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[摘 要]开发一种新型的CO2气驱泡沫发泡剂SCS-1，并对发泡剂的进行室内评价。发泡剂水溶液的泡沫性能随体系pH变化而变化，在pH 4～7时，泡沫性能差，当pH小于4或当pH=8～11时，起泡能力强泡沫稳定性好，且受温度、体系NaCl浓度和少量Ca2+离子的影响较小。在岩心驱替评价实验中，所选取的体系进行泡沫驱可使原油采收率提高13.1%。
[关键词]发泡剂 CO2气驱 封窜体系 采收率
中图分类号：TQ328 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0332-01
近年来，注气驱以逐年增长的态势和显著的成效而成为当今世界石油开采中潜力巨大的EOR技术[1～3]。但是CO2驱替过程中，受气体的滑脱效应、黏性指进以及油藏非均质性等因素影响，容易发生气窜、大孔道窜流、高渗透层突进等问题。因此在CO2气驱之前，必须进行有效封窜，最终达到提高原油采收率的目的。笔者以十二胺和丙烯酸甲酯主剂[9]，通过化学反应，得到两性发泡剂N-十二烷基-β-氨基丙酸钠，并在室内对该发泡剂体系进行了CO2气驱封窜性能评价。
1 实验部分
1.1 实验仪器和主要药品
仪器：Antonpaar MCR101流变仪、JHCF岩心流动试验仪（荆州石油科技有限公司）、2PB00C系列平流泵（北京卫星制造厂）、电子天平、恒温水浴锅、Warning-blender 搅拌器、JK998全自动张力仪、烘箱、岩心、温度计、烧杯、量筒、玻璃棒等。
药品：十二胺、丙烯酸甲酯、氢氧化钠、OP-10、无水氯化钙、盐酸、氯化钠。
1.2 实验过程
1.2.1 发泡剂的合成
N-十二烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂（简称AAPZ），是一种既带阴离子基团又带阳离子基团的表面活性剂。向装有搅拌器、温度计并配以加热装置的反应器中加入0.25mol的十二胺，加入至熔化状态，搅拌下于50℃下慢慢滴加0.25mol的丙烯酸甲酯，时间1小时，滴加完后水浴保温反应5小时，减压蒸馏去除多余的丙烯酸甲酯即得到N- 十二烷基-β-氨基丙酸甲酯中间体。快速搅拌下向已水浴加热至90～100℃的含0.25mol 氢氧化钠的碱溶液中滴加上述中间体进行皂化反应，约1小时，然后降温至70℃，减压除去生成的甲醇，得到发泡剂。
1.2.2 发泡剂发泡能力和泡沫稳定性测试
实验时，在Warning-blender 搅拌器中加入100mL一定含量的泡沫基液，选取中速（约1500 r /min） 搅拌60 s 后关闭开关，读取泡沫体积，检测泡沫剂发泡性能；记录泡沫中析出50mL液体时所需时间（即半衰期），研究泡沫稳定性。
1.2.3 填砂管驱替实验
首先测定填砂管水相渗透率，饱和油后一次水驱测定原油采收率，泡沫驱测试原油采收率。
2 结果与讨论
2.1 发泡剂浓度对泡沫性能影响
将以AAPZ为主剂的发泡剂命名为SCS-1，泡沫基液pH值为9，室温条件下测量发泡剂浓度对泡沫性能及表面张力的影响，实验结果如图2-1。从图2-1可以看出，随着发泡剂质量浓度的增加，泡沫基液发泡体积和泡沫半衰期也随之增大，最后趋于平衡。从表面张力曲线中可以看出，体系的临界胶束浓度约为0.05%。当发泡剂浓度达到0.60%以后，泡沫基液的发泡体积和半衰期趋于稳定，浓度大于0.85%泡沫基液的發泡体积有下降趋势，而半衰期趋于平稳。后续实验中取发泡剂浓度为0.60%，此时发泡体积为425mL，半衰期为190s。
2.2 与非离子表面活性剂复配后对其泡沫性能的影响
此实验在室温下测定向由自来水配制的浓度为0.6%的SCS-1中加非离子表面活性剂OP-10时对泡沫性能的影响。从图2-2中可以看出，随着随非离子表面活性剂OP-10加量的增加，泡沫基液发泡体积先下降，后上升，半衰期一直减小。与浓度为0.6%的SCS-1，即与不加阴离子表面活性剂的原始泡沫基液相比较，发泡体积及半衰期均小于加之前的数值。以AAPZ为主剂的发泡剂与非离子表面活性剂OP-10的复配效果不明显。
2.3 无机盐加量对泡沫性能影响
