第13卷第3期2013年1月 科学技术与工程 V01.13 No.3 Jan.2013 1671—1815(2013)03・0694—04 Science Technology and Engineering @2013 Sci.Tech.Engrg. 高压下泡沫性能参数的研究 黄 浩 李华斌 ' 牛忠晓 孙 千 霍隆军 吴灿 (成都理工大学能源学院 ,成都610059;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学) ,成都610059) 摘要针对华北油田河间东营油藏温度,开展了sD起泡剂高温高压空气泡沫性能评价实验。研究结果表明,在10 MPa压 力下,有效物浓度为0.08%时,起泡剂性能最佳,起泡体积达1 972 mL,泡沫半衰期为2 422 s。不同压力下对有效物浓度为 0.08%的SD起泡剂进行评价。结果表明高压下泡沫性能有所提高,空气泡沫起泡体积和泡沫半衰期的增长幅度分别为 8.45%和55.56%。通过对SD、0P起泡剂在可视化条件下实验,测得SD、OP泡径约为4.714×10~m,这与经验公式计算得 到的数值相近。 关键词 起泡剂 高温高压 起泡体积 泡沫半衰期 泡径大小 中图法分类号TE357.46; 文献标志码B 油田开发逐步进入中后期,油井的综合含水率 呈现上升趋势,由此带来原油开采成本的上升。空 气泡沫驱是一种可同时克服制约原油采收率多种 因素的提高采收率技术 j,对油田开发既具有技术 上的意义,同时有力缓解原油开采的成本压力。泡 沫流体应用于油田开发在国内外已有40多年的历 碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁(成都市科龙化工试剂 厂),均为分析纯;实验用水为人工配制的矿化度为 5 682.6 mg/L的模拟地层水,离子组成(mg/L): Na +K 2 155.71,Ca¨6092,Mg。 583,Cl ..2 397.72,HCOff 784.96,co;277.43。 主要仪器:实验室用密度计、高压泡沫评价装 置(海安石油科研仪器有限公司)、HKY手摇加压泵 (海安石油科研仪器有限公司)。 1.2实验方法 史 J,在驱油、冲砂洗井、调剖堵水和酸化压裂等多 方面都取得了一定的效果 J。但是,一般情况下, 国内外对泡沫评价只在高温常压下进行,关于高温 高压条件下的评价实验少有报道 j。本实验为了 真实反应起泡剂在油藏条件下的状态,开展了室内 泡沫评价实验,在高温高压条件下的起泡体积和半 衰期等参数进行了研究。 实验在高压泡沫评价装置中进行,实验仪器如 图1所示,实验温度为90℃。首先把选定的SD表 面活性剂用地层水配制成不同有效浓度的溶液各 200 mL,将配制好的溶液放置HKY手摇泵中,用手 摇泵将溶液推送至可视化高温高压玻璃筒内;或者 1实验部分 1.1实验试剂及仪器 将溶液放置中间容器,通过平流泵转入高温高压玻 璃筒内。然后开启装置上的磁力搅拌器的开关,将 转速设置为1 000 r/rain,再打开高压空气瓶开关, 缓慢通入压缩空气,待装置上压力表读数显示到所 需要的压力值并且泡沫柱的高度不再继续上升时, 关闭搅拌器的开关。与此同时按下秒表开始计时, 记录泡沫柱的高度,观察泡沫高度随时间的变化, 实验试剂:实验注入气体为压缩空气;SD表面 活性剂,有效物含量30%(东营胜都石油技术有限 公司)、OP表面活性剂,有效物含量25%(上海浩宇 化工技术有限公司),均为工业品;氯化钠、碳酸钠、 2012年9月4口收到 每隔5—10 min记录泡沫柱的高度,并用可视探头 拍摄泡沫的形态,便于估算泡沫的直径。实验结束 后缓慢放空仪器中的压缩空气,恢复到常压。起泡 第一作者简介:黄浩(1987一),男,成都理工大学油气田开发工 程专业硕士研究生。研究方向:提高采收率及油田化学技术。E— mail:ppshh517@163.com。 —体积和泡沫半衰期能较好的反应泡沫在高温高压 3期 黄浩,等:高压下泡沫性能参数的研究 下的起泡能力和稳定性E9 1,是本实验记录的重点 对象。 1 图1高压泡沫评价装置 }rIm, 耸赠 }1 l 2结果与讨论 2.1表活剂浓度对空气泡沫性能的影响 用模拟地层水(矿化度5 682.6 mg/L)配制有 效浓度为0.02%、0.06%、0.08%和0.10%的SD起 泡剂溶液,在同一高压环境下研究不同浓度对空气 泡沫性能的影响,其它条件均相同。 图2实验结果表明,在同一压力(10 MPa)条件 下,空气泡沫的起泡体积和泡沫半衰期都呈现相同 的变化趋势:起泡剂浓度对空气泡沫的起泡体积和 泡沫半衰期的影响较大,均呈现为开口向下的抛物 线。当起泡剂浓度在0.02%~0.08%(有效浓度) 范围内,随着浓度的增加,空气泡沫的起泡体积越 大、泡沫半衰期越长(其中泡沫半衰期变化最为明 显,浓度0.08%是0.02%的将近6倍)。在起泡剂 浓度为0.08%时,两者均达到最大值。当起泡剂浓 度I>0.08%后,随浓度增加,空气泡沫的起泡体积略 微减小、泡沫半衰期变短。说明在一定的浓度范围 内存在最佳浓度与地层水相配伍,空气泡沫性能到 达最佳状态。 2.2压力对空气泡沫性能的影响 对上述选出的SD起泡剂最佳浓度0.08%,进 行压力对空气泡沫性能影响的实验。用模拟地层 水(矿化度为5 682.6 mg/L)配制3组有效浓度为 图2起泡剂浓度对空气泡沫体积和泡沫半衰期的影响 0.08%的起泡剂溶液,分别在5 MPa、10 MPa和l5 MPa压力下记录空气泡沫体积和泡沫半衰期。 图3实验结果表明,当压力在5 MPa一15 MPa 范围内,随着压力的增高,空气泡沫体积和泡沫半 衰期都呈现上升的趋势。值得注意的是,当压力在 5 MPa一10 MPa范围内,泡沫半衰期增加的幅度比 起泡体积增加的幅度要大的多;当压力在10 MPa~ 15 MPa范围内,起泡体积增加的幅度比泡沫半衰期 变化趋势稍大。