專利名稱：發泡劑性能的測定方法
技術領域：
本發明屬于石油工業技術領域，涉及對發泡劑性能的測定方法，特別涉及發泡劑高溫性能的測定方法。
背景技術：
泡沫是氣相分散于液相內而形成的一種分散體系，這種分散體系一般很不穩定，含有表面活性劑的液體所生成的泡沫穩定性會大大增強。泡沫體系廣泛應用于石油開發中的泡沫驅油、環保領域中的泡沫分離、冶金工業中的泡沫浮選、消防滅火、日用化妝品、食品
等方面。目前，高溫發泡劑的發泡性能及穩泡性能測定方法無統一標準。國內外針對較低 溫度條件下發泡劑性能測定一般采用Waring Blender法或者Ross-Milles法測定發泡劑溶液的最大發泡體積，而以泡沫半衰期作為表征泡沫穩定性的測定指標。發泡體積越大，則發泡劑的發泡能力越強；半衰期越長，則泡沫穩定性越好。對于石油工業的泡沫驅油而言，泡沫的封堵能力是優選發泡劑的一項重要指標，一般采用泡沫阻力因子來測定多孔介質中泡沫的封堵能力。室內發泡劑的生泡性能測定方法按成泡方公式可分為兩大類，即流動法和攪拌法。而攪拌法又分為兩種，一種是以機械方法攪拌生泡，另一種是將氣體注入到靜止的液體中形成泡沫。泡沫生成后通過測定泡沫體積及其衰減時間來表征發泡劑溶液的發泡性和穩泡性。這些測定方法均是在低于10(TC (Ross-Milles方法為50°C條件下測定發泡體積)條件下進行，無法完成高溫條件下(200°C左右)發泡劑的性能測定。另外，實際應用中泡沫所處的溫度條件是不斷變化的，是一個變溫過程，尤其是高溫蒸汽泡沫在多孔介質中運移過程中，前緣溫度逐漸降低，該過程對發泡劑的發泡性能及穩泡性能都有很大的影響。而目前仍沒有完善的變溫條件下發泡劑的高溫發泡性能及穩泡性能的測定方法。泡沫是一種選擇性封堵劑，其在多孔介質中流動阻力大，表觀粘度高，能有效封堵氣相和水相的流動，對地層具有有效的選擇性封堵調剖作用。室內實驗一般通過泡沫阻力因子衡量泡沫的封堵能力。某溫度條件下，一定流量的氣體和液體在多孔介質中同時流動達到穩定狀態時多孔介質兩端的壓差被稱為基礎壓差。相同溫度條件下，一定流量的氣體和發泡劑溶液在多孔介質中同時流動達到穩定狀態時多孔介質兩端的壓差被稱為封堵壓差。而封堵壓差和基礎壓差的比值被稱為阻力因子。多孔介質中泡沫的封堵能力受到發泡劑溶液濃度、氣液比、儲層滲透率、含油飽和度、溫度等多種因素的影響。低溫條件下泡沫封堵能力的動態測定方法已經成熟，高溫條件下泡沫的封堵能力測定也有一套可操作的標準。但是高溫泡沫一般用于改善稠油油藏蒸汽驅的開發效果，注蒸汽條件下泡沫的封堵性能實驗方法及測定方法仍不完善，尤其是變溫條件下高溫發泡封堵性能的動態測定方法沒有統一的標準。目前，常壓低溫條件下發泡劑的發泡性能測定方法包括以下方法(I)發泡劑發泡能力及穩泡能力測定方法-GB/T7462-1994《洗滌劑發泡力的測定》
該方法確定了常壓低溫條件下發泡劑的發泡性能測定方法。在該標準中，以一定流速和流量的氣體通過定量的發泡劑溶液，泡沫在有刻度的容器中形成。通過記錄不同氣液比條件下的泡沫體系的高度和泡沫半衰期，從而表征泡沫體系的發泡能力和穩定性能。該測定方法稱為羅斯法(Ross-Milles法)，是目前國際最通用的表面活性劑起泡能力檢測方法，并被ISO國際標準采用且定為IS0-696-1975。我國參照羅斯法，先后制定了幾個相關的檢測標準和檢測方法，如原輕工部頒部標準QB510-1984，國標GB/T7462-1994等。因此，目前羅斯法在國內外被廣泛地采用，已經成為主導性的檢測方法。其檢測過程為將滴液管注滿200ml試液，滴液管垂直安放到事先預備好的管架上，使溶液流到刻度管的中心，滴液管的出口應置于900mm刻度線上。刻度量管中裝有50ml試液，從刻度管底部注入。打開玻璃管活塞，使溶液流下，當滴液管中的溶液流完時，立刻記錄泡沫高度。重復以上實驗2 3次，每次試驗前必須將管壁用試液沖洗干凈。本法的測試溫度應穩定在40°C ±1°C。刻度量管放置于盛有恒溫水的夾套中來保證測試溫度。
