CN102854286A - 发泡剂性能的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油工业技术领域，涉及发泡剂性能的测定方法，特别涉及发泡剂高温性能的测定。该方法通过测定发泡剂在不同温度条件下的发泡体积和半衰期，得出平均泡沫综合指数作为发泡剂的发泡性能和稳泡性能的测定结果；在此基础上，通过测定发泡剂在不同温度条件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作为每种发泡剂的封堵性能的测定结果。该方法能够更加客观地对变温条件下发泡剂的发泡性能、稳泡性能和封堵性能进行测定，从而能优选出适用于油田现场的高温蒸汽温度条件下封堵调剖所用的发泡剂。

Description

发泡剂性能的测定方法

技术领域

本发明属于石油工业技术领域，涉及对发泡剂性能的测定方法，特别涉及发泡剂高温性能的测定方法。

背景技术

泡沫是气相分散于液相内而形成的一种分散体系，这种分散体系一般很不稳定，含有表面活性剂的液体所生成的泡沫稳定性会大大增强。泡沫体系广泛应用于石油开发中的泡沫驱油、环保领域中的泡沫分离、冶金工业中的泡沫浮选、消防灭火、日用化妆品、食品等方面。

目前，高温发泡剂的发泡性能及稳泡性能测定方法无统一标准。国内外针对较低温度条件下发泡剂性能测定一般采用Waring Blender法或者Ross-Milles法测定发泡剂溶液的最大发泡体积，而以泡沫半衰期作为表征泡沫稳定性的测定指标。发泡体积越大，则发泡剂的发泡能力越强；半衰期越长，则泡沫稳定性越好。对于石油工业的泡沫驱油而言，泡沫的封堵能力是优选发泡剂的一项重要指标，一般采用泡沫阻力因子来测定多孔介质中泡沫的封堵能力。

室内发泡剂的生泡性能测定方法按成泡方公式可分为两大类，即流动法和搅拌法。而搅拌法又分为两种，一种是以机械方法搅拌生泡，另一种是将气体注入到静止的液体中形成泡沫。泡沫生成后通过测定泡沫体积及其衰减时间来表征发泡剂溶液的发泡性和稳泡性。这些测定方法均是在低于100℃(Ross-Milles方法为50℃条件下测定发泡体积)条件下进行，无法完成高温条件下(200℃左右)发泡剂的性能测定。另外，实际应用中泡沫所处的温度条件是不断变化的，是一个变温过程，尤其是高温蒸汽泡沫在多孔介质中运移过程中，前缘温度逐渐降低，该过程对发泡剂的发泡性能及稳泡性能都有很大的影响。而目前仍没有完善的变温条件下发泡剂的高温发泡性能及稳泡性能的测定方法。

泡沫是一种选择性封堵剂，其在多孔介质中流动阻力大，表观粘度高，能有效封堵气相和水相的流动，对地层具有有效的选择性封堵调剖作用。室内实验一般通过泡沫阻力因子衡量泡沫的封堵能力。某温度条件下，一定流量的气体和液体在多孔介质中同时流动达到稳定状态时多孔介质两端的压差被称为基础压差。相同温度条件下，一定流量的气体和发泡剂溶液在多孔介质中同时流动达到稳定状态时多孔介质两端的压差被称为封堵压差。而封堵压差和基础压差的比值被称为阻力因子。多孔介质中泡沫的封堵能力受到发泡剂溶液浓度、气液比、储层渗透率、含油饱和度、温度等多种因素的影响。低温条件下泡沫封堵能力的动态测定方法已经成熟，高温条件下泡沫的封堵能力测定也有一套可操作的标准。但是高温泡沫一般用于改善稠油油藏蒸汽驱的开发效果，注蒸汽条件下泡沫的封堵性能实验方法及测定方法仍不完善，尤其是变温条件下高温发泡封堵性能的动态测定方法没有统一的标准。

目前，常压低温条件下发泡剂的发泡性能测定方法包括以下方法：

(1)发泡剂发泡能力及稳泡能力测定方法-GB/T7462-1994《洗涤剂发泡力的测定》

该方法确定了常压低温条件下发泡剂的发泡性能测定方法。在该标准中，以一定流速和流量的气体通过定量的发泡剂溶液，泡沫在有刻度的容器中形成。通过记录不同气液比条件下的泡沫体系的高度和泡沫半衰期，从而表征泡沫体系的发泡能力和稳定性能。该测定方法称为罗斯法(Ross-Milles法)，是目前国际最通用的表面活性剂起泡能力检测方法，并被ISO国际标准采用且定为ISO-696-1975。我国参照罗斯法，先后制定了几个相关的检测标准和检测方法，如原轻工部颁部标准QB510-1984，国标GB/T7462-1994等。因此，目前罗斯法在国内外被广泛地采用，已经成为主导性的检测方法。其检测过程为：将滴液管注满200ml试液，滴液管垂直安放到事先预备好的管架上，使溶液流到刻度管的中心，滴液管的出口应置于900mm刻度线上。刻度量管中装有50ml试液，从刻度管底部注入。打开玻璃管活塞，使溶液流下，当滴液管中的溶液流完时，立刻记录泡沫高度。重复以上实验2～3次，每次试验前必须将管壁用试液冲洗干净。本法的测试温度应稳定在40℃±1℃。刻度量管放置于盛有恒温水的夹套中来保证测试温度。

影响罗斯法检测结果的主要因素是检测夹套内的水温。温度对发泡剂的发泡能力和稳泡能力影响很大，所以，罗斯泡沫仪刻度管夹套内的水温将大大影响检测结果。GB/T7462-1994规定的检测水温是40℃±1℃，而ISO-696-1975规定的水温则是50℃±1℃。因此，即使采用罗斯法，依据的标准不同，检测结果也不同。

