CN102288517A - 一种泡沫性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面活性剂泡沫的评价方法；将流动的气体和流动的发泡液混合后通过多孔介质从容器底部进入容器，当气体和发泡液停止进入容器后，测定泡沫体积V和泡沫消泡至发泡液分离出一半体积所用时间ti/2；气体流速：1-100ml/min；发泡液流速：1-10ml/min；混合通入时间：10-30min；容器体积为：200-1000ml，气体与发泡液体积比为0.1-100∶1；本方法适用于泡沫驱油用发泡剂的性能测定和泡沫体系配方的筛选，提高了测量结果的重复性和准确度，可为驱油用发泡剂和泡沫体系配方提供更加真实客观的评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面活性剂泡沫的评价方法。
背景技术
泡沫是由不溶性或微溶性的气体分散于液体中所形成的分散体系。由液体薄膜包围着的气体形成了单个的气泡，多个气泡聚集而形成泡沫，其中气体是分散相(不连续相)，液体是分散介质(连续相)。泡沫技术用于现代工业始于十九世纪末，先是在选矿工业，而后在化工、食品、医药、日化等行业逐步推广应用。
泡沫用于油田开发的研究和生产已经有五十多年的历史。用于油田开发的泡沫，其液相主要是水、原油、聚合物溶液等；其气相可以为空气、氮气、二氧化碳气及天然气等。自1958年Bond，D.C.和Helbrook，O.C.首先提出用烃气泡沫进行流度控制的设想以来，泡沫被用来提高或改善原油采收率的技术有了很大发展。泡沫体系密度小、体积大、视粘度高、不伤害油层，对油水的封堵具有选择性。目前泡沫已经在油田堵水调剖、流度控制方面得到成功推广应用。特别是泡沫驱油，利用泡沫流体在油藏中所特有的渗流特性和降低油水界面张力的特性，通过扩大驱替流体的波及效率和提高驱替流体的驱油效率来提高原油的采收率，是一种高效的三次采油技术。研究和评价泡沫性能，特别是驱油用泡沫体系性能，从而提高泡沫驱油的效果具有十分重要理论意义和实际应用价值。
目前常用的泡沫评价方法包括：
(1)搅拌法 该方法是用Waring Blender高速搅拌器测定泡沫性能的一种较为方便的评价方法。测定时将一定体积的发泡液倒入带有刻度的透明量杯内，高速搅拌一定时间，记录停止搅拌时泡沫体积V和从泡沫中分离出一半体积的发泡液所需要的时间t1/2(半分液期)。用V表示发泡能力，t1/2表示泡沫稳定性。产生的泡沫体积和半分液期与搅拌速度有关，因此在应用搅拌法评价发泡液性能时，应在同一转速条件下进行比较。
(2)罗斯-米尔斯法(Ross-Miles法)该方法于1941年发明，长期被美国材料试验协会(ASTM)作为评价发泡剂(表面活性剂)发泡能力和泡沫稳定性的标准方法。我国国家标准《GB/T 13173-2008表面活性剂洗涤剂试验方法》也引用了该方法用于洗涤剂发泡能力的测定。
测定时将定量发泡液从一定高度冲击量筒底部预先装入的少量同种发泡液。用冲击完成时和完成后5min时的泡沫高度评价发泡液发泡能力和泡沫稳定性。
(3)气流法(API法)该方法美国石油学会(API)1966年颁布的，用于评价钻井液用泡沫剂性能的标准试验方法，目前已被国际上广泛采用。测定时先将定量的发泡液溶液注入有机玻璃管内，然后以一定速度向管内鼓入空气，并用计量泵补充发泡液。在启动泵的同时计时，以一定时间内泡沫携带出液体的体积数来综合评价发泡剂性能。
需要指出的是，泡沫驱油是在含油的地层中实现的，而实际地层是一个非均质的多孔介质。泡沫驱油过程中泡沫的形成方式是，发泡液和气体采用交替注入或同时注入的方式进入地层，在通过地层这个多孔介质的运移过程中，气体和发泡液不断混合形成泡沫。可以看出，泡沫驱油过程中实际的泡沫形成方式是气体和液体不断混合通过多孔介质来形成泡沫。
反观以上三种泡沫性能评价方法可以看出，目前常用的泡沫评价方法其泡沫的形成方式与泡沫驱油过程中实际的泡沫形成方式偏离过大，有可能会造成泡沫性能评价结果的错误。比如搅拌法，采用高速搅拌的方式产生泡沫，由于剪切速率过大，可能会导致部分发泡液粘度等性能的改变，以及与发泡液在油藏中的剪切速率差别过大，从而导致评价结果的失真。再如罗斯-米尔斯法，基于液流从高处高速冲击的方式产生泡沫，采用这种方式评价具有粘弹性的发泡液体系时，由于粘滞力和弹性的作用使得液流的冲击力大幅度降低，从而造成实际发泡能力被过分低估。气流法采用向定量液体中鼓气的方式产生泡沫，其注入速度过快，泡沫的形成过程也不是基于多孔介质成泡，因此与泡沫驱实际情况仍有较大不同。此外，搅拌法和罗斯-米尔斯法都只能局限于评价空气泡沫，且不能改变气液比例，而实际应用中的泡沫可能是氮气、二氧化碳气或烃类气等多种气源的泡沫，气液比也是根据要求的不同而改变的。再有，油藏是一个具有一定温度和压力的环境，上述方法都没有考虑到压力对泡沫评价结果的影响。鉴于现有泡沫评价方法存在一定的局限，特别是无法在模拟油藏条件下进行泡沫体系性能评价，有必要开发一种基于多孔介质成泡的泡沫评价方法，实现气源可变，气液比和温度压力可调，使之可以用于泡沫性能评价，尤其是用于模拟油藏条件泡沫配方体系性能评价，使得驱油用发泡液的性能评价更为真实和客观。
