驱油用泡沫体系的稳定性，基于&烯烃磺酸钠发泡体系，选择了具有增粘作用的稳泡剂——平均分子量（molec¬ular weight， MW) 为 300 万， 1 000 万和 200 万〜1 400 万的聚丙烯酰胺和羧 甲基纤维素钠

(carboxymethyl cellulose, CMC),以及具强.化液膜质量作用的稳泡剂辛醇和十二醇.通

过加入不同浓度不同类型的稳泡剂，研究了稳泡剂对泡沫体系的发泡性能、稳定性及油水界面 张力的影响.结果表明：聚丙烯酰胺降低了泡沫体系的发泡能力和稳定性，驱油用泡沫体系的稳定性，同时使得油水界面 张力有所上升；CMC在适当浓度下可增强泡沫的稳定性；醇类对泡沫体系的稳定性造成了严 重影响.

近年来，随着勘探技术的进步，我国的石油地质资源和可采量分别比2005年增长了 15% 和9.9%.由于新发现的油藏均属稠油、深层油和低渗透油等，开采难度大，因此给现有的开采 技术带来了严峻的考验.与此同时，由于多年开展蒸汽驱、蒸汽吞吐、聚合物驱等三次采油技术，国内众多的具有较成熟采油技术的油田普遍出现了采出液含水率高等问题[11.泡沫驱油作 为一种新兴的三次采油技术，特别适用于非均质严重和低渗透的油藏开采.泡沫驱可有效控制 气体在油藏中的移动速度，防止气体在重力作用下出现超覆和气窜现象.此外，由于泡沫驱流 体含表面活性剂，因此可有效驱替因毛细管力和吸附力而被圈捕的剩余油.由于泡沫驱具有选 择性封堵作用，可改善油藏整体渗透能力，并最终实现增油降水的目的，因此越来越受到人们 的重视泡沫体系作为热不稳定体系，容易受油藏温度、矿化度、渗透率及含油量的影响，因 此研究泡沫体系在高温高盐条件下的稳定性具有重要意义.

増强泡沫体系的液相粘度和强化泡沫液膜质量，一直是增加泡沫稳定性的两个重要手段. 为此，选择适合泡沫体系的稳泡剂具有重要的研究意义.按照作用方式可将泡沫稳定剂分为两 类：①增粘型稳泡剂，可通过提高泡沫体系基液粘度来降低液膜所含溶液的流失速度，降低气 泡间气体的扩散速度，使泡沫体系稳定性增加；②用于强化液膜质量的稳泡剂，其本身不会增 加溶液基液粘度，但它的加入有助于提高泡沫气液界面表面活性剂分子的排列质量，并具有空 间填补作用，可降低表面活性剂分子间的排斥力，从而提高泡沫稳定性通常采用的稳泡剂 有表面活性剂、食品乳化剂、蛋白质、聚合物以及纳米颗粒等1^.本工作研究了油田应用较 多的两类稳泡剂对泡沫体系的影响，并分析了其作用机理.

1实验部分

1.1试剂和仪器

实验用水：自制模拟地层水，总矿化度为30 000 mg/L,其中钙镁离子的质量浓度为 800 mg/L (见表 1).

表1模拟地层水的组成

Table 1 Composition of simulate waterg-L

项目成分

NaClCaCl2-2H20MgS02-7H20

质量浓度27.881.474.12

实验药品：a-稀烃磺酸钠(a-olefin sulfonate, AOS,含量>97%)购自台湾新日化工有限 公司；分子量（molecular weight, MW)为300万的聚丙烯酸胺(含量>85%)、分子量为1 000 万的聚丙烯酰胺(含量>90%)、十二醇（化学纯）购自国药集团化学试剂有限公司；分子量为 200万〜1 400万的聚丙稀酷胺和羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose, CMC,粘度>1 200 MPa.s, USP级)购自阿拉丁试剂有限公司；辛醇(分析纯)购自上海凌峰化学试剂有限公 司；原油样品由胜利油田提供.

实验仪器：STV20旋转滴界面张力仪（德国Data Physics公司)；根据GB/T 13173.6-91 测定洗涤剂发泡力的Ross-Miles泡沫仪2151型，上海申立玻璃仪器销售有限公司.