影響羅斯法檢測結果的主要因素是檢測夾套內的水溫。溫度對發泡劑的發泡能力和穩泡能力影響很大，所以，羅斯泡沫儀刻度管夾套內的水溫將大大影響檢測結果。GB/T7462-1994規定的檢測水溫是40°C ±1°C，而IS0-696-1975規定的水溫則是50°C ±1°C。因此，即使采用羅斯法，依據的標準不同，檢測結果也不同。(2)在實際應用中，也常采用攪拌法。在該方法中，實驗時在帶有刻度的量筒中放入少量的發泡劑溶液，用高速攪拌器的攪拌柱對溶液進行攪拌而生成泡沫。實驗時應嚴格規定儀器容量，攪動方式，攪拌時間，攪拌速度及加液量。當攪動停止時，泡沫的最大體積為發泡劑的發泡體積，并記錄攪動停止后泡沫體積隨時間變化的關系，由此確定泡沫的半衰期，從而對泡沫的穩定性進行測定。美國鉆探行業最早使用這種方法，該方法操作簡單，測試的泡沫液量少，測試速度快，易于掌握與推廣。該方法的測試原理和測試程序為①將配制好的溶液準確量取100ml，倒入攪拌機里(帶有刻度的量杯)。②開動攪拌器，用秒表計時。③Imin后停止攪拌，馬上讀取泡沫的高度，表示泡沫劑的發泡能力。④停止攪拌后，開始重新計時，記錄析出液體的體積為原始發泡劑溶液體積一半時的時間，為泡沫的半衰期，反映泡沫的穩定性。這種實驗方法簡單易行，其測試過程是在常壓條件下進行的，最高溫度可達950C (恒溫水浴加熱)。因此，該測試方法無法完成高溫條件下發泡劑的發泡性能和穩泡性能的測試。上述的Ross-Miles法和攪拌法均是測定發泡劑的發泡性能和穩泡性能的方法。這兩種方法均是在較低溫度(40°C或50°C )條件下通過氣體和發泡劑溶液的接觸而生成泡沫。實驗過程中均在低于100°C條件下保持恒溫狀態完成的，不能進行高溫條件下發泡劑溶液的發泡性能和穩泡性能的測定，更不能對變溫過程中發泡劑溶液的發泡性能和穩泡性能給出客觀的測定。而溫度對發泡劑發泡性能和穩泡性能影響很大，高溫條件下泡沫的發泡能力和穩泡能力均大幅度降低。測定高溫條件下泡沫的發泡體積和半衰期成為制約發泡劑高溫性能測定的一個難點。同時，油藏中發泡劑處于一個變溫環境內，此時發泡劑的發泡性能和穩泡性能不斷發生變化。建立變溫條件下發泡劑的高溫發泡性能和穩泡性能測定方法成為客觀測定發泡劑高溫性能的重要研究方向。目前已有的高溫發泡劑評定方法包括以下方法(3)《注蒸汽用高溫起泡劑評定方法》SY/T 5672-1993該標準給出了蒸汽用高溫發泡劑的動態評定方法，通過測定熱水與氮氣共滲時的基礎壓差以及發泡劑溶液與氮氣共滲時的封堵壓差，用封堵壓差和基礎壓差的比值計算阻力因子。其實驗過程為①將填砂管安裝于恒溫箱內并設定出口端回壓為2. OMPa，將恒溫箱控溫200°C， 加熱3小時以上。②用3. 8ml/min的排量對填砂管飽和原油，直至出口端采出至少2PV的原油且填砂管兩端壓差穩定，停止飽和原油。③用7. 5ml/min的排量進行熱水驅20min,而后把回壓調至I. 5MPa,進行蒸汽驅，直至驅替IOPV以上，保證達到蒸汽驅殘余油飽和度狀態。④用平流泵以3. 7ml/min的排量向填砂管注水，同時以3. 8ml/min的排量向填砂管內注入氮氣，直至填砂管兩端壓差穩定，此時測定的壓差為基礎壓差。⑤用平流泵以大于3. 7ml/min的排量向填砂管注入O. 5PV以上的發泡劑溶液。⑥用平流泵以3. 7ml/min的排量向填砂管內注入發泡劑溶液，同時以3. 8ml/min的排量向填砂管內注入氮氣，直至填砂管兩端壓差穩定，此時測定的壓差為封堵壓差。⑦將氮氣排量改為7. 5ml/min繼續向填砂管內注入氮氣，直至壓力穩定再測定一個封堵壓差。⑧用封堵壓差與基礎壓差的比值計算阻力因子，兩個不同氮氣流量下的阻力因子取平均值為該發泡劑的阻力因子。該實驗過程中，實驗溫度達到了 200°C，屬于高溫狀態。但是現場應用中蒸汽溫度可達到300°C以上，同時蒸汽與泡沫運移過程中屬于一個變溫過程。