(2)在实际应用中，也常采用搅拌法。

在该方法中，实验时在带有刻度的量筒中放入少量的发泡剂溶液，用高速搅拌器的搅拌柱对溶液进行搅拌而生成泡沫。实验时应严格规定仪器容量，搅动方式，搅拌时间，搅拌速度及加液量。当搅动停止时，泡沫的最大体积为发泡剂的发泡体积，并记录搅动停止后泡沫体积随时间变化的关系，由此确定泡沫的半衰期，从而对泡沫的稳定性进行测定。美国钻探行业最早使用这种方法，该方法操作简单，测试的泡沫液量少，测试速度快，易于掌握与推广。

该方法的测试原理和测试程序为：

①将配制好的溶液准确量取100ml，倒入搅拌机里(带有刻度的量杯)。

②开动搅拌器，用秒表计时。

③1min后停止搅拌，马上读取泡沫的高度，表示泡沫剂的发泡能力。

④停止搅拌后，开始重新计时，记录析出液体的体积为原始发泡剂溶液体积一半时的时间，为泡沫的半衰期，反映泡沫的稳定性。

这种实验方法简单易行，其测试过程是在常压条件下进行的，最高温度可达95℃(恒温水浴加热)。因此，该测试方法无法完成高温条件下发泡剂的发泡性能和稳泡性能的测试。

上述的Ross-Miles法和搅拌法均是测定发泡剂的发泡性能和稳泡性能的方法。这两种方法均是在较低温度(40℃或50℃)条件下通过气体和发泡剂溶液的接触而生成泡沫。实验过程中均在低于100℃条件下保持恒温状态完成的，不能进行高温条件下发泡剂溶液的发泡性能和稳泡性能的测定，更不能对变温过程中发泡剂溶液的发泡性能和稳泡性能给出客观的测定。而温度对发泡剂发泡性能和稳泡性能影响很大，高温条件下泡沫的发泡能力和稳泡能力均大幅度降低。测定高温条件下泡沫的发泡体积和半衰期成为制约发泡剂高温性能测定的一个难点。同时，油藏中发泡剂处于一个变温环境内，此时发泡剂的发泡性能和稳泡性能不断发生变化。建立变温条件下发泡剂的高温发泡性能和稳泡性能测定方法成为客观测定发泡剂高温性能的重要研究方向。

目前已有的高温发泡剂评定方法包括以下方法：

(3)《注蒸汽用高温起泡剂评定方法》SY/T 5672-1993

该标准给出了蒸汽用高温发泡剂的动态评定方法，通过测定热水与氮气共渗时的基础压差以及发泡剂溶液与氮气共渗时的封堵压差，用封堵压差和基础压差的比值计算阻力因子。

其实验过程为：

①将填砂管安装于恒温箱内并设定出口端回压为2.0MPa，将恒温箱控温200℃，加热3小时以上。

②用3.8ml/min的排量对填砂管饱和原油，直至出口端采出至少2PV的原油且填砂管两端压差稳定，停止饱和原油。

③用7.5ml/min的排量进行热水驱20min，而后把回压调至1.5MPa，进行蒸汽驱，直至驱替10PV以上，保证达到蒸汽驱残余油饱和度状态。

④用平流泵以3.7ml/min的排量向填砂管注水，同时以3.8ml/min的排量向填砂管内注入氮气，直至填砂管两端压差稳定，此时测定的压差为基础压差。

⑤用平流泵以大于3.7ml/min的排量向填砂管注入0.5PV以上的发泡剂溶液。

⑥用平流泵以3.7ml/min的排量向填砂管内注入发泡剂溶液，同时以3.8ml/min的排量向填砂管内注入氮气，直至填砂管两端压差稳定，此时测定的压差为封堵压差。

⑦将氮气排量改为7.5ml/min继续向填砂管内注入氮气，直至压力稳定再测定一个封堵压差。

⑧用封堵压差与基础压差的比值计算阻力因子，两个不同氮气流量下的阻力因子取平均值为该发泡剂的阻力因子。

该实验过程中，实验温度达到了200℃，属于高温状态。但是现场应用中蒸汽温度可达到300℃以上，同时蒸汽与泡沫运移过程中属于一个变温过程。如何体现温度变化对发泡剂高温封堵能力的影响，该实验方法没有提及。另外，泡沫干度(气液比)对泡沫封堵能力影响较大，该实验方法中规定用两个不同的气液比(3.7ml/min液相流量和3.8ml/min的气相流量，3.7ml/min液相流量和7.5ml/min的气相流量)计算出的阻力因子平均值作为该发泡剂的阻力因子，这个阻力因子计算值不能体现特定气液比时的泡沫封堵能力。

此外，该实验方法规定在200℃条件下测定热水和氮气共渗时的基础压差以及发泡剂溶液和氮气共渗时的封堵压力，从而计算泡沫的阻力因子。该方法也可扩展至300℃高温条件下测定泡沫的阻力因子，但是不能对变温过程中多孔介质中泡沫的阻力因子给出测定。因此，用单一温度点的阻力因子不能客观测定实际变温过程中发泡剂的高温封堵能力。

稠油热采过程中发泡剂处于一个变温环境内，发泡剂的发泡性能、稳泡性能和封堵能力不断发生变化。为了更为客观地对发泡剂的高温发泡性能、稳泡性能及封堵能力进行测定，需要对发泡剂性能进行合适的高温测定，以选出适合于高温蒸汽温度条件下封堵调剖所用的发泡剂。

发明内容

为此，本发明建立了一种发泡剂性能的测定方法，该方法通过测定发泡剂在不同温度条件下的发泡体积和半衰期，得出平均泡沫综合指数作为发泡剂的发泡性能和稳泡性能的测定结果；在此基础上，通过测定发泡剂在不同温度条件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作为每种发泡剂的封堵性能的测定结果。该方法能够更加客观地对变温条件下发泡剂的发泡性能、稳泡性能和封堵性能进行测定，从而能优选出适用于油田现场的高温蒸汽温度条件下封堵调剖所用的发泡剂。