1.2 实验方法

采用质量百分比浓度为0.30%的AOS溶液作为发泡体系，将不同质量的待测稳泡剂加入 溶液中，通过Ross-Miles泡沫仪测得起泡体积％和泡沫破灭半衰期如.5,并与原始发泡剂溶 液的起泡体积和泡沫破灭半衰期进行对比.采用SVT20旋转滴界面张力仪，测得加入了稳泡 剂的AOS表面活性剂溶液与胜利原油间的界面张力值，并与原始发泡剂溶液进行对比，研究 可能适用于复配型耐温抗盐泡沫体系的稳泡剂.

2结果与讨论

2.1稳泡剂对泡沬性能的影响

0.050.100.150.200.250.30

Concentration of HPAM (MW= 10 000 000) (b) HPAM (MW=10 000 000)对泡沫体系的影响

00

2

150

100

.sUI/5、

o 5 2 1

10

0

o o o o

0 5 0 5 6 5 5 4

0.050.100.150.200.250.30

Concentration of HPAM (MW=2 000 000-14 000 000)

(c) HPAM (MW=2 000 000〜14 000 000)对泡沬体系的影响

.sUI/lrl.o;

o o o o

5 0 5 0 3 3 2 2

Concentration of lauryl alcohol (f)十二醇对泡沫体系的影响

Concentration of octyl alcohol (e)辛醇对泡沫体系的影响

本研究采用Ross-Miles泡沫仪研究了稳泡剂对发泡剂溶液泡沫性能造成的影响.用起泡 体积表征发泡剂的发泡能力（F〇越大表示发泡能力越好)，并将实验结果中产生的泡沫高度 折算为起泡体积用泡沫破灭半衰期表征泡沫体系的稳定性，ta5越大表示体系稳定性 越高.在85 °C和总矿化度为30 000 mg/L的高温高盐条件下，测得0.30%AOS发泡剂溶液的 起泡体积Vb=650 mL,泡沫破灭半衰期ta5=290min.图1列出了将不同类型与浓度的稳泡剂

图1不同类型和浓度的稳泡剂对泡沫体系的影响 Fig.l Effects of different types and concentrations of stabilizers in the foaming system

加入0.30% AOS发泡剂溶液后，对发泡剂溶液起泡体积％与泡沫破灭半衰期tQ.5的影响，其 中 HPAM 为部分水解聚丙烯酰胺（partially hydrolyzed polyacry lamide).

由图 1 可知，聚丙烯酰胺 HPAM (MW=3 000 000)，HPAM (MW=10 000 000), HPAM (M\V=2 000 000〜14 000 000)、羧甲基纤维素钠CMC、辛醇和十二醇6种稳泡剂的加入均降 低了 AOS 发泡剂溶液的发泡性.HPAM (MW=3 000 000)，HPAM (MW=10 000 000)，HPAM (MW=2 000 000〜14 000 000)和CMC作为增粘型稳泡剂对发泡能力影响的总趋势是一致的. 随着该类稳泡剂浓度的增加,AOS发泡剂溶液的发泡能力均呈下降趋势,且当加入的稳泡剂量 相同时，下降幅度由大到小排列如下：HPAM(MW=2000000〜14000000)>HPAM(MW=10 000 000)>HPAM (MW=3 000 000)>CMC.当加入用于强化液膜质量的稳泡剂辛醇和十二 醇后，出现了与增粘型稳泡剂不同的改变起泡能力的现象.分别加入了 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.18%和0.20%辛醇的AOS发泡剂溶液，在研究范围内，％先下降到最低值479 mL,之后 随着辛醇加入量的递增，发泡能力出现逐渐上升的的现象.分别加入了 0.05%, 0.10%, 0.15%， 0.18%和0.20%十二醇的AOS发泡剂溶液，在研究范围内，Vb先下降到最低值476 mL.但 随着十二醇加入量的增加，发泡体积也随即上升，并在0.15%十二醇加入量处出现了最大值 516 mL.之后，随着加入量的进一步增加，发泡体积又出现了下降趋势.

