部分水解聚丙烯酰胺对烯烃磺酸钠泡沫性能的影响引言

大庆油田主力油层进行大规模聚合物驱工业化推 广已过10年，目前有13个区块进入了后续水驱阶段。 由于聚合物驱后仍有一部分聚合物滞留在高渗透层， 聚合物波及到的中低渗透层也会滞留聚合物，经过后 续注水的冲刷，一般认为聚合物驱后油层的非均质性 也会进一步増大⑴。因此，选择合适的驱替介质是进 一步提高聚合物驱后油藏原油采收率的重要前提。

泡沫一般是由内充气体、泡沫基液形成的分散体 系，其中的液体是连续相，气体是不连续相。而泡沫基 成。泡沫流体的密度低、黏度大、具有剪切稀释特性， 这些特征使其在油田钻井、完井、采油、作业中具有一 定的应用前景。Bond和Holbrook[2]于1958年首次提 出用泡沫作为流度控制剂的思想，部分水解聚丙烯酰胺对烯烃磺酸钠泡沫性能的影响,加拿大提高原油采 收率研究所和美国新墨西哥矿业学院、加州理工大学、 奥斯丁大学对泡沫技术进行了 20多年的研究。

液1般是由液体、发泡剂和稳、泡剂按1定比例配制而ishi]沫体系中的稳、定作用[5’6] ,Zhang Gu—等[7]研究也表

目前，国内外聚合物増强泡沫体系的研究主要集 中于泡沫在多孔介质中的流动性能及驱油性能。H uh C[3]等人的岩心驱替实验模型证明，具有聚合物组分的 泡沫体系视黏度比没有聚合物存在情况下更容易剪切 变稀^。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,在一定条件下,具有聚合物组分的泡沬体系的驱油 效率大于单独聚合物驱的驱油效率。胜利孤岛油田近 年来也对“聚合物泡沬”进行了室内研宄和小型矿场试 验「'效果较好;大庆油田近年来也以降低界面张力为 主要条件,进行了泡沬复合驱矿场试验。但无论是 Huh C、Sydansk还是Zhang Guoyin等人所研宄的“增

效的聚合物泡沫”（PolymerEnhanced Foam),都

只限于驱油机理上的描述及渗流理论的证明[1(0111。本 文对泡沬体系组成、泡沬中各组分间的相互作用以及 体系中聚合物与表面活性剂的用量比例进行比较深入 的探讨。

1室内实验研宄

1.1实验试剂

本研宄使用氮气作为发泡气体。为提高泡沬的稳 定性，需要使用稳泡剂，增黏性稳泡剂主要有CMC、 XC、部分水解聚丙烯酰胺、可溶性淀粉等，大庆油田使 用部分水解聚丙烯酰胺作为稳泡剂。泡沬体系由天然 气或氮气、表面活性剂(Of烯烃磺酸钠)、聚合物组成。

部分水解聚丙烯酰胺(HPAM):大庆炼化公司生 产,相对分子质量分别为600X 104、1 000 X 104、1 500 x 104、700x 104,平均水解度为23%,平均固相含量 为92%。ct烯烃磺酸钠:福建漳州三佳化工有限公司 提供，有效含量35%。实验用水为去离子水。

1.2实验仪器与方法

采用罗氏泡沬仪进行泡沬性能评价[71:用气流法 评价表面活性剂的发泡性能和产生的泡沬的稳定性， 装置见图1。以一定流速向多孔介质中注入气体，多孔 介质的上部盛有一定体积的表面活性剂溶液。记录注 气一定时间后的泡沬体积（V。）和停止注气30 min时 的泡沬体积(Ft),以Ft/V。表示产生泡沬的稳定性。评 价泡沬性能时按照国标GB/ T 746294《表面活性剂发 泡力的测定一改进的Ross-M iles法》的规定进行。

 