如何體現溫度變化對發泡劑高溫封堵能力的影響，該實驗方法沒有提及。另外，泡沫干度(氣液比)對泡沫封堵能力影響較大，該實驗方法中規定用兩個不同的氣液比(3. 7ml/min液相流量和3. 8ml/min的氣相流量，3. 7ml/min液相流量和7. 5ml/min的氣相流量)計算出的阻力因子平均值作為該發泡劑的阻力因子，這個阻力因子計算值不能體現特定氣液比時的泡沫封堵能力。此外，該實驗方法規定在200°C條件下測定熱水和氮氣共滲時的基礎壓差以及發泡劑溶液和氮氣共滲時的封堵壓力，從而計算泡沫的阻力因子。該方法也可擴展至300°C高溫條件下測定泡沫的阻力因子，但是不能對變溫過程中多孔介質中泡沫的阻力因子給出測定。因此，用單一溫度點的阻力因子不能客觀測定實際變溫過程中發泡劑的高溫封堵能力。稠油熱采過程中發泡劑處于一個變溫環境內，發泡劑的發泡性能、穩泡性能和封堵能力不斷發生變化。為了更為客觀地對發泡劑的高溫發泡性能、穩泡性能及封堵能力進行測定，需要對發泡劑性能進行合適的高溫測定，以選出適合于高溫蒸汽溫度條件下封堵調剖所用的發泡劑
發明內容
為此，本發明建立了一種發泡劑性能的測定方法，該方法通過測定發泡劑在不同溫度條件下的發泡體積和半衰期，得出平均泡沫綜合指數作為發泡劑的發泡性能和穩泡性能的測定結果；在此基礎上，通過測定發泡劑在不同溫度條件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作為每種發泡劑的封堵性能的測定結果。該方法能夠更加客觀地對變溫條件下發泡劑的發泡性能、穩泡性能和封堵性能進行測定，從而能優選出適用于油田現場的高溫蒸汽溫度條件下封堵調剖所用的發泡劑。具體來說，本發明包括以下方面I、發泡劑性能的測定方法，所述發泡劑是在高溫條件下使用的發泡劑，所述方法包括選定多種發泡劑；測定所述多種發泡劑中某種發泡劑在50°C至300°C溫度條件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作為所述某種發泡劑的封堵性能的測定結果。2、如I所述的發泡劑性能的測定方法，其中，還包括測定所述多種發泡劑中所述某種發泡劑在50°C至300°C溫度條件下的發泡體積和半衰期，得出平均泡沫綜合指數作為所述某種發泡劑的發泡性能和穩泡性能的測定結果。3、如2所述的發泡劑性能的測定方法，其中，先測定所述某種發泡劑在所述溫度條件下的發泡體積和半衰期，得出平均泡沫綜合指數作為所述某種發泡劑的發泡性能和穩泡性能的測定結果；基于發泡性能和穩泡性能的測定結果，再測定所述某種發泡劑在所述溫度條件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作為所述某種發泡劑的封堵性能的測定結
果O4、如3所述的發泡劑性能的測定方法，其中，(I)在50°C至300°C的溫度范圍內選定一溫度，在該選定溫度下，測得所述多種發泡劑中某種發泡劑的發泡體積隨時間變化的曲線，并采用公式⑵計算泡沫綜合指數
權利要求
1.發泡劑性能的測定方法，所述發泡劑是在高溫條件下使用的發泡劑，所述方法包括選定多種發泡劑；測定所述多種發泡劑中某種發泡劑在50°c至300°C溫度條件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作為所述某種發泡劑的封堵性能的測定結果。
2.如權利要求I所述的發泡劑性能的測定方法，其中，還包括測定所述多種發泡劑中所述某種發泡劑在50°C至300°C溫度條件下的發泡體積和半衰期，得出平均泡沫綜合指數作為所述某種發泡劑的發泡性能和穩泡性能的測定結果。
3.如權利要求2所述的發泡劑性能的測定方法，其中，先測定所述某種發泡劑在所述溫度條件下的發泡體積和半衰期，得出平均泡沫綜合指數作為所述某種發泡劑的發泡性能和穩泡性能的測定結果；基于發泡性能和穩泡性能的測定結果，再測定所述某種發泡劑在所述溫度條件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作為所述某種發泡劑的封堵性能的測定結果。