增粘型稳泡剂 HPAM (MW=2 000 000〜14 000 000), HPAM (MW=10 000 000)，HPAM (MW=3 000 000), CMC的加入均降低了泡沫体系的发泡能九这可能是因为增粘型稳泡剂大 大增加了发泡溶液的粘度，使得泡沫在形成阶段由于泡沫液膜的高粘度而不易膨胀增大，致使 发泡能力降低.加入辛醇和十二醇会增加表面活性剂在溶液中形成胶束的能力，这可能是与吸 附在气液界面的表面活性剂分子量减少，使得形成泡沫的数量也相应减少有关.但可以看到， 随着醇类加入量的增加，驱油用泡沫体系的稳定性，发泡能力出现小幅增长趋势.这可能是由于醇类分子也具有两亲结构 性质，可吸附在气液界面上发挥表面活性剂的作用，因此随着醇类加入量的增加，发泡体积出 现小幅增加.

由图1还可以看到，稳泡剂的加入并未增加泡沫体系的稳定性，在85 °C和总矿化度为 30 000 mg/L的高温高盐条件下，0.30% AOS发泡剂溶液测得的泡沫破灭半衰期为ia5= 290 min.在本实验条件下，除了加入0.10%和0.20%的CMC对发泡剂溶液的稳定性有促进 作用外，就总趋势而言，随着稳泡剂加入量的增加，泡沫破灭半衰期均出现了逐渐下降态势.当 加入的稳泡剂量相同时，对<0.5的削减幅度由大到小排列如下：辛醇>十二醇>HPAM (MW= 10 000 000)>HPAM (MW=2 000 000 〜14 000 000)>HPAM (MW=3 000 000)>CMC,其中 醇类对泡沫稳定性的削减最为严重.从图1中可看出，加入0.05%辛醇已对0.30% AOS发泡 剂溶液的t〇.5造成了严重影响，仅为7.5 min，加入0.20%辛醇使如.5仅为4 min;当十二醇加 入量为0.05%时，0.30% AOS发泡剂溶液的纪.5为19.5 min，当十二醇加入量为0.20%时，亡0.5 仅为6 min.

本研究所使用的3种聚丙烯酰胺稳泡剂均属部分水解阴离子聚丙烯酰胺，它们在水中的 溶解能力由大到小排列如下：HPAM (MW=3 000 000)>HPAM (MW=10 000 000)>HPAM (MW二2 000 000〜14 000 000).具有水溶解性能的聚丙烯酰胺是水活高分子，在其分子链中 含有亲水基团（如一COONa).聚丙烯酰胺一旦加入水中，其亲水基团就会在水中发生解离， 高聚物分子链因亲水基的亲水作用在表面形成溶剂化膜.水化后的高分子聚丙烯酰胺分子还 可能在溶液中形成空间网络结构，从而大大增加了高分子相对移动时的内摩擦力，使水溶液 粘度提高.一般来说，在泡沫体系中加入少量的聚丙烯酰胺作为稳泡剂，可延长泡沫破灭半衰 期f〇.5，但在本研究却产生了相反效果，即随着聚丙烯胺浓度的增加，对AOS发泡剂溶液泡沫 稳定性的削减越严重.在相同浓度下，分子量越大且水溶解力越低的聚丙烯酰胺对泡沫稳定 性的影响也越大，这可能是由于本实验高矿化度的环境对聚丙烯酰胺的影响所造成的.盐溶 液中的阳离子Na+，Ca2+, Mg2+可能会在聚丙烯醜胺一COO-附近积聚，从而降低了部分水 解聚丙烯酰胺连接之间的静电斥力，使其分子间的卷曲团聚程度增加181,影响其在水溶液中的 分布形态.溶液中的聚丙烯酰胺相对分子量大，新形成的泡沫会受到平衡边界压力，液膜会向 压力较低的Plateau交界处流动，且高温也加快了液膜液体的流动速度.泡沫属于热不稳定体 系，当含有卷曲高分子聚丙烯酰胺的溶液在Plateau交界处积累到一定程度时，卷曲的HPAM 分子对AOS发泡剂溶液中表面活性剂的自由分散具有一定的空间阻碍作用，因此减弱了气液 吸附层的泡沫弹性.脆弱的泡沫不能通过Gibbs-Marangoni效应进行有效的自我修复，并在 Plateau交界沉重压力下出现坍塌，从而加快了整体泡沫的破灭速度[9L因此，在高温高盐的实 验条件下，聚丙烯酰胺并不能作为有效的稳泡剂.