具体来说，本发明包括以下方面：

1、发泡剂性能的测定方法，所述发泡剂是在高温条件下使用的发泡剂，所述方法包括：选定多种发泡剂；测定所述多种发泡剂中某种发泡剂在50℃至300℃温度条件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作为所述某种发泡剂的封堵性能的测定结果。

2、如1所述的发泡剂性能的测定方法，其中，还包括：测定所述多种发泡剂中所述某种发泡剂在50℃至300℃温度条件下的发泡体积和半衰期，得出平均泡沫综合指数作为所述某种发泡剂的发泡性能和稳泡性能的测定结果。

3、如2所述的发泡剂性能的测定方法，其中，先测定所述某种发泡剂在所述温度条件下的发泡体积和半衰期，得出平均泡沫综合指数作为所述某种发泡剂的发泡性能和稳泡性能的测定结果；基于发泡性能和稳泡性能的测定结果，再测定所述某种发泡剂在所述温度条件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作为所述某种发泡剂的封堵性能的测定结果。

4、如3所述的发泡剂性能的测定方法，其中，

(1)在50℃至300℃的温度范围内选定一温度，在该选定温度下，测得所述多种发泡剂中某种发泡剂的发泡体积随时间变化的曲线，并采用公式(2)计算泡沫综合指数：

$S=\frac{3}{4}{V}_{\max }{t}_{\frac{1}{2}}---\left(2\right)$

公式(2)中：S表示泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；t_1/2表示半衰期，单位为分钟；V_max表示最大发泡体积，单位为毫升；

(2)测得所述某种发泡剂的泡沫综合指数S随温度变化的曲线，求得平均泡沫综合指数

其计算公式如公式(3)所示：

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{1}{T_n-T_1}{\∫}_{T_1}^{T_n}\mathrm{SdT}---\left(3\right)$

公式(3)中：

表示平均泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；T₁表示测试的最低温度，单位为℃；T_n表示测试的最高温度，单位为℃；dT表示温度变化，单位为℃；

(3)测得所述某种发泡剂的阻力因子随温度变化的曲线，求得平均泡沫阻力因子，其计算公式如公式(4)所示：

$\stackrel{\‾}{R}=\frac{1}{T_n-T_1}{\∫}_{T_1}^{T_n}\mathrm{RdT}---\left(4\right)$

公式(4)中：R表示泡沫阻力因子，无因次；表示平均泡沫阻力因子，无因次；T₁表示测试的最低温度，单位为℃；T_n表示测试的最高温度，单位为℃；dT表示温度变化，单位为℃；

(4)将所述多种发泡剂中的某种发泡剂的平均泡沫综合指数

与所述多种发泡剂中的的最大平均泡沫综合指数

间的比值和所述某种发泡剂的平均泡沫阻力因子

与所述多种发泡剂中的最大平均泡沫阻力因子

间的比值进行加权求和，求得所述某种发泡剂的泡沫性能综合值，其计算公式如公式(5)所示：

$F_{\mathrm{SR}}=f\frac{\stackrel{\‾}{R}}{{\stackrel{\‾}{R}}_{\max }}+(1-f)\frac{\stackrel{\‾}{S}}{{\stackrel{\‾}{S}}_{\max }}---\left(5\right)$

公式(5)中：F_SR表示泡沫综合性能值，无因次；

表示所述某种发泡剂的平均泡沫阻力因子，无因次；

表示所述多种发泡剂中的最大平均泡沫阻力因子，无因次；

表示所述某种发泡剂的平均泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；

表示所述多种发泡剂中的最大泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；f表示加权因子，取值为

5、如1-4任一项所述的发泡剂性能的测定方法，其中，

所述封堵性能如下测定：

(1)向填砂管内填装一定目数的玻璃微砂；

(2)以恒定的液相体积流量向填砂管内注入地层水，待出口端出水达到稳定状态后，通过计量滞留于填砂管内的水体积计算填砂管的孔隙度；计量填砂管两端的压差和注入水的流量，利用达西公式计算填砂管的绝对渗透率；

(3)在实验管线上缠好加热带，将填砂管出口端的压力用回压阀控制为比实验温度对应的水饱和压力高0.5MPa，将恒温箱和电加热带温度控制仪温度设置为实验温度点，当温度达到设定值后继续恒温2小时；

(4)先打开热水注入阀门而后再打开氮气注入阀门，以恒定的流量下向填砂管内注入测定温度下的热水和氮气，待出口端出液和出气稳定后，记录填砂管两端测压点的压力，此两端之间的压差即为该测定温度点下的基础压差；

(5)在测完基础压差后，让填砂管完全冷却，开始测定工作压差：先打开发泡剂热溶液注入阀门而后再打开氮气注入阀门，以恒定的流量下向填砂管内注入测定温度下的发泡剂热溶液和氮气，待出口端泡沫流动稳定后，记录填砂管两端测压点的压力，此两端之间的压差即为该测定温度点下的封堵压差；

(6)用所述测定温度条件下测得的封堵压差除以基础压差即可计算出所述测定温度条件下的泡沫阻力因子；

(7)变换注入流体的温度和恒温箱的温度，测定在50℃至300℃的温度范围内不同温度条件下的阻力因子，做出发泡剂溶液阻力因子随温度变化的曲线，利用公式(4)计算不同温度条件下发泡剂的平均泡沫阻力因子。