发明内容
本发明的目的是提供一种泡沫评价方法。该方法基于动态的气体与液体定量比的混合后同时通过多孔介质发泡，并且实现气源可变，气液比和温度压力可调，为综合测定泡沫性能提供了一种新的方法。特别是该方法能够模拟泡沫驱油过程中泡沫形成的特点，能更客观地评价泡沫驱用发泡剂的性能。
本发明所述的泡沫评价方法是将流动的气体和流动的发泡液以定量比混合后同时通过多孔介质进入容器，一定时间后停止气体和发泡液的进入，同时测定所产生的泡沫的体积V和发泡液体积分离出至一半时所用时间t1/2。
所述多孔介质为筛网或者砂芯薄片。
所述多孔介质中筛网的孔大小为20-400目。
所述多孔介质中砂芯薄片的渗透率为100×10-3-10000×10-3um2。
所述气体为二氧化碳气、空气、氮气、天然气、烃类气体、氧气或是惰性气体混合气。
所述进入是从容器的底部进入。
优选气体流速1-100ml/min；发泡液流速1-10ml/min；所述时间10-30min；容器的体积为200-1000ml。
所述容器的上部连接有气压泵。
所述容器外带有保温夹套。
所述容器为带刻度的透明杯体。
本发明评价方法是将流动的气体和流动的发泡液按设定比例混合同时通过多孔介质后形成泡沫进入容器，一定时间后停止气体和发泡液的进入，同时测量所产生的泡沫体积V和发泡液体积分离出一半时所用的时间t1/2。用V表示发泡液的发泡能力，用t1/2表示其所形成的泡沫的稳定性。本发明评价方法中可以随意调节气体与发泡液的用量配比，且采用气体与发泡液动态混合后同时通过多孔介质形成泡沫的设计，而不是向定量的发泡液中鼓气成泡的方式，其泡沫形成的方式更接近泡沫驱油的实际情况。与现有的采用泡沫体积消泡至一半时所用的时间来评价泡沫性能的方法不同，本发明采用发泡液体积分离出一半时所用的时间来评价泡沫的稳定性。泡沫消泡过程中，经常出现的泡沫相不连续和泡沫/气相界面不水平的现象导致泡沫体积的计量结果不准确，从而影响现有的泡沫性能评价结果的可靠性。本发明将计量泡沫体积改为计量发泡液体积，使得测量结果的重复性和准确度都大为提高，因此本发明的泡沫评价方法更为真实、客观和准确。
多孔介质可以是筛网，或是砂芯薄片等类似的多孔结构。
气体可以为各类常用气体，只要不与发泡液发生反应的气体即可，如最常用的是二氧化碳、空气、氮气、天然气、烷类气体如甲烷、氧气或是惰性气体混合气。
所述气液混合体是从容器的底部进入容器的，泡沫上行，液体留在底部，符合流体运动规律。
在标准的测量中，优选气体流速：1-100ml/min；发泡液流速：1-10ml/min；混合通入时间：10-30min；容器体积为：200-1000ml。此数据选用测量时间不是太长，容器体积适中，易于操作。
在容器的上部可以连接一个气压泵，通过加压使测量杯内形成所需的压力环境，以实现在模拟环境压力的条件下评价泡沫性能。
容器上加有保温夹套，并与控温装置连接，以实现在模拟环境温度条件下评价泡沫性能。
容器优选带有刻度标记的透明杯体，可方便观察记录实验数据。
本发明泡沫评价方法采用流动的气体与流动的发泡液进行动态混合通过多孔介质形成泡沫的设计，更加接近泡沫驱油体系在油藏运移过程中实际的泡沫形成方式，泡沫的稳定性采用发泡液体积分离出一半时所用的时间t1/2来表示，更直观，重复性好，适用于泡沫驱油用发泡剂和泡沫体系配方的性能测定和筛选。此外，本发明泡沫评价方法还具有如下特点：(1)可以通过更换气源来评价不同气体的泡沫性能；(2)可以通过调节所进入的气体和液体的流速来评价不同气液比条件下所形成的泡沫的性能；(3)本发明方法还提供了可控温度压力状态下的泡沫性能评价；(4)本发明将计量泡沫体积改为计量发泡液体积，大大提高了测量结果的重复性和准确度。因此，本发明泡沫评价方法可为驱油用发泡剂和泡沫体系配方提供更加真实客观的评价。
附图说明
图1泡沫性能评价方法的工艺流程图。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，气体和发泡液混合后通过多孔介质，形成泡沫流进入容器，停止气体和发泡液的进入后，记录泡沫体积V和发泡液体积分离出一半时所用的时间t1/2。
实施例1：
气体：氮气；发泡剂：十二烷基硫酸钠0.2％；多孔介质：筛网400目；温度30℃；刻度容器内气压：常压；氮气气体流速：20ml/min；发泡液十二烷基硫酸钠流速；4ml/min；气液比：5∶1；共同通过多孔介质时间为9min；形成泡沫体积V：206ml；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：30.32s。