例如,在压力为5 MPa时,浓度为 0.08%的起泡剂溶液泡沫半衰期由1575s增加到压 力为10 MPa时的2 422 s,而压力为15 MPa时泡沫 半衰期仅在10 MPa的基础上增加了28 s。对于起 泡体积而言,当压力在5 MPa~10 MPa范围内基本 无明显变化。当压力在10 MPa~15 MPa范围内,空 气泡沫体积从1 976 mL增加到2 117 mL。因此,随 着压力的增高空气泡沫的稳定性是增强的。其中 部分原因是由于密闭高压空间里,起泡体系的饱和 蒸汽压上升,导致泡沫蒸发量减少,从而使得泡沫 稳定性有所增强。 图3压力对空气泡沫体积和泡沫半衰期的影响 2.3可视化操作获得的泡沫直径与经验公式的 科学技术与工程 13卷 对比 泡直径的大小,测得结果如表2所示。 表2 90℃条件下。不同浓度和种类泡沫体系 中的泡径大小(×10 m) 起泡剂 起泡剂浓度/% 0.02 5.76 6.07 在记录高压条件下泡沫参数的同时,将放大探 头固定在高压可视窗口外壁处,拍摄泡沫的形态大 小。放大探头的外径约为7.1 mm,内径可视镜头约 为1 mm。根据圆形面积公式S=耵r 的计算出可视 镜头的面积为0.785×10I4 m 。同时依据数学计算 方法,从拍摄的图像中读取泡沫的平均个数,从而 名称 SD OP O.O3 5.44 5.20 0.04 4.69 4.91 0.06 4.57 4.53 0.O8 4.42 4.6O 0.10 4.39 4.49 计算出泡沫的直径大小。计算结果得出:高压(10 MPa)下有效物浓度0.08%的SD泡沫直径约为 4.714×10~m。 一般情况下,单个气泡直径在10 m数量级。 对于气泡体系,泡径大小与其所受的压力有关,压 力越高,泡径越小,其稳定性越好。压力升高,泡径 变小,泡沫的寿命变长。一般有如下经验公式 (1) 。 50 一 = T n 2 (1\ /) pga D 式(1)中 一泡沫的半衰期,S; 日一泡沫柱原始高度,cm; p一液相密度,g/cm ; 原始液相的体积系数,无因次; d一泡径,cm; 原始液相黏度,mPa.s。 为了验证可视探头下测得的泡径大小,将室内 实验筛选出的两种较好的起泡剂胜都石油sD和浩 宇化工OP配成不同浓度的起泡剂溶液,并置于高 温90℃的烘箱中恒温2 h,2 h之后对起泡剂溶液进 行原始液相密度的测量,测的结果如表1所示。 表1 90℃条件下。不同浓度起泡剂溶液的 原始液相密度(g/cm ) 起泡剂 起泡剂浓度/% 名称0.02 0.03 0.04 0.06 0.08 0.10 SD 0.986 0 0.988 0 0.988 7 0.988 5 0.988 9 0.989 0 OP 0.987 0 0.985 0 0.986 0 0 984 0 0.985 0 0.985 0 从表1中不同浓度起泡剂溶液的原始液相密度 数据可以看出,在温度为90 cc的条件下,不同浓度 和种类的起泡剂溶液的原始液相密度相差不大,平 均都在0.985 g/cm 左右。根据经验公式(1)可以 求得不同浓度和种类的起泡剂溶液体系中单个气 从表2中数据可以看出,通过经验公式测得的 泡径的大小在10I4 m数量级,与可视探头观察到的 泡径在同一个数量级。又随着压力的升高,泡沫直 径有变小的趋势,因而高压下,泡沫直径会变小。 3结论 (1)在同一高压条件下,空气泡沫性能随着表 面活性剂浓度的增加呈现增强的趋势;有效浓度为 0.08%时效果最佳,之后随着浓度增加空气泡沫性 能略微下降。 (2)随着压力的增加空气泡沫体积和泡沫半衰 期均增加。 (3)通过可视化探头测定的泡沫直径大小与经 验公式的比较,发现实验室测定结果与之相当,为 下一步泡沫微观机理研究提供参考价值。 参考文献 1孔梅.三次采油用泡沫剂性能评价研究.内蒙古石油化工, 2011:20:12—13 2刘泽凯.泡沫驱油在胜利油田的应用.油气采收率技术,1996;3 (3):23—-29 3 王军志.高温高压条件下DP—4泡沫剂的稳定性能评价.油气 地质与采收率,2009;16(1):66—68 4杜建芬,张倩,郭平,等.高温高压下DP__4泡沫性能实验 研究.石油与天然气化工,2008;37(3):223—224 5 Balas A,Kulozik U.The influence of the pore size,the foaming tern— perature and the viscosity of the continuousphase on the properties of foams produced by membrane foaming[J].J Membrane Sci,2003; 220(1):5—11 6 Izgie D E.Foam stabilization by protein-polysaccha—ride complexes. Coll SurfA:Physicochem EngAsp,1996;113(2):191_2叭 7饯昱.泡沫复合驱泡沫稳定性及影响因素研究.大庆石油地 质与开发,2001;20(2): 8樊西惊.原油对泡沫稳定性的影响.