6、如5所述的发泡剂性能的测定方法，其中，发泡性能及稳泡性能如下测定：

(1)将配制好的发泡剂溶液加入到高温高压反应釜腔体内，关闭反应釜腔体顶端入口阀门；

(2)将高温高压反应釜出口端的压力用回压阀控制为比测定温度对应的水饱和蒸汽压高0.5MPa，将高温高压反应釜设定为所需的测定温度，并恒温2小时以上；

(3)打开高温高压反应釜的搅拌电源开关，对发泡剂溶液连续搅拌一设定时间后停止搅拌并记录此时生成泡沫体系的体积，此体积为V_max；

(4)观察泡沫体积的变化规律，记录不同时刻对应的泡沫体系的体积，当泡沫体积变为最大发泡体积的一半时所用的时间即为半衰期T_1/2；

(5)重复上述(1)至(4)，将在50℃至300℃的温度范围内不同温度条件下测定的发泡剂的发泡体积和半衰期绘制成曲线，利用实验结果和公式(2)计算不同温度条件下发泡剂的泡沫综合指数S；

(6)绘制泡沫综合指数S和温度之间的关系曲线，利用公式(3)计算高温发泡剂的平均泡沫综合指数

附图说明

图1是在一测定温度条件下得到的一种发泡剂的发泡体积与发泡及消泡时间之间的关系曲线，示出了求得泡沫综合指数的方法。

图2是一种发泡剂的泡沫综合指数随温度变化的曲线，示出了求得平均泡沫综合指数的方法。

图3是在一实验条件下测得的一种发泡剂的阻力因子随温度变化的曲线，示出了求得平均泡沫阻力因子的方法。

图4是本发明的高温泡沫封堵能力测定实验流程图，其中各标号表示：1、蒸馏水；2、恒压恒速泵；3、蒸汽发生器；4、阀门；5、气体质量流量计；6、高压氮气瓶；7、煤油；8、泡沫发生器；9、六通阀；10、压力表；11、填砂管；12、压差计；13、发泡剂容器；14、地层水容器；15、恒温箱；16、回压阀；17、手摇泵；18、出液计量；19、数据采集系统。

图5示出了本发明实施例中发泡剂A-E的发泡体积随温度变化的曲线。

图6示出了本发明实施例中发泡剂A-E的发泡体积的半衰期随温度变化的曲线。

图7示出了本发明实施例中发泡剂A-E的平均泡沫综合指数。

图8示出了本发明实施例中发泡剂A-E的阻力因子随温度变化的曲线。

图9示出了本发明实施例中发泡剂A-E的平均阻力因子。

图10示出了本发明实施例中发泡剂A-E的泡沫综合性能值。

图11示出了使用发泡剂A和D的LZ27井区蒸汽驱试验井组分布图。

图12示出了本发明实施例中使用发泡剂A的L31713井注汽压力曲线图。

图13示出了本发明实施例中使用发泡剂A的L31713井组月累产油图。

图14示出了本发明实施例中使用发泡剂D的L31717井注汽压力曲线图。

图15示出了本发明实施例中使用发泡剂D的L31717井组月累产油图。

具体实施方公式

发泡体积和半衰期是衡量发泡剂性能好坏的两个重要参数，发泡体积反映了起泡的难易和数量，半衰期则反映了泡沫的稳定性。然而泡沫在地层中的流度调整能力受泡沫的数量和稳定性的综合影响，为了测定发泡剂的静态性能，采用泡沫综合指数进行测定。其综合考虑最大发泡体积和泡沫半衰期对泡沫性能的影响，测定温度条件下得到的发泡体积与发泡及消泡时间之间的关系曲线如图1所示。图中阴影部分的面积可以综合反映发泡剂的静态性能，设定发泡体积随时间的变化采用曲线方程V＝f₁(t)表示，则泡沫综合指数如(1)公式所示，S值越大则发泡和稳泡性能越好。

$S={\∫}_0^{t_{\frac{1}{2}}}\mathrm{Vdt}---\left(1\right)$

为了计算方便，近似将梯形的面积当作图中阴影部分的面积，采用公式(2)计算：

$S=\frac{3}{4}{V}_{\max }{t}_{\frac{1}{2}}---\left(2\right)$

上公式(1)和(2)中：S表示泡沫综合指数，单位为毫升·分钟(ml·min)；t_1/2表示半衰期，单位为分钟(min)；V表示发泡体积，单位为毫升(ml)；dt表示时间变化，单位为min；V_max表示最大发泡体积，单位为毫升(ml)。

由于稠油热采是变温开采的过程，发泡剂的发泡性能和稳泡性能不断发生变化，因此需测定不同温度条件下泡沫的综合性能，泡沫综合指数S值随温度变化的曲线如图2所示。图中阴影部分的面积可以综合反映泡沫体系综合指数S的温度效应，由于泡沫群在实际的热采过程中处于变温体系，因此需要根据温度变化进行加权平均，求得平均泡沫综合指数

作为发泡剂初选的指标，其计算公式如公式(3)所示。

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{1}{T_n-T_1}{\∫}_{T_1}^{T_n}\mathrm{SdT}---\left(3\right)$

公式(3)中：

表示平均泡沫综合指数，单位为ml·min；T₁表示测试的最低温度，单位为℃；T_n表示测试的最高温度，单位为℃；dT表示温度变化，单位为℃。

在设定实验条件下测得的阻力因子随温度的变化如图3所示。图中阴影部分的面积可以综合反映阻力因子R值的温度效应，由于泡沫体系在实际热采过程中处于变温体系中，因此需要根据温度变化进行加权平均，求取平均泡沫阻力因子，其计算公式如公式(4)所示。

$\stackrel{\‾}{R}=\frac{1}{T_n-T_1}{\∫}_{T_1}^{T_n}\mathrm{RdT}---\left(4\right)$