缓冲瓶

图1气流法评价泡沬稳定性装置

表面张力和黏度测量：表面张力仪为 Tensionmeter K12,用板法测量:用布氏黏度计

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

时测量二元溶液体系的黏度，所有测试温度均 为 45 I：。

2部分水解聚丙烯酰胺对Ct烯烃磺酸钠 溶液性能的影响

2. 1表面张力

泡沬体系具有极大的比表面积，表面张力越低越 有利于泡沬的稳定，部分水解聚丙烯酰胺对烯烃磺酸钠泡沫性能的影响,产生泡沬需要外界输入的能量越 小,也越有利于产生泡沬，因此表面张力是泡沬体系的 一个重要性质。图2为表面活性剂浓度与体系表面张 力的关系曲线，其中烯烃磺酸钠和HP AM组成的二 元体系中部分水解聚丙烯酰胺的浓度为600 mg/kg。 由图2可见，无论体系中是否含有部分水解聚丙烯酰 胺，当表面活性剂浓度较低时，溶液的表面张力均随着 表面活性剂浓度的增加而急剧降低;但当表面张力稳 定后，表面活性剂浓度对其影响很小。部分水解聚丙 烯酰胺和cf烯烃磺酸钠都是阴离子型的，负电荷间的 排斥作用决定了二者之间不会有明显的相互作用，把 部分水解聚丙烯酰胺(相对分子质量为600 x 104)加入 of烯烃磺酸钠溶液中仅使体系的表面张力略有增加。 这是因为部分水解聚丙烯酰胺的加入增加了溶液的黏 度，降低了表面活性剂分子向气液界面迀移的速度,较 高的黏度也会降低表面活性剂在界面排列的密度，因 此含部分水解聚丙烯酰胺的a烯烃磺酸钠溶液表面张 力略高。

80 r

 

♦—未加HPAM溶液 »—加入HPAM溶液

 

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0100020003 00040005000

a-烯经磺酸钠浓度/ (mg.kg )

图2 Cf烯烃磺酸钠浓度对体系表面张力的影响

图3为向浓度为5 000 mg/kg的a烯烃磺酸钠溶 液中加入不同浓度的部分水解聚丙烯酰胺后体系黏度 和表面张力的变化。可见，随部分水解聚丙烯酰胺浓 度的增加,二元体系的黏度大幅度增加,表面张力也略 有增加,这不利于泡沬的稳定，但影响的幅度并不大。

2. 2泡沬性能

2. 2. 1部分水解聚丙烯酰胺浓度对泡沫性能的影响

Ling图4为部分水解聚丙烯酰胺(相对分子质量为600

 

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500100015002000

HPAM浓度/ (mg.kg_1)

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X 104)浓度为600 mg/ kg条件下，用气流法评价的Of 烯烃磺酸钠泡沬性能与其浓度的关系。部分水解聚丙烯酰胺对烯烃磺酸钠泡沫性能的影响,可见，随着ct 烯烃磺酸钠浓度的增加，产生的泡沬体积快速增加，达 到最大值后开始减小，产生泡沬的稳定性与泡沬体积 的变化趋势相同，表明在二元体系条件下，存在最佳的 表面活性剂浓度。由图4可见,a烯烃磺酸钠的最佳浓 度在1 000 mg/kg附近。

图5为Of烯烃磺酸钠浓度在1 000 mg/kg、5 000

mg/ kg时，用气流法评价的部分水解聚丙烯酰胺(相对

分子质量为600 x 104)浓度对泡沬性能的影响。在〇f

烯烃磺酸钠浓度为1 000 mg/kg时(最佳表面活性剂

浓度)，产生的泡沬体积很大，加入部分水解聚丙烯酰胺

后产生的泡沬体积又略有增加;而随部分水解聚丙烯酰

胺浓度的增加，泡沬的稳定性先快速增加,随后增加的幅

度减小(见图5a),变化趋势与表面活性剂的Langmui等

温吸附曲线类似。当Ct烯烃磺酸钠浓度为5 000 mg/kg

(非最佳浓度)，在部分水解聚丙烯酰胺浓度较低时，产生

的泡沫体积没有增加，泡沬的稳定性亦没有改善,甚至使

泡沬的性能变差，只在部分水解聚丙烯酰胺浓度较高时

泡沬性能才明显改善。由图可见,部分水解聚丙烯酰胺 © 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publi