CMC作为阴离子型纤维素醚，含有亲水基团一COONa,而亲水基团会在水中发生解离. 竣甲基纤维素分子链因亲水基团的亲水作用而在表面形成溶剂化膜，增加了高分子相对移动 时的内摩擦力，使水溶液粘度提高.由于CMC的相对分子量远小于聚丙烯酰胺，因此在相同 浓度下，CMC对水溶液的增粘效应不如HPAM显著.从图1可知，当CMC加入量为0.10% 和0.20%时，AOS发泡剂溶液的泡沫破灭半衰期^.5分别为338和318 min,高于单纯的AOS 发泡剂溶液t〇.5 (290 min).但随着CMC浓度的进一步增加，^.5呈递减趋势且少于290 min. 这可能是由于CMC在低浓度时增加了基液的粘度，且基液粘度的增加减缓了气泡内气体的 渗透效应.当CMC加入量大于0.20%时，泡沫液膜过于粘稠，且泡膜液体在平衡边界压力作 用下，驱油用泡沫体系的稳定性，流向压力较低的Plateau交界.当Gibbs-Marangoni的自我修复速度低于基液积聚速度 时，泡沫就容易发生垮塌，致使泡沫稳定性降低.在本实验条件下，相比CMC与HPAM两类 增粘型稳泡剂，可明显看到HPAM对泡沫稳定性的削弱远大于CMC.

本工作还研究了辛醇与十二醇两种强化液膜质量型的稳泡剂.从图1可知，这两种醇类的 加入并没有增加泡沫体系的稳定性，反而大幅度地降低了泡沫体系的稳定性.一般来说，醇类 是一种直链的极性有机物，它可以在气液界面上进行定向吸附，填补表面活性剂分子在气液界 面上吸附时留下的空隙，从而提高液膜的致密性和机械强度，进而提高泡沫的稳定性和发泡体 积[1Q1.但在本研究的高盐高温实验条件下，醇类并不能有效增加泡沫的稳定性，这可能是由于 醇类的加入大大提升了表面活性剂形成胶束的能力，使得气液界面吸附的表面活性剂分子量 减小，从而导致泡沫稳定性降低.辛醇对泡沫稳定性的削弱能力大于十二醇，这可能是由于辛 醇在85 °C高温下易挥发.在泡沫体系中，由于基液内含有辛醇，因此辛醇的挥发扰乱了泡沫 气液膜的有序性，进一步增加了泡沫体系的不稳定性.

2.2稳泡剂对油水界面张力的影响

采用SVT20旋转滴界面张力仪研究稳泡剂对0.30%AOS发泡剂溶液与胜利原油的界面 张力造成的影响，并以IFT (interfacial tension)值衡量界面张力的大小：IFT值越小说明溶液 与胜利原油间的界面张力越小；IFT值越大则说明溶液与胜利原油间的界面张力越大.表2列 出了不同类型与浓度的稳泡剂加入0.30% AOS发泡剂溶液后对界面张力IFT值的影响•

在85 °C和总矿化度为30 000 mg/L的高温高盐实验条件下，0.30% AOS发泡剂溶液与 胜利原油间的界面张力IFT值为0.110 mN.m-1.本工作研究了 6种稳泡剂对AOS溶液与胜 利原油界面张力的影响，其中不同类型的稳泡剂用量范围是根据文献调研和实验经验确定的， 因此并非所有的稳泡剂研究浓度值及浓度范围均一致.实验结果如表2所示.