公式(4)中：R表示泡沫阻力因子，无因次；

表示平均泡沫阻力因子，无因次；T₁表示测试的最低温度，单位为℃；T_n表示测试的最高温度，单位为℃；dT表示温度变化，单位为℃。

为了表征变温过程中发泡剂的发泡能力、稳泡能力和封堵能力的综合性能，引入加权值f，将多种发泡剂中的某种发泡剂的平均综合指数

与所述多种发泡剂中的最大平均综合指数

之间的比值和所述某种发泡剂的平均阻力因子

与所述多种发泡剂中的最大阻力因子之间的比值进行加权求和，计算所述某种发泡剂的泡沫性能综合值，其计算公式如公式(5)所示。

$F_{\mathrm{SR}}=f\frac{{\stackrel{\‾}{R}}_i}{{\stackrel{\‾}{R}}_{\max }}+(1-f)\frac{{\stackrel{\‾}{S}}_i}{{\stackrel{\‾}{S}}_{\max }}---\left(5\right)$

公式(5)中：F_SR表示泡沫综合性能值，无因次；

表示所述某种发泡剂的平均泡沫阻力因子，无因次；表示所述多种发泡剂中的最大平均泡沫阻力因子，无因次；

表示所述某种发泡剂的平均泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；表示所述多种发泡剂中的最大泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；f表示加权因子，取

表明泡沫的封堵性能为主要参考指标。

下面对本发明中所使用的术语进行解释：

(1)最大发泡体积V_max：在一确定温度条件下，一定体积的发泡剂溶液经一定时间的剪切作用而生成泡沫体系的最大体积。发泡体积越大，则该发泡剂的生泡能力越强。

(2)泡沫半衰期T_1/2：泡沫体系的体积变为发泡体积V_max的一半时所用的时间。半衰期越长，泡沫体系中液体的析出速度越慢，泡沫的稳定性就越好。

(3)泡沫综合指数S：综合考虑最大发泡体积V_max和泡沫半衰期T_1/2对泡沫性能的影响，即在一定温度条件下泡沫体系从初始时刻衰变至半衰期时泡沫体积随时间的积分值称为泡沫综合指数。如图1所示，图中阴影部分的面积反映发泡剂的生泡能力，其数值即为泡沫综合指数S，因此S值越大发泡和稳泡性能越好。

(4)泡沫平均综合指数

对于蒸汽用高温发泡剂的测定而言，泡沫综合指数S值随温度变化而不断发生变化，经过测定和计算得到泡沫综合指数S值随温度的变化曲线，如图2所示。图中阴影部分的面积综合反映泡沫体系S值的温度效应Ω，则不同温度下泡沫综合值S在温度变化过程中的加权平均值

称为平均泡沫综合指数。

(5)基础压差Δp₁：一定温度条件下，水相和气相在多孔介质中同时流动达到稳定状态时多孔介质两端的压差被称为基础压差。

(6)封堵压差Δp₂：一定温度条件下，发泡剂溶液和气相在多孔介质中同时流动达到稳定状态时多孔介质两端的压差被称为封堵压差。

(7)泡沫阻力因子R：一定温度条件下，测定的封堵压差与基础压差的比值称为泡沫阻力因子。

(8)平均泡沫阻力因子

对于蒸汽用高温发泡剂而言，泡沫的封堵为一变温过程，为测定不同温度下的阻力因子，绘制泡沫阻力因子随温度的变化曲线，如图3所示。图中阴影部分的面积反映阻力因子R值的温度效应Ψ，则泡沫阻力因子随温度变化的加权平均值

称为平均泡沫阻力因子。

(9)泡沫性能综合值F_SR：为了表征变温过程中发泡剂的发泡能力、稳泡能力和封堵能力的综合性能，引入加权值f，将某种发泡剂的平均综合指数

与多种发泡剂的最大平均综合指数

之间的比值和所述某种发泡剂的平均阻力因子

与所述多种发泡剂的最大阻力因子

之间的比值进行加权求和，即

称为泡沫性能综合值，其中，f取

表明泡沫的封堵性能为主要参考指标。

下面详细描述发泡剂的高温发泡性能、稳泡性能及封堵性能的测定方法，但本发明的方法并不仅限于在此描述的方法。

实验对象为配制好的质量浓度为0.5wt％的发泡剂溶液。在本发明的测定方法中，所述地层水可以是使用发泡剂的油井区的地层水，也可以是配制成与该地层水的组成基本一致的水溶液；配制发泡剂溶液所用的水为所述地层水或溶液。

一、发泡性能及稳泡性能的测定

发泡剂的高温发泡性能和稳泡性能用高温状态下的发泡体积和半衰期来表征。高温高压状态下发泡体积和半衰期的测定用可视化高温高压反应釜进行。实验所用仪器主要包括：HJ-5型多功能自动搅拌器、1000mL烧杯、玻璃棒、秒表、可视化高温高压反应釜。

实验步骤为：

(1)将配制好的发泡剂溶液取100mL加入到高温高压反应釜腔体内，关闭反应釜腔体顶端入口阀门；

(2)将高温高压反应釜出口端的压力用回压阀控制为比测定温度对应的水饱和蒸汽压高0.5MPa，将高温高压反应釜设定为所需的测定实验温度，并恒温2小时以上；

(3)打开高温高压反应釜的搅拌电源开关，调整转速为1400转/分钟(r/min)，对发泡剂溶液连续搅拌5min后停止搅拌并记录此时生成泡沫体系的体积，此体积为V_max；

(4)观察泡沫体积的变化规律，记录不同时刻对应的泡沫体系的体积，当泡沫体积变为最大发泡体积的一半时所用的时间即为半衰期T_1/2；

(5)实验完毕关闭反应釜加热电源开关，至反应釜腔体温度冷却至室温进行下一组实验；

(6)在冷却后的反应釜腔体内重新加入发泡剂溶液，将反应釜设置为另外一个温度完成新一组实验；

(7)将不同温度条件下测定的高温发泡剂的发泡体积和半衰期绘制成曲线图，对实验结果进行直观显示；

(8)利用实验结果和公式(2)计算不同温度条件下高温发泡剂的泡沫综合指数S；

(9)绘制泡沫综合指数S和温度之间的关系曲线，利用公式(3)计算发泡剂的平均泡沫综合指数

(10)按平均泡沫综合指数

从高到低的顺序将不同发泡剂进行排序，从而优选出最佳高温发泡性能和稳泡性能的发泡剂。

二、封堵性能测定

多孔介质中泡沫具有选择性封堵作用，可有效改善蒸汽的流动方向，扩大蒸汽的波及范围。油田现场及室内实验常利用泡沫阻力因子来表征泡沫的封堵能力，但对于高温泡沫而言，由于泡沫运移过程中热量的传导而使得温度逐渐降低，属于变温过程，因此用常规的泡沫阻力因子难以表征高温发泡剂的封堵性能。该方法将不同温度条件下测定的泡沫阻力因子进行加权平均，从而更加客观地表征多孔介质中高温泡沫的封堵性能。

