高温对泡沫排水剂性能的影响.pdf
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1、第 2 9 卷第 1 l 期 天然气工业 高温对泡沫排水剂性能的影响 李 农 。 蒋华全。 曹世 昌。 缪海燕 罗远平。 谢 惠勇 1 西南石油大学 2 中国石油西南油气 田公司勘探开发研究院 3 中国石油西南油气 田公司重庆气矿 4 中国石化西南油气分公 司勘探开发研究院 李 农 等 高 温 对 泡 沫排 水 剂 性 能 的影 响 天 然 气 工 业 , 2 0 0 9, 2 9 ( 1 1 ) : 7 7 7 9 摘 要 随着越来越多的深层 气藏被发现, 其埋藏深、 地温梯度高和产 出地 层水 的f - j 题 , 已经影响到气藏开发 中后 期甚 至 开 发初 期 气 井 的 正 常生 产
2、 , 降 低 了气 藏最 终 采 收 率 。针 对 该 类 气 藏 特 点 , 对 温 度 造 成 泡 排 剂 性 能 变 化 作 了初步 的研究和探讨, 从温度 对泡沫稳定性、 表面活性剂 的起泡性、 表 面活性剂胶团聚集数的影响三个方面阐述 了温度对泡排剂性能的影响; 指 出温度对泡排剂的影响主 要表 现在 对主要成分表面 活性 剂的起泡性能、 稳泡性能 以及 分子结构三个方面 ; 提 出了高温下具有优 良性能 的泡排 剂要选 择热力学稳定性好 的、 亲水基 团尽 量位 于分 子 链的中段 、 分 子量不宜过 大而且具有低表面张力的离子型表 面活性剂的认识; 进 而研制 了在高温条件 下适
3、 用的泡 沫排水剂一 一 KF S Y。实验结果验证 了该泡沫排水剂在高温条件下 的良好起泡和稳泡性能。 关键词 温度 泡沫排水剂 表面活性剂 分子结构 稳定性 排水 采气 研究 DOI : l 0 3 7 8 7 J i s s n 1 0 0 0 0 9 7 6 2 0 0 9 1 1 0 2 4 泡沫排 水 采气 技 术是 四川 气 田应 用最 为 成熟 、 效果 最好 的排 水 工 艺l 1 。随着 勘探 的不 断 发 展 和 深入 , 越来越 多的深层气藏 被发 现 , 例 如 大庆油 田的 火 山岩气藏 , 四川 盆 地 的 飞仙关 组 、 长 兴 组 气 藏等 。 该类 气藏都存
4、在埋 藏深 、 地 温梯 度高 的特 点 , 还 存在 产 出地 层水 的 问题 , 这影 响 到气 藏 开发 中后 期 甚 至 开 发初 期气 井 的正 常生 产 , 以至降 低气 藏 的最 终 采 收率 。针对上 述气 藏 的特 点 , 对 温度 造 成 泡 排剂 性能 变 化进 行 了研 究 和探 讨 。对 于泡 沫 排 水 剂 来 说 , 最关 心的是“ 起泡 力 ” 和 “ 泡 沫 稳 定性 ” 。因此 研 究温度 对泡沫排水 剂性能 的影 响实际 就是研 究 温度 对主要 成分表面 活性剂 的影 响和影 响程度 。 度 和表面膜强度 两个方 面来分 析影 响泡沫 稳定 性 的 主要
5、 因素 。 表 1 温度 对 泡 沫性 能的 影 响 表 不同温度下的 起泡剂 泡沫参数 A B C D E 注 : 基液为含质量分数 0 5 发泡剂的水溶液体系。 1 温度对泡沫稳定性的影响 1 1 温 度对表面 张力的影 响 由于泡 沫是 热力 学 不稳 定体 系 , 温度 升 高对 泡 沫稳定性有 较大影 响 。前人 已就温 度对 泡沫 稳定 性 的影响作 了一定 的研究 。 由表 1可 看 出 , 随温度 升 高 , 泡沫 质量 下 降 , 半 衰期 明显缩 短 , 体系稳 定性变差 。 泡沫破 坏 的过 程 , 主 要是 隔开 气 体 的液膜 由厚 变薄 , 直至破 裂的过程 。因此