油田化学,1997;14(4): 384—_388 (下转第710页) 7l0 科学技术与工程 13卷 Experimental Study on Bearing Characteristics of 16MnR Steel Short Cylinders under Internal Pressure LIU Bing ,ZHANG Hong.wei ,YUANG Xiao—hui ,LIU Cen ,WU Yuan—xiang ,LIU Xiao—ning ’ (Department of Mechanical Manufacture Engineering,Wuhan Polytechnic College of Software and Engineering ,Wuhan 430205,P.R.China; School of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan Institute of Technology ,Wuhan 430205,P.R.China) [Abstract] Based on test analysis about bearing characteristics of 16MnR steel thin-walled internal pressure short cylinder,the experience formula about short cylinderg yield and blasting strength calculation,and a critical length calculation formula about the distinction of long and short internal pressure cylinder is established.Research indicates that:standard oval seal head and disc shaped seal head can improve the yield and blasting strength of 16MnR steel system thin.walled internal pressure short cylinder.The yield and blasting strength enhancement of standard oval seal head on short cylinder is larger and wider than that of disc shaped seal head. [Key words] 16MnR steel imental study steel thin—walled internal pressure cylinder bearing characteristics exper’ ; 、 ) 、0 (上接第696页) 9黄涛,蒲万芬.抗温抗盐泡沫体系优选及油藏条件下co 、N 、 10郭万奎,廖广志,邵振波,等.注气提高采收率.北京:石油工业 出版社,2003:103—153 烟道气泡沫性能研究.内江科技,2011;7:19—2O Researching the Performance Parameters of Foam under the High Pressure HUANG Hao ,LI Hua.bin ,NIU Zhong—xiao ,HUO Long-jun ,SUN Qian ,WU Can (College of Energy Sources,Chengdu University of Technology ,Chengdu 610059,P.R.China;State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation in Chengdu University of Technology ,Chengdu 610059,P.R.China) [Abstract]The reservoir temperature is focused on in Hejian Dongying of Huabei petroleum,and carried out the air foam performance evaluation experiments about SD foaming agent in high temperature and high pressure. Research results show that in the 10 MPa pressure,the performance of foaming agent is best when the effective con— tent density is 0.08%.The volume of oam is up to 1 972 mL and the half-liffe of foam is 2 422 s.To evaluate the effective concentration of 0.08%SD foaming agent under the different pressures,the results show that the foam performance improve under the hilgh pressure,the volume of air foam and half—life of foam growth rate to 8.45% and 55.56%,respectively.Conducting the experiments on SD and OP foaming agent in visualization condition which measured the SD and OP foam diameter is about 4.7 14 x 10。4 m.This numerical value are similar to the val— ue that the experience formula are calculated. [Key words] foaming agent foam oam difameter high temperature and high pressure the volume of oam fthe half-life of