实验仪器包括：恒温箱1台、蒸汽发生器1台、恒压恒速驱替泵2台、高压氮气瓶1个、气体质量流量计1台、中间容器2个、回压阀1个、手摇泵1台、长填砂管1根、其他连接阀门及管线等若干。

具体的实验步骤如下：

(1)向填砂管内填装一定目数的玻璃微砂，然后按实验流程图4安装好装置。实验装置安装后，整个实验流程在20MPa下试压30分钟，保证整个装置系统不漏气。

(2)以2mL/min液相体积流量向填砂管内注入地层水，待出口端出水达到稳定状态后，通过计量滞留于填砂管内的水体积计算填砂管的孔隙度；计量填砂管两端的压差和注入水的流量，利用达西公式(

其中Q_w为水的流量，ml/min；K为绝对渗透率，μm²；A为填砂管截面积，cm²；μ_w为水的粘度，mPa·s；Δp为填砂管两端的压差，kPa；L为填砂管的长度，cm)计算填砂管的绝对渗透率。

(3)在实验管线上缠好加热带，将填砂管出口端的压力用回压阀控制为比测定温度对应的水饱和压力高0.5MPa，将恒温箱和电加热带温度控制仪温度设置测定实验温度点，当温度达到设定值后继续恒温2小时。

(4)先打开热水注入阀门而后再打开氮气注入阀门，以恒定的流量下向填砂管内注入2mL/min测定温度的热水和标况下100mL/min氮气，待出口端出液和出气稳定后，记录填砂管两端测压点的压力，此两端之间的压差即为该温度点下的基础压差。

(5)在测完基础压差后，让填砂管完全冷却，开始测定工作压差。具体方法是：先打开发泡剂热溶液(具有测定温度)注入阀门而后再打开氮气注入阀门，以恒定的流量下向填砂管内注入2mL/min测定温度的发泡剂热溶液和标况下100mL/min氮气，待出口端泡沫流动稳定后，记录填砂管两端测压点的压力，此两端之间的压差即为该温度点下的封堵压差。

(6)用该温度条件下测得的封堵压差除以基础压差即可计算出该温度条件下的泡沫阻力因子。

(7)变换注入流体的温度和恒温箱的温度，测定其他温度条件下的阻力因子，直至实验完毕，关闭氮气瓶、泵及压力传感器等所有的实验设备，然后切断电源。

(8)完成一种发泡剂的阻力因子测定实验后重新对填砂管进行填砂，重复上述(1)至(7)的实验步骤，进行下一种发泡剂的测定实验，直到把不同发泡剂在不同温度条件的阻力因子测定完毕。

(9)依据温度影响实验数据作出不同发泡剂溶液阻力因子随温度变化曲线图，利用公式(4)计算不同温度条件下各个发泡剂的平均泡沫阻力因子。

(10)按平均泡沫阻力因子从高到低的顺序将不同高温发泡剂进行排序。

(11)根据测定的各个发泡剂的平均泡沫综合指数，计算各个数值与其中最大平均泡沫综合指数的比值。根据测定的各个发泡剂的平均阻力因子，计算各个数值与其中最大阻力因子的比值，根据公式(5)计算不同发泡剂的泡沫性能综合值，最终确定最佳发泡剂。

实施例

(1)发泡性能及稳泡性能的测定实验结果

根据以上发泡剂的高温发泡性能及稳泡性能测定实验步骤，对某油田提供的5种发泡剂的发泡性能和稳泡性能进行了测定。5种发泡剂分别标号为A、B、C、D和E。

发泡剂A：为乳白色粘稠状液体，偏弱酸性，其固相含量为30.74％，30℃时的粘度为1968mPa·s。

发泡剂B：为乳白色粘稠状液体，颜色略比A号深，偏弱碱性，其固相含量为23.56％，30℃时的粘度为2193mPa·s。

发泡剂C：为淡黄色粘稠状液体，偏弱碱性，其固相含量为40.22％，30℃时的粘度为26.3mPa·s。

发泡剂D：为深褐色粘稠状液体，偏弱碱性，其固相含量为36.43％，30℃时的粘度为42mPa·s。

发泡剂E：为黑色粘稠状液体，中性，其固相含量为18.12％，30℃时的粘度为62mPa·s。

分别在50、100、150、200和220℃的温度条件下，对5种发泡剂的高温发泡性能和稳泡性能进行测定，实验结果如图5和图6所示，其中图5为不同温度条件下发泡剂溶液的最大发泡体积随温度的变化曲线，图6为不同温度条件下泡沫体系的半衰期随温度的变化曲线。根据实验结果，利用公式(2)和公式(3)计算得到发泡剂A-E的平均泡沫综合指数，结果如表1和图7所示。

表1发泡剂A-E的平均泡沫综合指数(单位：升·分钟)

发泡剂	A	B	C	D	E
						平均泡沫综合指数	57.60	27.33	49.99	57.54	50.88

由表1和图7可以看出：发泡剂A-E的高温发泡及稳泡性能优选排序为：

A＞D＞E＞C＞B

(2)泡沫封堵性能测定实验结果

分别在50℃、70℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃的温度条件下测量该5种发泡剂溶液的泡沫阻力因子。实验结果如图8所示，可见不同温度条件下发泡剂A-E的阻力因子存在差异。利用所测定的不同温度条件下的泡沫阻力因子，根据公式(4)计算出发泡剂A-E的平均泡沫阻力因子，如表2和图9所示。

