部分水解聚丙烯酰胺對烯烴磺酸鈉泡沫性能的影響引言

大慶油田主力油層進行大規(guī)模聚合物驅工業(yè)化推 廣已過10年，目前有13個區(qū)塊進入了后續(xù)水驅階段。 由于聚合物驅后仍有一部分聚合物滯留在高滲透層， 聚合物波及到的中低滲透層也會滯留聚合物，經(jīng)過后 續(xù)注水的沖刷，一般認為聚合物驅后油層的非均質性 也會進一步増大⑴。因此，選擇合適的驅替介質是進 一步提高聚合物驅后油藏原油采收率的重要前提。

泡沫一般是由內(nèi)充氣體、泡沫基液形成的分散體 系，其中的液體是連續(xù)相，氣體是不連續(xù)相。而泡沫基 成。泡沫流體的密度低、黏度大、具有剪切稀釋特性， 這些特征使其在油田鉆井、完井、采油、作業(yè)中具有一 定的應用前景。Bond和Holbrook[2]于1958年首次提 出用泡沫作為流度控制劑的思想，部分水解聚丙烯酰胺對烯烴磺酸鈉泡沫性能的影響,加拿大提高原油采 收率研究所和美國新墨西哥礦業(yè)學院、加州理工大學、 奧斯丁大學對泡沫技術進行了 20多年的研究。

液1般是由液體、發(fā)泡劑和穩(wěn)、泡劑按1定比例配制而ishi]沫體系中的穩(wěn)、定作用[5’6] ,Zhang Gu—等[7]研究也表

目前，國內(nèi)外聚合物増強泡沫體系的研究主要集 中于泡沫在多孔介質中的流動性能及驅油性能。H uh C[3]等人的巖心驅替實驗模型證明，具有聚合物組分的 泡沫體系視黏度比沒有聚合物存在情況下更容易剪切 變稀^。Sydansk利用填砂管模型研究了聚合物在泡

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6 5 4 71 LU.NS) /-R^B*

明,在一定條件下,具有聚合物組分的泡沬體系的驅油 效率大于單獨聚合物驅的驅油效率。勝利孤島油田近 年來也對“聚合物泡沬”進行了室內(nèi)研宄和小型礦場試 驗「'效果較好;大慶油田近年來也以降低界面張力為 主要條件,進行了泡沬復合驅礦場試驗。但無論是 Huh C、Sydansk還是Zhang Guoyin等人所研宄的“增

效的聚合物泡沫”（PolymerEnhanced Foam),都

只限于驅油機理上的描述及滲流理論的證明[1(0111。本 文對泡沬體系組成、泡沬中各組分間的相互作用以及 體系中聚合物與表面活性劑的用量比例進行比較深入 的探討。

1室內(nèi)實驗研宄

1.1實驗試劑

本研宄使用氮氣作為發(fā)泡氣體。為提高泡沬的穩(wěn) 定性，需要使用穩(wěn)泡劑，增黏性穩(wěn)泡劑主要有CMC、 XC、部分水解聚丙烯酰胺、可溶性淀粉等，大慶油田使 用部分水解聚丙烯酰胺作為穩(wěn)泡劑。泡沬體系由天然 氣或氮氣、表面活性劑(Of烯烴磺酸鈉)、聚合物組成。

部分水解聚丙烯酰胺(HPAM):大慶煉化公司生 產(chǎn),相對分子質量分別為600X 104、1 000 X 104、1 500 x 104、700x 104,平均水解度為23%,平均固相含量 為92%。ct烯烴磺酸鈉:福建漳州三佳化工有限公司 提供，有效含量35%。實驗用水為去離子水。

1.2實驗儀器與方法

采用羅氏泡沬儀進行泡沬性能評價[71:用氣流法 評價表面活性劑的發(fā)泡性能和產(chǎn)生的泡沬的穩(wěn)定性， 裝置見圖1。以一定流速向多孔介質中注入氣體，多孔 介質的上部盛有一定體積的表面活性劑溶液。記錄注 氣一定時間后的泡沬體積（V。）和停止注氣30 min時 的泡沬體積(Ft),以Ft/V。表示產(chǎn)生泡沬的穩(wěn)定性。評 價泡沬性能時按照國標GB/ T 746294《表面活性劑發(fā) 泡力的測定一改進的Ross-M iles法》的規(guī)定進行。

 