从表2的数据结果可以看出，3种HPAM增粘型稳泡剂均使0.30% AOS溶液与胜利原油 间的界面张力出现上升趋势：相同浓度下的HPAM稳泡剂的相对分子量越高，IFT值的增加 值越大；对于同种HPAM稳泡剂，随着加入量的增加，IFT值也越大.由于高矿化度溶液中的 阳离子Na+, Ca2+, Mg2+可能会在聚丙烯酰胺一COCT附近积聚，降低部分水解HPAM间 的静电斥力，使其分子间的卷曲团聚程度增加.团聚的HPAM以及表面活性剂基液浓度的增 加，对表面活性剂扩散到油水界面产生了一定的阻碍作用，驱油用泡沫体系的稳定性，且由于粘度的增加不利于表面活 性分子的疏水基插入油相中，因此加入HPAM稳泡剂的AOS溶液与胜利原油间的界面张力 出现了上升趋势.此外，随着HPAM相对分子量的增加，分子因团聚形成的团聚体积更庞大， 并由于长链分子对AOS的迁移产生了一定的阻碍作用，使得加入的HPAM相对分子量越大， IFT值的增加越为显著.

表2不同类型与浓度的稳泡剂对AOS溶液与原油间界面张力的影响 Table 2 Effect of different types and concentrations of stabilizers on the oil-water interfacial tension in the AOS solution

界面张力值/(mN*m一 ”

/〇HPAM (300万）HPAM (1000万）HPAM (200万〜1 400万）CMC十二醇辛醇

0.050.1420.1510.148—0.1090.102

0.100.1430.1530.1610.1240.1000.098

0.150.1460.1570.160—.0.0980.094

0.18———0.1280.0950.093

0.200.1520.1630.167—0.0950.093

0.250.1560.1730.1980.131——

0.300.1700.1900.209———

0.40——0.129——

0.50———0.135——

由表2还可以看出，CMC的加入同样会使AOS溶液与胜利原油间的界面张力值有所上 升，但其影响作用并不如相同浓度下HPAM的显著.这可能是因为CMC的相对分子量远低 于HPAM,且CMC在溶液中的水溶性高于HPAM，加入了 CMC的AOS溶液显得均匀透明， 只是溶液粘度有所上升.即使CMC分子中的一C00-因溶液的高矿化度而出现团聚效应, 但由于其分子量相对较小，不会出现大体积的团聚.CMC的加入会对AOS溶液与胜利原油 之间的IFT值产生增大效应.这可能是由于溶液浓度增加导致AOS分子扩散吸附到油水界面 出现了一定阻力，使得单位面积的AOS分子量减小而形成的.此外，辛醇和十二醇的加入，略微降低了溶液与胜利原油间的IFT值.这可能是因为辛醇和十二醇原本并无增粘作用，但从醇 类分子结构来看，驱油用泡沫体系的稳定性，辛醇和十二醇具有类似于表面活性剂分子的结构，一R为疏水基，一0H为 亲水基，且醇类相对于表面活性剂分子具有更小的分子结构，因此在一定程度上可填充油水界 面中表面活性剂分子吸附的空隙，使得总体表面活性剂分子在水相和油相的分配数量更大，从 理论上有利于降低界面张力，且IFT值的下降效果随着醇类总量的增加而略微增强.

3结束语

综上所述，由于HPAM的加入降低了 0.30% AOS发泡剂溶液的发泡能力和稳定性，同时 增加了溶液与胜利原油间的界面张力.鉴于聚丙烯醜胺是油田实践使用最广泛的稳泡剂，因此 使用分子量较小的HPAM作为复配泡沫体系的稳泡剂是可行的.当CMC的加入量为0.10% 和0.20%时，可提高泡沫的稳定性，因此可选用CMC作为研究复配泡沫体系的稳泡剂.由 于醇类对泡沫体系的稳定性会造成严重影响，因此在本研究实验条件下，醇类不适合作为稳 泡剂.

本文推荐企业：山东东达纤维素有限公司（http://www.sdcmcchina.com/)，是专业的羧甲基纤维素钠，羧甲基淀粉钠，黄原胶生产型企业，专业生产羧甲基纤维素钠，羧甲基淀粉钠,黄原胶。拥有雄厚的技术力量，先进的生产工艺和设备。东达纤维素有限公司全体员工为海内外用户提供高技术,高性能，高质量的产品。热忱欢迎国内外广大客户合作共赢。