表2发泡剂A-E的平均阻力因子(单位：无因次)

发泡剂	A	B	C	D	E
						平均阻力因子	109.5384	69.0386	97.0438	86.1886	97.7686

由表2和图9可以看出：发泡剂A-E的封堵性能优选排序为：

A＞E＞C＞D＞B

(3)泡沫性能综合值计算结果

由上述(1)和(2)的实验结果测定，根据公式(5)计算出发泡剂A-E的泡沫性能综合值，如表3和图10所示。

表3发泡剂A-E的高温泡沫性能综合值(单位：无因次)

发泡剂	A	B	C	D	E
						泡沫性能综合值	1.0000	0.6303	0.8859	0.7868	0.8889

由表(3)和图10可以看出：发泡剂A-E的泡沫性能综合值排序为：A＞E＞C＞D＞B。因此，最佳发泡剂应选择A号发泡剂。

本发明通过考虑不同温度对发泡剂的高温泡沫综合指数和泡沫阻力因子的影响，建立了蒸汽用发泡剂的高温性能的测定方法。该方法需要利用高温泡沫平均综合指数及高温泡沫平均阻力因子两项指标对发泡剂高温性能进行测定，能够更加客观地对变温条件下发泡剂的高温发泡性能、稳泡性能和封堵性能进行测定，从而优选出适用于油田现场的蒸汽用高温发泡剂。

现场应用情况：

油田LZ27(楼资27)井区：油层平均有效厚度5.6m，平均深度220m，平均孔隙度34.82％，平均渗透率2.25μm²，平面和纵向非均质性严重，平均渗透率级差达到5.0以上。2009年在该井区III6层选择了100m×141m四个反九点井组进行蒸汽驱试验，即L31513、L31713、L31717、L31917四个井组(如图11所示，L表示图中的“楼”字)。2009年9月1日开始正式进入现场实施蒸汽驱，截止到2010年1月8日，汽驱井组累计注汽130天，累计注汽量2.91万吨，累计产液2.46万吨，产油0.25万吨，综合含水90％，平均单井日产水平仅为0.8吨/天，油汽比0.09，采注比0.85，产量下降的主要原因是由于注采井间的汽窜引起井温度和含水的上升。

(1)L31713井组

自2010年7月12日开始对L31713井组进行氮气泡沫调驱施工，油管注蒸汽，蒸汽注入速度54吨/天(t/d)；套管注发泡剂和氮气，发泡剂选择A号，发泡剂注入速度1.4t/d，氮气注入速度6000m³/d，至2010年7月17日累积注入蒸汽270t，累计注入氮气30000m³，累计注入发泡剂5.64t。

由图12可知，当2010年7月12日开始注氮气泡沫进行调驱时，注汽井的压力由2.2MPa逐渐升高4.1MPa，上升幅度达到86.4％。然后注汽压力随时间逐渐降低，表明注入的氮气泡沫有效的封堵了发生汽窜的大孔道。

由图13可知，在2010年7月12日-7月17日对L31713井组注氮气泡沫调驱后，特别是8-10月份的产油量较调驱之前有大幅度上升。调驱之后直到10月31日累积净增产油已达到675.9t，并且到11月份仍然继续有效，增油效果明显。

(2)L31717井组

自2010年7月25日开始对L31717井组进行氮气泡沫调驱施工，7月25日先注入颗粒。到2010年8月6日开始注入氮气泡沫，油管注蒸汽，蒸汽注入速度54.25t/d；同时套管注发泡剂和氮气，发泡剂选择为D号，发泡剂注入速度1.5t/d，氮气注入速度6000m³/d。至2010年8月9日，累积注入蒸汽217t，累计注入氮气24000m³，累计注入发泡剂5.16t。

由图14可知，当2010年7月25日开始注颗粒，注汽井的压力由3.1MPa逐渐升高4.3MPa；自8月6日开始该井组注氮气泡沫进行调驱，注汽井的压力由4.3MPa逐渐升高6.3MPa，上升幅度为46.5％，而后迅速降低，表明注入的氮气泡沫虽然封堵汽窜孔道，但有效性较差。

由图15可知，在2010年7月25日对L31717井组注颗粒进行调剖，而后在8月6日-8月9日注入氮气泡沫进行调驱，8月份产油量出现明显上升趋势，但9月份又恢复到调驱前的水平，10月份则比9月份略有上升，直至10月31日累积净增产油仅有72.5t，增油效果不甚明显。

因此，利用本发明的测定方法选择的A号发泡剂在现场应用取得了良好的封堵和增油效果，证明本发明的方法具有可行性。

参考文献：

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[10]郝永卯，陈月明，冯自平.驱油用高温起泡剂实验测定[J].油田化学，2005，22(2)：188表示191.