緩沖瓶

圖1氣流法評價泡沬穩(wěn)定性裝置

表面張力和黏度測量：表面張力儀為 Tensionmeter K12,用板法測量:用布氏黏度計

(Brookfield, Model DV-11+ ),在剪切速率為 7.34 s-

時測量二元溶液體系的黏度，所有測試溫度均 為 45 I：。

2部分水解聚丙烯酰胺對Ct烯烴磺酸鈉 溶液性能的影響

2. 1表面張力

泡沬體系具有極大的比表面積，表面張力越低越 有利于泡沬的穩(wěn)定，部分水解聚丙烯酰胺對烯烴磺酸鈉泡沫性能的影響,產(chǎn)生泡沬需要外界輸入的能量越 小,也越有利于產(chǎn)生泡沬，因此表面張力是泡沬體系的 一個重要性質。圖2為表面活性劑濃度與體系表面張 力的關系曲線，其中烯烴磺酸鈉和HP AM組成的二 元體系中部分水解聚丙烯酰胺的濃度為600 mg/kg。 由圖2可見，無論體系中是否含有部分水解聚丙烯酰 胺，當表面活性劑濃度較低時，溶液的表面張力均隨著 表面活性劑濃度的增加而急劇降低;但當表面張力穩(wěn) 定后，表面活性劑濃度對其影響很小。部分水解聚丙 烯酰胺和cf烯烴磺酸鈉都是陰離子型的，負電荷間的 排斥作用決定了二者之間不會有明顯的相互作用，把 部分水解聚丙烯酰胺(相對分子質量為600 x 104)加入 of烯烴磺酸鈉溶液中僅使體系的表面張力略有增加。 這是因為部分水解聚丙烯酰胺的加入增加了溶液的黏 度，降低了表面活性劑分子向氣液界面迀移的速度,較 高的黏度也會降低表面活性劑在界面排列的密度，因 此含部分水解聚丙烯酰胺的a烯烴磺酸鈉溶液表面張 力略高。

80 r

 

♦—未加HPAM溶液 »—加入HPAM溶液

 

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0100020003 00040005000

a-烯經(jīng)磺酸鈉濃度/ (mg.kg )

圖2 Cf烯烴磺酸鈉濃度對體系表面張力的影響

圖3為向濃度為5 000 mg/kg的a烯烴磺酸鈉溶 液中加入不同濃度的部分水解聚丙烯酰胺后體系黏度 和表面張力的變化?？梢?，隨部分水解聚丙烯酰胺濃 度的增加,二元體系的黏度大幅度增加,表面張力也略 有增加,這不利于泡沬的穩(wěn)定，但影響的幅度并不大。

2. 2泡沬性能

2. 2. 1部分水解聚丙烯酰胺濃度對泡沫性能的影響

Ling圖4為部分水解聚丙烯酰胺(相對分子質量為600

 

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500100015002000

HPAM濃度/ (mg.kg_1)

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X 104)濃度為600 mg/ kg條件下，用氣流法評價的Of 烯烴磺酸鈉泡沬性能與其濃度的關系。部分水解聚丙烯酰胺對烯烴磺酸鈉泡沫性能的影響,可見，隨著ct 烯烴磺酸鈉濃度的增加，產(chǎn)生的泡沬體積快速增加，達 到最大值后開始減小，產(chǎn)生泡沬的穩(wěn)定性與泡沬體積 的變化趨勢相同，表明在二元體系條件下，存在最佳的 表面活性劑濃度。由圖4可見,a烯烴磺酸鈉的最佳濃 度在1 000 mg/kg附近。

圖5為Of烯烴磺酸鈉濃度在1 000 mg/kg、5 000

mg/ kg時，用氣流法評價的部分水解聚丙烯酰胺(相對

分子質量為600 x 104)濃度對泡沬性能的影響。在〇f

烯烴磺酸鈉濃度為1 000 mg/kg時(最佳表面活性劑

濃度)，產(chǎn)生的泡沬體積很大，加入部分水解聚丙烯酰胺

后產(chǎn)生的泡沬體積又略有增加;而隨部分水解聚丙烯酰

胺濃度的增加，泡沬的穩(wěn)定性先快速增加,隨后增加的幅

度減小(見圖5a),變化趨勢與表面活性劑的Langmui等

溫吸附曲線類似。當Ct烯烴磺酸鈉濃度為5 000 mg/kg

(非最佳濃度)，在部分水解聚丙烯酰胺濃度較低時，產(chǎn)生

的泡沫體積沒有增加，泡沬的穩(wěn)定性亦沒有改善,甚至使

泡沬的性能變差，只在部分水解聚丙烯酰胺濃度較高時

泡沬性能才明顯改善。由圖可見,部分水解聚丙烯酰胺 © 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publi