100

90

80

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60会

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20 10 0

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(b) a-烯烃磺酸钠浓度5 000 mg/kg

05001000150020002500

HPAM浓度/ (mg.kg_l)

图5部分水解聚丙烯酰胺浓度对泡沬性能的影响

浓度为300 mg/ kg就可起到稳定泡沬的作用。

在用气流法评价泡沬性能时发现,部分水解聚丙 烯酰胺浓度较低时，溶液的黏度也低，产生的泡沬细密 而均匀；而在黏度较高时，产生的泡沬大而不均匀。根 据观察分析，高黏度(大于20 mPa • s)的二元体系产生 的泡沬虽然很稳定，但泡沬大小不均匀，并不适合作为 驱替流体。

2. 2. 2部分水解聚丙烯酰胺相对分子质量对泡沫性能 的影响

部分水解聚丙烯酰胺的加入不会明显影响cf烯烃 磺酸钠溶液的表面张力，只是增加了溶液黏度,从而提 高了泡沬的稳定性。部分水解聚丙烯酰胺的增黏作用 同其相对分子质量直接相关，图6为用气流法评价的4 种不同相对分子质量的部分水解聚丙烯酰胺和浓度为 1 000 mg/kg的a烯烃磺酸钠溶液组成的二元体系的 泡沬性能（泡沬体积和泡沬稳定性）与体系黏度的关 系。从图中可以看出，无论由哪种部分水解聚丙烯酰 胺构成的二元体系，产生的泡沬体积都存在一个随着 体系黏度的增加而增大的过程，随后稳定或下降；部分水解聚丙烯酰胺对烯烃磺酸钠泡沫性能的影响,而在 一定部分水解聚丙烯酰胺分子相对质量范围内，泡沬 的稳定性随着体系黏度的增加而增大（见图6b),但在 相同体系黏度时,部分水解聚丙烯酰胺相对分子质量 的大小对泡沫性能影响不大。

 

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绘图李秀贤)

黏度 / (mPa.s)

图6部分水解聚丙烯酰胺相对分子质量对泡沬稳定性的影响

2. 3发泡能力

用罗氏泡沬仪评价ct烯烃磺酸钠溶液的泡沬性能 时,500 mL的发泡剂溶液从一定的高度流下，冲击夹 套量桶底部的50 mL发泡剂溶液，靠液体的冲击作用 引入气体产生泡沬。产生的泡沬体积越大，表示溶液 的发泡能力越好。图7为用罗氏泡沬仪评价得到的部 分水解聚丙烯酰胺(相对分子质量为600x 104)浓度对 泡沬体积和体系黏度的影响。向1 000 mg/kg的Of烯 烃磺酸钠溶液中加入部分水解聚丙烯酰胺，溶液的黏 度逐渐增加，而产生的泡沬体积先是迅速降低,然后降 低的幅度随部分水解聚丙烯酰胺浓度增加而变缓。溶液的黏度越大，气体分散于其中越困难,而罗氏泡沬评 价方法的剪切作用是恒定的，因此产生的泡沬体积随 溶液黏度增加而减小。

3结论

部分水解聚丙烯酰胺是泡沬增强体系中的一个重 要组分，将其加入a烯烃磺酸钠溶液中，在提高体系黏 度的同时,使体系的表面张力略有增加。二元体系中 存在最佳的表面活性剂浓度,a烯烃磺酸钠的最佳浓度 在1 000 mg/kg左右，此时产生的泡沬体积和稳定性 最大。在最佳表面活性剂浓度下，部分水解聚丙烯酰胺对烯烃磺酸钠泡沫性能的影响,少量部分水解聚丙 烯酰胺的加入可以明显提高a烯烃磺酸钠泡沬的稳定 性，泡沬性能的增效作用最好。虽然黏度较大体系的 泡沬稳定性较好，但是体系的发泡能力降低，产生的泡 沬较大，且不均匀。部分水解聚丙烯酰胺仅是通过增 大体系黏度来提高泡沬的稳定性，体系黏度相同时，部 分水解聚丙烯酰胺的相对分子质量对cf烯烃磺酸钠的 泡沬性能没有明显的影响。