在室温下分别测定向由自来水配制的浓度为0.6%的SCS-1中加不同量无机盐NaCl或CaCl2时对泡沫性能的影响。由图2-3可知，在低百分含量范围内，发泡体积随 NaCl 加量增加而略有提高，而后随着NaCl 加量增加泡沫体积下降。这是因为低浓度NaCl 的加入使发泡剂的胶束更易于形成，溶液表面活性提高，当体系形成泡沫时，气泡表面膜也易于形成，因此发泡剂的发泡能力增加；当无机盐含量过大后，溶液黏度过大，气泡膜难以形成，发泡剂的发泡能力会大大降低，因此发泡体积又呈现下降趋势。泡沫半衰期则是随着 NaCl 加量的增加，呈现先下降后上升然后再下降的趋势。在NaCl浓度较低时，无机盐电解质会显著减弱表面活性离子吸附在液膜表面上形成两层离子吸附的双电子层结构，加快排液速度，促使泡沫变薄，削弱泡沫的稳定性；随着无机盐浓度的增加，无机盐电解质可以使吸附在液膜表面上形成双电子层结构的分子间的排斥力减弱，分子排列更为紧密，泡沫液膜增强，稳定性增加；当无机盐浓度过大时，泡沫难以形成，泡沫稳定性大大减弱。该稳定泡沫抗 NaCl性能较好，尤其是NaCl浓度低于5%时。
3 结论
（1） AAPZ水溶液的泡沫性能随体系pH变化而变化，在pH 4～7时，泡沫性能差，当pH小于4或当pH=8～11时，起泡能力强泡沫稳定性好，且受温度、体系NaCl浓度和少量Ca2+离子的影响较小，可作为泡沫驱油流体的主剂。
（2） 以AAPZ为主剂的发泡剂体系与非离子表面活性剂OP-10复配有很好的抗盐性能。
（3） 在岩心驱替评价实验中，证明用所选取的体系进行泡沫驱具有一定效果，该体系可使原油采收率提高13.1%。
（4） 目前的泡沫体系具有一定的CO2气驱封窜能力，但在高于100℃的半衰期较短。
参考文献
[1] 李建奎，张沛东，江泽凯.现代油田难动用油气储量探测、油藏开采评价及采油新技术实用手册[M].北京：中国知识出版社，2006.
[2] Koottunga L， Worldwide EOR surney [J].Oil&Gas Journal，2008，106（15：47～59.
[3] Concz I， Megyery M. Enhanced oil recovery and elimination of gas coning by using salt crystals[J].SPE 89392，2004.
作者简介
王昊，男，1989年生，2011年毕业于长江大学，本科，现工作于中石化胜利油田石油工程技术研究院，工程师，主要研究对象包括油田化学、堵水调剖、石油机械等。
[关键词]发泡剂 CO2气驱 封窜体系 采收率
中图分类号：TQ328 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0332-01
近年来，注气驱以逐年增长的态势和显著的成效而成为当今世界石油开采中潜力巨大的EOR技术[1～3]。但是CO2驱替过程中，受气体的滑脱效应、黏性指进以及油藏非均质性等因素影响，容易发生气窜、大孔道窜流、高渗透层突进等问题。因此在CO2气驱之前，必须进行有效封窜，最终达到提高原油采收率的目的。笔者以十二胺和丙烯酸甲酯主剂[9]，通过化学反应，得到两性发泡剂N-十二烷基-β-氨基丙酸钠，并在室内对该发泡剂体系进行了CO2气驱封窜性能评价。
1 实验部分
1.1 实验仪器和主要药品
仪器：Antonpaar MCR101流变仪、JHCF岩心流动试验仪（荆州石油科技有限公司）、2PB00C系列平流泵（北京卫星制造厂）、电子天平、恒温水浴锅、Warning-blender 搅拌器、JK998全自动张力仪、烘箱、岩心、温度计、烧杯、量筒、玻璃棒等。
药品：十二胺、丙烯酸甲酯、氢氧化钠、OP-10、无水氯化钙、盐酸、氯化钠。
1.2 实验过程
1.2.1 发泡剂的合成
N-十二烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂（简称AAPZ），是一种既带阴离子基团又带阳离子基团的表面活性剂。向装有搅拌器、温度计并配以加热装置的反应器中加入0.25mol的十二胺，加入至熔化状态，搅拌下于50℃下慢慢滴加0.25mol的丙烯酸甲酯，时间1小时，滴加完后水浴保温反应5小时，减压蒸馏去除多余的丙烯酸甲酯即得到N- 十二烷基-β-氨基丙酸甲酯中间体。快速搅拌下向已水浴加热至90～100℃的含0.25mol 氢氧化钠的碱溶液中滴加上述中间体进行皂化反应，约1小时，然后降温至70℃，减压除去生成的甲醇，得到发泡剂。
