改善蒸汽驱效果的高温泡沫剂研究
郭东红，辛浩川，崔晓东
（中国石油勘探开发研究院油田化学研究所，北京100083）
摘要：利用自主研发的泡沫剂GFPJ，通过引入不同类型的高温泡沫稳定剂，得到能够满足稠油蒸汽驱要求的高温泡沫剂体系。对不同高温泡沫剂体系的发泡性能、耐高温性能以及高温封堵性能进行了研究。通过对不同高温泡沫剂体系老化前后有效含量的变化测定，表明了高温泡沫稳定剂的主要作用是能够降低泡沫剂的降解速率，从而提高泡沫剂体系的耐高温性能。
关键词：稠油；蒸汽驱；耐高温泡沫剂；泡沫稳定性
稠油油藏在经过多轮次蒸汽吞吐之后，转入蒸汽驱阶段，随着注气量的增加和注汽速度的提高，将会出现汽窜现象。一旦发生汽窜，就会出现蒸汽单方向突进，油藏加热不均匀，从而导致蒸汽波及体积小热效率低，经济效益差，影响蒸汽驱整体开发效果。主要表现为注蒸汽生产井井口温度升高、产液量大幅度增加，生产井组产油量低。主要原因是蒸汽在高渗透带进行无效窜流，无法有效加热富集油的低渗透带。
为了提高蒸汽总体波及体积和最终采收率，必须采取有效措施来防治汽窜。伴随蒸汽注入高温泡沫剂可以提高注入蒸汽的波及效率和驱替效率。但目前能够应用于蒸汽驱的耐高温泡沫剂较少，工业化产品更少。目前制约该项技术应用到蒸汽驱的关键问题仍然是泡沫剂的耐高温性能，因此本文重点进行稠油蒸汽驱耐高温泡沫剂的研究。在前期研制的适合于稠油蒸汽吞吐用的高温泡沫剂GFPJ（耐温性能达到280℃）的基础上，通过引入不同类型的高温泡沫稳定剂，得到能够满足稠油蒸汽驱要求的高温泡沫剂体系，其耐温性能达到300℃。
1 实验部分
1.1原料和仪器
自制高温泡沫剂GFPJ，主要成分为α-烯烃磺酸盐阴离子表面活性剂，具体批次代号为GF-PJ080801；不同类型的耐高温泡沫稳定剂A（筛选）、B（室内合成）、C(室内合成)。RTF02泡沫剂体系是经过引入耐高温泡沫稳定剂A后的改进产品，R63泡沫剂体系是经过引入耐高温泡沫稳定剂B后的改进产品，R68泡沫剂体系是经过引人耐高温泡沫稳定剂C后的改进产品。自制耐高温老化装置；Waring搅拌器，美国产。
1.2实验方法
1.2.1 发泡性能及泡沫稳定性实验
采用Waring Blender法评价高温泡沫剂体系在室温下的起泡性能和泡沫稳定性能。将1OOmL配制好的泡沫剂溶液倒入Waring搅拌器中，高速搅拌1min，将泡沫剂倒入1OOOmL量筒中，读出不同时间的泡沫体积及泡沫体积衰减一半或析出一半液体时所用的时间，即为泡沫的半衰期，前者为泡沫半衰期，后者为析液半衰期。半衰期越长，泡沫剂体系就越稳定。
1.2.2 耐温性能评价
配制一定浓度的泡沫剂溶液，然后放人恒温压力容器中，在300℃下老化一定时间，如48h、96h，分析老化前后泡沫剂溶液的有效浓度变化，或者评价老化前后泡沫剂的发泡性能变化，就可以判定泡沫剂是否分解，从而确定其热稳定性能的好坏。
1.2.3 阻力因子的测试方法及步骤
高温泡沫剂在高温下封堵性能的动态评价采用的实验装置为一维单管模型，装置示意如图1所示。岩心长50. 0cm，直径3.Ocm。岩心中装填除去油和部分黏土的油层砂，水相渗透率为1.283μm2，单管水平放置于恒温烘箱内，首先将岩心饱和水，测岩心水相渗透率，然后按一定的气液比同时向岩心中注入水和气，当岩心两端的压差达到平稳时，记录此时岩心两端的压差作为基础压差，然后在相同条件下，注入气和高温防窜剂，当岩心两端的压差达到平稳时，再次记录岩心两端的压差（为工作压差）。衡量高温防窜剂在油层中能否发泡，能否具有使驱替介质发生转向作用的指标是阻力因子，阻力因子定义为工作压差和基础压差之比。研究认为：注蒸汽过程中，当阻力因子达到4倍时，泡沫剂在油层中就能起到一定的调剖作用。