100

90

80

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20 10 0

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(b) a-烯烴磺酸鈉濃度5 000 mg/kg

05001000150020002500

HPAM濃度/ (mg.kg_l)

圖5部分水解聚丙烯酰胺濃度對泡沬性能的影響

濃度為300 mg/ kg就可起到穩(wěn)定泡沬的作用。

在用氣流法評價泡沬性能時發(fā)現(xiàn),部分水解聚丙 烯酰胺濃度較低時，溶液的黏度也低，產(chǎn)生的泡沬細密 而均勻；而在黏度較高時，產(chǎn)生的泡沬大而不均勻。根 據(jù)觀察分析，高黏度(大于20 mPa • s)的二元體系產(chǎn)生 的泡沬雖然很穩(wěn)定，但泡沬大小不均勻，并不適合作為 驅替流體。

2. 2. 2部分水解聚丙烯酰胺相對分子質量對泡沫性能 的影響

部分水解聚丙烯酰胺的加入不會明顯影響cf烯烴 磺酸鈉溶液的表面張力，只是增加了溶液黏度,從而提 高了泡沬的穩(wěn)定性。部分水解聚丙烯酰胺的增黏作用 同其相對分子質量直接相關，圖6為用氣流法評價的4 種不同相對分子質量的部分水解聚丙烯酰胺和濃度為 1 000 mg/kg的a烯烴磺酸鈉溶液組成的二元體系的 泡沬性能（泡沬體積和泡沬穩(wěn)定性）與體系黏度的關 系。從圖中可以看出，無論由哪種部分水解聚丙烯酰 胺構成的二元體系，產(chǎn)生的泡沬體積都存在一個隨著 體系黏度的增加而增大的過程，隨后穩(wěn)定或下降；部分水解聚丙烯酰胺對烯烴磺酸鈉泡沫性能的影響,而在 一定部分水解聚丙烯酰胺分子相對質量范圍內(nèi)，泡沬 的穩(wěn)定性隨著體系黏度的增加而增大（見圖6b),但在 相同體系黏度時,部分水解聚丙烯酰胺相對分子質量 的大小對泡沫性能影響不大。

 

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繪圖李秀賢)

黏度 / (mPa.s)

圖6部分水解聚丙烯酰胺相對分子質量對泡沬穩(wěn)定性的影響

2. 3發(fā)泡能力

用羅氏泡沬儀評價ct烯烴磺酸鈉溶液的泡沬性能 時,500 mL的發(fā)泡劑溶液從一定的高度流下，沖擊夾 套量桶底部的50 mL發(fā)泡劑溶液，靠液體的沖擊作用 引入氣體產(chǎn)生泡沬。產(chǎn)生的泡沬體積越大，表示溶液 的發(fā)泡能力越好。圖7為用羅氏泡沬儀評價得到的部 分水解聚丙烯酰胺(相對分子質量為600x 104)濃度對 泡沬體積和體系黏度的影響。向1 000 mg/kg的Of烯 烴磺酸鈉溶液中加入部分水解聚丙烯酰胺，溶液的黏 度逐漸增加，而產(chǎn)生的泡沬體積先是迅速降低,然后降 低的幅度隨部分水解聚丙烯酰胺濃度增加而變緩。溶液的黏度越大，氣體分散于其中越困難,而羅氏泡沬評 價方法的剪切作用是恒定的，因此產(chǎn)生的泡沬體積隨 溶液黏度增加而減小。

3結論

部分水解聚丙烯酰胺是泡沬增強體系中的一個重 要組分，將其加入a烯烴磺酸鈉溶液中，在提高體系黏 度的同時,使體系的表面張力略有增加。二元體系中 存在最佳的表面活性劑濃度,a烯烴磺酸鈉的最佳濃度 在1 000 mg/kg左右，此時產(chǎn)生的泡沬體積和穩(wěn)定性 最大。在最佳表面活性劑濃度下，部分水解聚丙烯酰胺對烯烴磺酸鈉泡沫性能的影響,少量部分水解聚丙 烯酰胺的加入可以明顯提高a烯烴磺酸鈉泡沬的穩(wěn)定 性，泡沬性能的增效作用最好。雖然黏度較大體系的 泡沬穩(wěn)定性較好，但是體系的發(fā)泡能力降低，產(chǎn)生的泡 沬較大，且不均勻。部分水解聚丙烯酰胺僅是通過增 大體系黏度來提高泡沬的穩(wěn)定性，體系黏度相同時，部 分水解聚丙烯酰胺的相對分子質量對cf烯烴磺酸鈉的 泡沬性能沒有明顯的影響。