Claims (6)

1.发泡剂性能的测定方法，所述发泡剂是在高温条件下使用的发泡剂，所述方法包括：选定多种发泡剂；测定所述多种发泡剂中某种发泡剂在50℃至300℃温度条件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作为所述某种发泡剂的封堵性能的测定结果。

2.如权利要求1所述的发泡剂性能的测定方法，其中，还包括：测定所述多种发泡剂中所述某种发泡剂在50℃至300℃温度条件下的发泡体积和半衰期，得出平均泡沫综合指数作为所述某种发泡剂的发泡性能和稳泡性能的测定结果。

3.如权利要求2所述的发泡剂性能的测定方法，其中，先测定所述某种发泡剂在所述温度条件下的发泡体积和半衰期，得出平均泡沫综合指数作为所述某种发泡剂的发泡性能和稳泡性能的测定结果；基于发泡性能和稳泡性能的测定结果，再测定所述某种发泡剂在所述温度条件下的阻力因子，得出平均泡沫阻力因子作为所述某种发泡剂的封堵性能的测定结果。

4.如权利要求3所述的发泡剂性能的测定方法，其中，

(1)在50℃至300℃的温度范围内选定一温度，在该选定温度下，测得所述多种发泡剂中某种发泡剂的发泡体积随时间变化的曲线，并采用公式(2)计算泡沫综合指数：

$S=\frac{3}{4}{V}_{\max }{t}_{\frac{1}{2}}---\left(2\right)$

公式(2)中：S表示泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；t_1/2表示半衰期，单位为分钟；V_max表示最大发泡体积，单位为毫升；

(2)测得所述某种发泡剂的泡沫综合指数S随温度变化的曲线，求得平均泡沫综合指数

其计算公式如公式(3)所示：

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{1}{T_n-T_1}{\∫}_{T_1}^{T_n}\mathrm{SdT}---\left(3\right)$

公式(3)中：

表示平均泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；T₁表示测试的最低温度，单位为℃；T_n表示测试的最高温度，单位为℃；dT表示温度变化，单位为℃；

(3)测得所述某种发泡剂的阻力因子随温度变化的曲线，求得平均泡沫阻力因子，其计算公式如公式(4)所示：

$\stackrel{\‾}{R}=\frac{1}{T_n-T_1}{\∫}_{T_1}^{T_n}\mathrm{RdT}---\left(4\right)$

公式(4)中：R表示泡沫阻力因子，无因次；表示平均泡沫阻力因子，无因次；T₁表示测试的最低温度，单位为℃；T_n表示测试的最高温度，单位为℃；dT表示温度变化，单位为℃；

(4)将所述多种发泡剂中的某种发泡剂的平均泡沫综合指数

与所述多种发泡剂中的的最大平均泡沫综合指数间的比值和所述某种发泡剂的平均泡沫阻力因子

与所述多种发泡剂中的最大平均泡沫阻力因子

间的比值进行加权求和，求得所述某种发泡剂的泡沫性能综合值，其计算公式如公式(5)所示：

$F_{\mathrm{SR}}=f\frac{\stackrel{\‾}{R}}{{\stackrel{\‾}{R}}_{\max }}+(1-f)\frac{\stackrel{\‾}{S}}{{\stackrel{\‾}{S}}_{\max }}---\left(5\right)$

公式(5)中：F_SR表示泡沫综合性能值，无因次；

表示所述某种发泡剂的平均泡沫阻力因子，无因次；

表示所述多种发泡剂中的最大平均泡沫阻力因子，无因次；

表示所述某种发泡剂的平均泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；

表示所述多种发泡剂中的最大泡沫综合指数，单位为毫升·分钟；f表示加权因子，取值为

5.如权利要求1-4任一项所述的发泡剂性能的测定方法，其中，

所述封堵性能如下测定：

(1)向填砂管内填装一定目数的玻璃微砂；

(2)以恒定的液相体积流量向填砂管内注入地层水，待出口端出水达到稳定状态后，通过计量滞留于填砂管内的水体积计算填砂管的孔隙度；计量填砂管两端的压差和注入水的流量，利用达西公式计算填砂管的绝对渗透率；

(3)在实验管线上缠好加热带，将填砂管出口端的压力用回压阀控制为比实验温度对应的水饱和压力高0.5MPa，将恒温箱和电加热带温度控制仪温度设置为实验温度点，当温度达到设定值后继续恒温2小时；

(4)先打开热水注入阀门而后再打开氮气注入阀门，以恒定的流量下向填砂管内注入测定温度下的热水和氮气，待出口端出液和出气稳定后，记录填砂管两端测压点的压力，此两端之间的压差即为该测定温度点下的基础压差；

(5)在测完基础压差后，让填砂管完全冷却，开始测定工作压差：先打开发泡剂热溶液注入阀门而后再打开氮气注入阀门，以恒定的流量下向填砂管内注入测定温度下的发泡剂热溶液和氮气，待出口端泡沫流动稳定后，记录填砂管两端测压点的压力，此两端之间的压差即为该测定温度点下的封堵压差；

(6)用所述测定温度条件下测得的封堵压差除以基础压差即可计算出所述测定温度条件下的泡沫阻力因子；

(7)变换注入流体的温度和恒温箱的温度，测定在50℃至300℃的温度范围内不同温度条件下的阻力因子，做出发泡剂溶液阻力因子随温度变化的曲线，利用公式(4)计算不同温度条件下发泡剂的平均泡沫阻力因子。

6.如权利要求5所述的发泡剂性能的测定方法，其中，

发泡性能及稳泡性能如下测定：

(1)将配制好的发泡剂溶液加入到高温高压反应釜腔体内，关闭反应釜腔体顶端入口阀门；

(2)将高温高压反应釜出口端的压力用回压阀控制为比测定温度对应的水饱和蒸汽压高0.5MPa，将高温高压反应釜设定为所需的测定温度，并恒温2小时以上；

(3)打开高温高压反应釜的搅拌电源开关，对发泡剂溶液连续搅拌一设定时间后停止搅拌并记录此时生成泡沫体系的体积，此体积为V_max；

(4)观察泡沫体积的变化规律，记录不同时刻对应的泡沫体系的体积，当泡沫体积变为最大发泡体积的一半时所用的时间即为半衰期T_1/2；

(5)重复上述(1)至(4)，将在50℃至300℃的温度范围内不同温度条件下测定的发泡剂的发泡体积和半衰期绘制成曲线，利用实验结果和公式(2)计算不同温度条件下发泡剂的泡沫综合指数S；

(6)绘制泡沫综合指数S和温度之间的关系曲线，利用公式(3)计算高温发泡剂的平均泡沫综合指数

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