-3 這3 種高溫起泡劑在1.0%、5.0%和10.0%的質量分數條件下與地層水混合，并分別放置48 和120 h 后，混合液均呈現均一、透明、無沉淀的狀態，可見這3種高溫起泡劑與實驗地層水均有良好的配伍性。

2.2 泡沫綜合值實驗

選取起泡劑HY-1、HY-2 和HY-3 進行泡沫綜合值測定實驗，結果如表5所示。

表5 泡沫綜合值實驗結果

由表5 可知：HY-1、HY-2、HY-3 這3 種高溫起泡劑的起泡高度均超過了500 mL，特別是HY-3 超過了600 mL，起泡能力較強；HY-2 的析液半衰期未超過500 s，泡沫穩定性相對較差。由此可見，HY-1 和HY-3 主劑與輔劑的選擇和配比較好，在靜態實驗性能方面符合海上油田的使用要求。

2.3 泡沫耐溫性測試結果

考察3 種高溫起泡劑HY-1、HY-2 和HY-3的耐溫性能，結果如表6所示。

表6 高溫起泡劑耐溫性能實驗結果

由表6 可知：HY-1、HY-2 和HY-3 在300 ℃下老化24 h 后，HY-1 老化后溶液出現少許沉淀，HY-2 老化后溶液呈現黃色渾濁，HY-3 老化后與老化前無區別，均為無色透明液體；同時3 種起泡劑的起泡高度和析液半衰期均有不同程度下降，以泡沫綜合值來體現，分別比老化前下降27.3%、29.0%和15.7%。綜合判斷，HY-3耐溫性能較好，在高溫作用下，其分子結構破壞程度較小，整體保持較高的起泡性能。

2.4 泡沫耐油性測試結果

考察3 種高溫起泡劑HY-1、HY-2 和HY-3的耐油性能，結果如表7所示。

表7 高溫起泡劑耐油性能實驗結果

由表7 可知：在加入溶液總質量2.0%的原油后，HY-1、HY-2 和HY-3 的起泡高度和析液半衰期下降程度較大，以泡沫綜合值來看，分別比老化前下降66.7%、74.1%和54.7%。相對來說，HY-3的起泡性能仍保留原有的一半左右，耐油性能優于HY-1 和HY-2。由于滲透率高或含水高的地層都存在殘余油，因此，要求泡沫體系在一定的含油飽和度下保持良好的泡沫性能。另外，含油飽和度高的時候，要求泡沫消泡快，才能保證泡沫體系具有選擇性封堵能力。

2.5 泡沫注入能力實驗結果

根據泡沫靜態性能測試結果，選取HY-3 高溫起泡劑進行泡沫注入能力實驗，結果如圖2所示。

圖2 高溫起泡劑HY-3選擇性注入實驗

由圖2 可知：在注入0.2 PV 之前，高溫起泡劑HY-3 的高滲和低滲巖心的分流量均有上升；在0.2 PV 后，高滲巖心分流量逐漸下降，而低滲巖心分流量逐步上升。說明HY-3 在逐漸進入巖心的過程中，形成泡沫并減少進入高滲通道，表明高溫泡沫防竄體系具有選擇性注入能力。

3 結論

1）結合海上稠油油田蒸汽吞吐的需求與工藝特點，使用非離子、陽離子、兩性離子表面活性劑以及助劑自主復配研發HY-1、HY-2和HY-3這3種高溫起泡劑體系，與J 油田地層水具有良好的配伍性。

2）HY-1、HY-2和HY-3這3種自主研發高溫起泡劑體系均有較好的起泡性能，但HY-1和HY-2的耐高溫、耐油性能較差，不能滿足海上油田蒸汽吞吐高溫起泡的需求。

3）以鼠李糖脂（RL）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和乙醇配制的HY-3 高溫起泡劑具有較好的耐高溫、耐油性能，且在選擇性注入實驗中能夠建立高滲通道阻力，實現不同滲透率通道間的選擇性進入。