4.如權利要求3所述的發泡劑性能的測定方法，其中， (1)在50°C至300°C的溫度范圍內選定一溫度，在該選定溫度下，測得所述多種發泡劑中某種發泡劑的發泡體積隨時間變化的曲線，并采用公式(2)計算泡沫綜合指數
5.如權利要求1-4任一項所述的發泡劑性能的測定方法，其中， 所述封堵性能如下測定 (1)向填砂管內填裝一定目數的玻璃微砂； (2)以恒定的液相體積流量向填砂管內注入地層水，待出口端出水達到穩定狀態后，通過計量滯留于填砂管內的水體積計算填砂管的孔隙度；計量填砂管兩端的壓差和注入水的流量，利用達西公式計算填砂管的絕對滲透率； (3)在實驗管線上纏好加熱帶，將填砂管出口端的壓力用回壓閥控制為比實驗溫度對應的水飽和壓力高O. 5MPa，將恒溫箱和電加熱帶溫度控制儀溫度設置為實驗溫度點，當溫度達到設定值后繼續恒溫2小時； (4)先打開熱水注入閥門而后再打開氮氣注入閥門，以恒定的流量下向填砂管內注入測定溫度下的熱水和氮氣，待出口端出液和出氣穩定后，記錄填砂管兩端測壓點的壓力，此兩端之間的壓差即為該測定溫度點下的基礎壓差； (5)在測完基礎壓差后，讓填砂管完全冷卻，開始測定工作壓差先打開發泡劑熱溶液注入閥門而后再打開氮氣注入閥門，以恒定的流量下向填砂管內注入測定溫度下的發泡劑熱溶液和氮氣，待出口端泡沫流動穩定后，記錄填砂管兩端測壓點的壓力，此兩端之間的壓差即為該測定溫度點下的封堵壓差； (6)用所述測定溫度條件下測得的封堵壓差除以基礎壓差即可計算出所述測定溫度條件下的泡沫阻力因子； (7)變換注入流體的溫度和恒溫箱的溫度，測定在50°C至300°C的溫度范圍內不同溫度條件下的阻力因子，做出發泡劑溶液阻力因子隨溫度變化的曲線，利用公式(4)計算不同溫度條件下發泡劑的平均泡沫阻力因子。
6.如權利要求5所述的發泡劑性能的測定方法，其中， 發泡性能及穩泡性能如下測定 (1)將配制好的發泡劑溶液加入到高溫高壓反應釜腔體內，關閉反應釜腔體頂端入口閥門； (2)將高溫高壓反應釜出口端的壓力用回壓閥控制為比測定溫度對應的水飽和蒸汽壓高O. 5MPa，將高溫高壓反應釜設定為所需的測定溫度，并恒溫2小時以上； (3)打開高溫高壓反應釜的攪拌電源開關，對發泡劑溶液連續攪拌一設定時間后停止攪拌并記錄此時生成泡沫體系的體積，此體積為Vniax ； (4)觀察泡沫體積的變化規律，記錄不同時刻對應的泡沫體系的體積，當泡沫體積變為最大發泡體積的一半時所用的時間即為半衰期T1/2 ； (5)重復上述(I)至(4)，將在50°C至300°C的溫度范圍內不同溫度條件下測定的發泡劑的發泡體積和半衰期繪制成曲線，利用實驗結果和公式(2)計算不同溫度條件下發泡劑的泡沫綜合指數S ； (6)繪制泡沫綜合指數S和溫度之間的關系曲線，利用公式(3)計算高溫發泡劑的平均泡沫綜合指數歹。
全文摘要
本發明屬于石油工業技術領域，涉及發泡劑性能的測定方法，特別涉及發泡劑高溫性能的測定。該方法通過測定發泡劑在不同溫度條件下的發泡體積和半衰期，得出平均泡沫綜合指數作為發泡劑的發泡性能和穩泡性能的測定結果；在此基礎上，通過測定發泡劑在不同溫度條件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作為每種發泡劑的封堵性能的測定結果。該方法能夠更加客觀地對變溫條件下發泡劑的發泡性能、穩泡性能和封堵性能進行測定，從而能優選出適用于油田現場的高溫蒸汽溫度條件下封堵調剖所用的發泡劑。
文檔編號G01N33/00GK102854286SQ201110174948
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月27日 優先權日2011年6月27日
發明者龐占喜, 劉慧卿, 張紅玲 申請人:中國石油大學(北京)