实施例2：
气体：天然气；发泡剂：十二烷基苯磺酸钠0.4％+1600万HPAM1500ppm；多孔介质：砂芯薄片1000×10-3um2；温度30℃；刻度容器内气压：常压；天然气气体流速：6ml/min；发泡液十二烷基苯磺酸钠流速；3ml/min；气液比：2∶1；共同通过多孔介质时间为30min；形成泡沫体积V：252ml；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：1238.5s。
实施例3：
气体：二氧化碳；发泡剂：十二烷基二甲基甜菜碱0.4％；多孔介质：筛网300目；温度45℃；刻度容器内气压：常压；二氧化碳气体流速：50ml/min；发泡液十二烷基二甲基甜菜碱流速；6ml/min；气液比：8.33∶1；共同通过多孔介质时间为10min；形成泡沫体积V：501ml；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：43.36s。
实施例4：
气体：空气；发泡剂：十二烷基苯磺酸钠0.4％+3500万HPAM 1000ppm；多孔介质：筛网250目；温度65℃；刻度容器内气压：常压；空气气体流速：20ml/min；发泡液十二烷基苯磺酸钠流速；4ml/min；气液比：5∶1；共同通过多孔介质时间为60min；形成泡沫体积V：232ml ；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：5432.35s。
实施例5：
气体：甲烷；发泡剂：羟磺基甜菜碱0.4％+3500万HPAM 300ppm；多孔介质：砂芯薄片5000×10-3um2；温度80℃；刻度容器内气压：常压；甲烷气体流速：30ml/min；发泡液羟磺基甜菜碱流速；10ml/min；气液比：3∶1；共同通过多孔介质时间为20min；形成泡沫体积V：965ml ；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：324.53s。
实施例6：
气体：氮气；发泡剂：十二烷基硫酸钠0.4％；多孔介质：砂芯薄片300×10-3um2，温度45℃；刻度容器内气压：0.2MPa；氮气气体流速：40ml/min；发泡液十二烷基硫酸钠流速；10ml/min；气液比：4∶1；共同通过多孔介质时间为20min；形成泡沫体积V：672ml；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：18.23s。
实施例7：
气体：空气；发泡剂：十二烷基硫酸钠0.4％+2500万HPAM 500ppm；多孔介质：筛网200目；温度45℃；刻度容器内气压：0.5MPa；空气流速：50ml/min；发泡液十二烷基硫酸钠流速；10ml/min；气液比：5∶1；共同通过多孔介质时间为30min；形成泡沫体积V：463ml；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：678.45s。
实施例8：
气体：二氧化碳；发泡剂椰油酰单乙醇胺：F180.3％+1600万HPAM600ppm；多孔介质：筛网20目；温度80℃；刻度容器内气压：1.0MPa；二氧化碳气体流速：60ml/min；发泡液椰油酰单乙醇胺流速：5ml/min；气液比：12∶1；共同通过多孔介质时间为20min；形成泡沫体积V：273ml；泡沫消泡至分液出一半液体所需时间t1/2：495.35s。
Claims (5)
1.一种泡沫性能评价方法，其特征在于：将流动的气体和流动的发泡液混合后通过多孔介质从容器底部进入容器，当气体和发泡液停止进入容器后，测定泡沫体积V和泡沫消泡至发泡液分离出一半体积所用时间t1/2；
气体流速：1-100ml/min；发泡液流速：1-10ml/min；混合通入时间：10-30min；容器体积为：200-1000ml，气体与发泡液体积比为(0.1-100)∶1。
2.根据权利要求1所述的泡沫评价方法，其特征在于：所述多孔介质为筛网或者砂芯薄片。
3.根据权利要求2所述的泡沫评价方法，其特征在于：所述多孔介质中筛网的孔大小为20-400目。
4.根据权利要求2所述的泡沫评价方法，其特征在于：所述多孔介质中砂芯薄片的渗透率为100-10000×10-3um2。
5.根据权利要求1所述的泡沫评价方法，其特征在于：所述气体为二氧化碳气、空气、氮气、天然气、烃类气体、氧气或是惰性气体混合气。
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