2结果与讨论
2.1不同泡沫剂体系的发泡性能
图2为GFPJ080801泡沫剂经过300℃、48h老化前后发泡性能随时间的变化情况。由图2可以看出，经过300℃耐温老化之后，泡沫剂体系的起始发泡量从740mL降低至620mL，半衰期从7h降低至小于3h，即GFPJ泡沫剂体系的发泡性能明显降低，泡沫的稳定性也大大减弱。
通过引入耐高温泡沫稳定剂A后，得到的RTF02系列泡沫剂产品的泡沫性能有了很大的改善，如图3所示。可以看出，引入耐高温泡沫稳定剂A后，泡沫剂体系RTF02老化后的起始发泡量有了明显的提高，泡沫剂体系的半衰期可以达到4.5h左右，达到了蒸汽驱用高温泡沫剂有关指标的要求，但是在4h之后体系的发泡量急剧下降，不利于蒸汽驱实际应用过程的需求。
为了减缓泡沫剂体系发泡后期泡沫体积的急剧下降，在GFPJ泡沫剂的基础上引入室内合成的二种耐高温泡沫稳定剂B和C，得到R63和R68泡沫剂体系。图4、图5分别表示出2种体系的发泡性能、稳定性以及耐高温性能。可以看出，尽管体系的起始发泡量有所降低，但R63体系老化前后的发泡性能、稳定性能很接近，而且发泡后期体系的泡沫体积变化非常平缓，说明体系的泡沫稳定性较好，泡沫半衰期达到10h以上。对于R68体系，老化后的起始发泡量超过了老化前，发泡后期体系的泡沫体积变化也比较平缓，泡沫半衰期也达到10h以上。
2.2不同泡沫剂体系老化前后有效含量的变化
配制一定浓度的泡沫剂溶液，然后放入恒温压力容器中，在300℃下老化48h，分析老化前后泡沫剂溶液的有效浓度变化，就可以判定泡沫剂的降解程度，从而确定其热稳定性能的好坏。表1中列出了GFPJ080801、RTF02、R63、R68等4种泡沫剂体系在300℃下老化48h后有效含量的变化情况。从表1可以看出，经过300℃、48h老化后，表中从上至下各泡沫剂体系的有效浓度保留率提高，对应体系的泡沫剂性能也不断改善，表明通过引入适当的泡沫稳定剂，可以延缓泡沫剂的降解速率，提高泡沫剂体系的耐温性能。
2.3高温泡沫剂体系的高温封堵性能
不同泡沫剂体系的阻力因子如表2所示。
作为注蒸汽用调剖剂，要求产生的泡沫流动阻力大，表观黏度高，能有效地封堵蒸汽窜流层。研究认为：注蒸汽过程中，当阻力因子达到4．O时，防窜剂在油层中就能起到一定的调剖作用。针对上述3种高温泡沫剂体系RTF02、R63、R68，在温度200℃、气液比1:1、氮气压力2．0MPa、泡沫剂浓度0.5％的条件下进行了阻力因子的测定。实验结果表明，在泡沫剂浓度为0.5％时，阻力因子均可以达到15以上，表明上述3种泡沫剂体系均具有较好的高温封堵性能，而且泡沫剂体系的耐温性能越好，其阻力因子相对越高，封堵性能也相对越好。
3结论
利用自主研发的泡沫剂GFPJ，通过引入不同类型的高温泡沫稳定剂，得到能够满足稠油蒸汽驱要求的高温泡沫剂体系。
经过300℃、48h老化后，GFPJ泡沫剂的发泡性能降低，泡沫的稳定性减弱。引入耐高温泡沫稳定剂A后，泡沫剂体系RTF02老化后的起始发泡量有了明显的提高，泡沫剂体系的半衰期可以达到4.5h左右；对于R63泡沫剂体系，老化前后的发泡性能、稳定性很接近，体系的泡沫稳定性较好，泡沫半衰期达到10h以上；对于R68体系，老化后的起始发泡量超过了老化前，发泡后期体系的泡沫体积变化也比较平缓，泡沫半衰期也达到10h以上。
通过引入适当的泡沫稳定剂，可以延缓泡沫剂的降解速率，提高泡沫剂体系的耐温性能。3种泡沫剂体系均具有较好的高温封堵性能。