6、 , 泡沫 的稳 定性 主要 决 定 于排液 的快慢 和液膜 的强度 。以下从影 响 液膜 厚 泡 沫生成时 , 液体表面 积增加 , 体 系的 能量也 相 应增加 ; 泡沫破坏 时 , 体系 的能量 则相 应下 降 。同一 物质 的表面 张力 因 温度 不 同 而不 同 。温度 升 高 时 , 物质膨胀 , 分子 间的距 离增大 , 同 时分子 的热 运动 也 加剧 , 导致分 子 问 的 吸引 力减 弱 , 故 表 面 张力 降低 。 当温度升 高到 接 近 临界 温度 时 , 气一 液 界 面逐 渐 消 失 , 表面 张力 趋于零 。 从 能 量观 点考 虑 , 低 表面 张力 对 于泡
7、 沫 的形成 作者简介 : 李农 , 1 9 7 4年生 , 高级工程师 , 硕士 ; 从事泡沫排水采气技术研究工作 地址 : ( 6 1 0 0 5 1 ) 四川省成都市府青路一 段 1号 。 电话 : ( 0 2 8 ) 8 6 0 1 5 5 5 3 。 E ma i l : l i n o n g t t s i n a c o rn 7 7 天然气工业 2 0 0 9 年 l 1 月 比较有 利 ( 就 是 说 , 生成 相 同总表 面 积 的泡 沫 , 可 以 少做功 ) , 但不 能保证泡 沫有 较好 的稳 定 性 。只有 当 表面膜有 一定强 度 、 能形 成 多面体 的 泡沫
8、 时 , 低 表 面 张力才有 助于泡 沫 的稳 定 。根据 L a p l a c e公式 , 液膜 交界 处 与平 面 膜之 间 的压 差 与 表面 张 力成 正 比 , 表 面张力低 则压差 小 , 因而排 液速度 较 慢 , 液膜 变 薄较 慢 , 有 利于稳 定_ 4 。 1 2温度对 表面黏 度、 溶液 黏度的 影响 决 定 泡沫 稳定 性 的关 键 因素在 于液膜 的强 度 , 在 实验上 即以表面 黏度为其 量 度 。表 面 吸 附膜 的强 度越 大 , 表 面黏度越 大 , 泡沫 的寿命 也 就越 长 。表 面 膜 的强 度 与表 面 吸 附分 子 问 的相互 作 用有 关
9、, 相互 作 用大者膜 强 度 亦 大 。若 液 体 本 身 的 黏度 较 大 , 则 液 膜 中的液 体不易 排 出, 液 膜厚 度变 小 的速 度较 慢 , 从 而 延 缓 了 液膜 破 裂 时 间 , 增 加 了泡 沫 的稳 定 性 。 温 度升高 , 物 质膨 胀 、 分 子 问 的距 离 增 大 、 分 子 的 热 运 动加剧 、 分子 间的 相 互作 用 减 弱 , 故 表 面 黏度 、 溶 液 黏度均 降低 。 总之 , 温 度 对 液体 或 溶液 黏 度 的影 响是 不 可 忽 视的 。因此 , 要维 持或加 强泡 沫 的稳定 性 , 不 仅要 寻 找能 够 提供 具 有低 表
10、 面张 力的 表面 活 性剂 , 而 且 还 要通 过加入一些 添加 剂来增 强表 面 活性 剂溶 液体 系 的黏 度 、 增加 液膜 的厚 度 、 提 高 液膜 的强 度 。 由于液 膜 的厚度增 加 , 必然 会增加 泡 沫的含 水 率 , 对 于 排 水 采气 工 艺来 说 , 就是 泡沫 排 水 剂 的携 水性 能 得 到进 一 步加强 。 2 温度对表面活性剂起泡性的影 响 表 面活性剂 的分子链 在 高温 高压环 境 下有 可 能 产生 断裂 、 卷 曲 , 从 而破 坏 表 面 活性 剂 的表 面 活 性 , 降低 表面活性 剂的起 泡性 能 。而 且一 旦 表 面活性 剂 分子
11、链 发生 断裂 、 卷 曲 , 对表 面 活性剂 性 能 的影 响是 决定 性 的 , 且 是不可 逆 的( 图 1 ) 。 叠珏 发 生 断 裂 计 分予链 发, 抓曲 皿 皿 图 1 分 子 链 发 生断 裂和 扭 曲圈 泡沫是一种分散体 系, 气体是分散相 ( 不 连续 相) , 液 体是分散 介质 ( 连续 相) 。由 于气体 与 液体 的 7 8 密度 相 差很 大 , 故 液 体 中 的气 泡 总 是很 快 上升 至 液 面 , 形成气 泡聚集 物 。 从 化 学结 构 上 考虑 , 表 面活 性 剂是 一 种两 亲 分 子 , 分 子 的亲油部 分一般 由碳 氢 原子 团 ( 烃
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