专利名称：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10(TC (Ross-Milles方法为50°C条件下测定发泡体积)条件下进行，无法完成高温条件下(200°C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(I)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IS0-696-1975。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°C ±1°C。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°C ±1°C，而IS0-696-1975规定的水温则是50°C ±1°C。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。③Imin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950C (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°C或50°C )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°C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. OMPa，将恒温箱控温200°C， 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I. 5MPa,进行蒸汽驱，直至驱替IOPV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O. 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°C，属于高温状态。但是现场应用中蒸汽温度可达到300°C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°C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°C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I、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°C至300°C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I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°C至300°C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O4、如3所述的发泡剂性能的测定方法，其中，(I)在50°C至300°C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⑵计算泡沫综合指数
权利要求
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°c至300°C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I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°C至300°C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°C至300°C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
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O. 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°C至300°C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O. 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Vniax ； (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T1/2 ； (5)重复上述(I)至(4)，将在50°C至300°C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歹。
全文摘要
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。
文档编号G01N33/00GK102854286SQ201110174948
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者庞占喜, 刘慧卿, 张红玲 申请人:中国石油大学(北京)