1.2.2 发泡剂发泡能力和泡沫稳定性测试
实验时，在Warning-blender 搅拌器中加入100mL一定含量的泡沫基液，选取中速（约1500 r /min） 搅拌60 s 后关闭开关，读取泡沫体积，检测泡沫剂发泡性能；记录泡沫中析出50mL液体时所需时间（即半衰期），研究泡沫稳定性。
1.2.3 填砂管驱替实验
首先测定填砂管水相渗透率，饱和油后一次水驱测定原油采收率，泡沫驱测试原油采收率。
2 结果与讨论
2.1 发泡剂浓度对泡沫性能影响
将以AAPZ为主剂的发泡剂命名为SCS-1，泡沫基液pH值为9，室温条件下测量发泡剂浓度对泡沫性能及表面张力的影响，实验结果如图2-1。从图2-1可以看出，随着发泡剂质量浓度的增加，泡沫基液发泡体积和泡沫半衰期也随之增大，最后趋于平衡。从表面张力曲线中可以看出，体系的临界胶束浓度约为0.05%。当发泡剂浓度达到0.60%以后，泡沫基液的发泡体积和半衰期趋于稳定，浓度大于0.85%泡沫基液的發泡体积有下降趋势，而半衰期趋于平稳。后续实验中取发泡剂浓度为0.60%，此时发泡体积为425mL，半衰期为190s。
2.2 与非离子表面活性剂复配后对其泡沫性能的影响
此实验在室温下测定向由自来水配制的浓度为0.6%的SCS-1中加非离子表面活性剂OP-10时对泡沫性能的影响。从图2-2中可以看出，随着随非离子表面活性剂OP-10加量的增加，泡沫基液发泡体积先下降，后上升，半衰期一直减小。与浓度为0.6%的SCS-1，即与不加阴离子表面活性剂的原始泡沫基液相比较，发泡体积及半衰期均小于加之前的数值。以AAPZ为主剂的发泡剂与非离子表面活性剂OP-10的复配效果不明显。
2.3 无机盐加量对泡沫性能影响
在室温下分别测定向由自来水配制的浓度为0.6%的SCS-1中加不同量无机盐NaCl或CaCl2时对泡沫性能的影响。由图2-3可知，在低百分含量范围内，发泡体积随 NaCl 加量增加而略有提高，而后随着NaCl 加量增加泡沫体积下降。这是因为低浓度NaCl 的加入使发泡剂的胶束更易于形成，溶液表面活性提高，当体系形成泡沫时，气泡表面膜也易于形成，因此发泡剂的发泡能力增加；当无机盐含量过大后，溶液黏度过大，气泡膜难以形成，发泡剂的发泡能力会大大降低，因此发泡体积又呈现下降趋势。泡沫半衰期则是随着 NaCl 加量的增加，呈现先下降后上升然后再下降的趋势。在NaCl浓度较低时，无机盐电解质会显著减弱表面活性离子吸附在液膜表面上形成两层离子吸附的双电子层结构，加快排液速度，促使泡沫变薄，削弱泡沫的稳定性；随着无机盐浓度的增加，无机盐电解质可以使吸附在液膜表面上形成双电子层结构的分子间的排斥力减弱，分子排列更为紧密，泡沫液膜增强，稳定性增加；当无机盐浓度过大时，泡沫难以形成，泡沫稳定性大大减弱。该稳定泡沫抗 NaCl性能较好，尤其是NaCl浓度低于5%时。
3 结论
（1） AAPZ水溶液的泡沫性能随体系pH变化而变化，在pH 4～7时，泡沫性能差，当pH小于4或当pH=8～11时，起泡能力强泡沫稳定性好，且受温度、体系NaCl浓度和少量Ca2+离子的影响较小，可作为泡沫驱油流体的主剂。
（2） 以AAPZ为主剂的发泡剂体系与非离子表面活性剂OP-10复配有很好的抗盐性能。
（3） 在岩心驱替评价实验中，证明用所选取的体系进行泡沫驱具有一定效果，该体系可使原油采收率提高13.1%。
（4） 目前的泡沫体系具有一定的CO2气驱封窜能力，但在高于100℃的半衰期较短。
参考文献
[1] 李建奎，张沛东，江泽凯.现代油田难动用油气储量探测、油藏开采评价及采油新技术实用手册[M].北京：中国知识出版社，2006.
[2] Koottunga L， Worldwide EOR surney [J].Oil&Gas Journal，2008，106（15：47～59.
[3] Concz I， Megyery M. Enhanced oil recovery and elimination of gas coning by using salt crystals[J].SPE 89392，2004.
作者简介
王昊，男，1989年生，2011年毕业于长江大学，本科，现工作于中石化胜利油田石油工程技术研究院，工程师，主要研究对象包括油田化学、堵水调剖、石油机械等。