1、XX石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）泡沫壓裂液發(fā)泡劑效果實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)摘 要：泡沫技術(shù)在石油工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用,解決了以前很多常規(guī)作業(yè)所不能解決的技術(shù)難題。取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。泡沫壓裂技術(shù)就是其中之一。本文選擇了幾種常用的發(fā)泡劑,應(yīng)用Waring-Blender高速攪拌法，對(duì)它們的起泡能力進(jìn)行比較。考察用量、溫度、鹽濃度對(duì)發(fā)泡劑起泡能力和穩(wěn)定性的影響,優(yōu)選出性能良好的單劑，利用選出的單劑進(jìn)行復(fù)配，從而得到成本低、起泡性能好、穩(wěn)定性好、抗溫抗鈣抗鹽的發(fā)泡劑配方。并且，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)了發(fā)泡劑配方在壓裂液稠化劑中的穩(wěn)泡效果。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)：復(fù)配配方的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性能優(yōu)于單劑。通過(guò)單劑間的協(xié)同作用，從而使復(fù)配

2、后的發(fā)泡劑的抗溫抗鹽性能得到了提高。穩(wěn)泡劑通過(guò)增強(qiáng)表面吸附分子間的相互作用和提高泡沫原液的液相粘度，可以明顯延長(zhǎng)泡沫的半衰期。關(guān)鍵詞：泡沫;發(fā)泡劑; 泡沫壓裂液;半衰期泡沫壓裂液發(fā)泡劑效果實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià) 36 采油0X01XXFoam Blowing Agent Fracturing Fluid Experimental EvaluationAbstract：The foam technology has obtained the widespread application in the oil industry, solved the technological difficult proble

3、m that much routine homework can be solved in the past. Has obtained great economic efficiency . Foam fracturing technology is one of them. This text has selected several kinds of commonly used foaming agents, applying Waring-Blender method, compare their ability of bubbling. Inspection amount used,

4、 temperature, salinity to foaming agent frothing quality and stable influence optimized performance good foaming agent, Use foaming agent elected compounding, thus obtains the cost lowly, bubbles the performance well, the stability is good, the anti-warm anti- calcium anti-salt foaming agent formula

5、. And, further experimental formula in the foam fracturing fluid thickening agent stability bubble effect. A lot of experiments confirmed: Complex formulas foaming properties and foam stability is better than single-dose, adoption of a single dose of synergy, thus compounding the anti-foaming agent

6、to the temperature and salt to improve performance. Bubble stabilizers surface adsorption through enhanced interaction between the molecules and raising bubble liquid viscosity of the liquid, Bubble can significantly prolong the half-life. Key words：Foaming agent ;Halftime ;Petroleum ;Foam目 錄1 緒論11.

7、1 研究的目的和意義11.2 泡沫壓裂發(fā)泡劑國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 國(guó)內(nèi)外泡沫壓裂液發(fā)泡劑的差距21.4 本項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容32 泡沫理論42.1 泡沫的概念42.2 泡沫體系的組成42.3 泡沫的衰變62.4 泡沫的穩(wěn)定性62.5 發(fā)泡劑的復(fù)配體系63 實(shí)驗(yàn)儀器與研究方法83.1 實(shí)驗(yàn)材料83.2 實(shí)驗(yàn)方法93.2.1 成泡機(jī)理93.2.2 配制溶液93.2.3 測(cè)定步驟94 發(fā)泡劑的評(píng)價(jià)104.1 發(fā)泡劑的起泡能力對(duì)比104.2 發(fā)泡劑最佳濃度的確定114.3 發(fā)泡劑的抗溫性能134.4 發(fā)泡劑的抗鹽性能154.4.1 常溫下發(fā)泡劑抗鹽性能154.4.2 常溫下發(fā)泡劑抗氯化鈣性能164.

8、4.3 常溫下發(fā)泡劑抗鈣鎂性能174.5 小結(jié)175 發(fā)泡劑配方試驗(yàn)185.1 5#和11#的復(fù)配185.2 2#和3#的復(fù)配235.3 9#和2#的復(fù)配265.4 小結(jié)306 結(jié)論31參考文獻(xiàn)32致謝331 緒論1.1 研究的目的和意義隨著世界能源需求的增加，對(duì)石油的開(kāi)采量及采效率的要求越來(lái)越高。當(dāng)常規(guī)方法生產(chǎn)的原油產(chǎn)量不斷下降時(shí)，提高原油采收率將在資源利用方面發(fā)揮重要的作用。而泡沫技術(shù)就可達(dá)到保護(hù)油氣層、提高采收率的目的。這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外石油工業(yè)中的應(yīng)用是從上個(gè)世紀(jì)六十年代開(kāi)始的,近年來(lái)發(fā)展很快，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于泡沫壓裂增產(chǎn)工藝。由于泡沫流體的獨(dú)特性能，解決了以前很多常規(guī)作業(yè)所不能解決的技術(shù)難

9、題。取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。泡沫技術(shù)尤其是發(fā)泡劑技術(shù)本身也在大量的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷得到改進(jìn)而日臻完，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)有原油儲(chǔ)量展示了廣闊前景。泡沫是氣體和液體混合組成的分散體系，氣體分散于液體中即產(chǎn)生氣泡。大量的氣泡密集在一起則成為泡沫，它的結(jié)構(gòu)形狀與蜂窩相似。氣相是分散相，液相是分散介質(zhì)。就其本質(zhì)而言，泡沫是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。液膜的排液和氣體的擴(kuò)散是導(dǎo)致泡沫破裂的原因。泡沫一旦破裂，液體的表面積大為減小。由于泡沫流體具有低密度、低濾失、低油層傷害和高粘度、高懸砂能力等突出優(yōu)點(diǎn)，常被用于石油工業(yè)的泡沫壓裂作業(yè)過(guò)程，因而發(fā)泡劑技術(shù)的使用受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。一般常用陰離子型起泡劑如十二烷基苯磺酸

10、鈉(ABS) 、十二烷基硫酸鈉（SDS）等。但在廣度上和深度上都顯薄弱 ,難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。為此，需要進(jìn)一步研究鹽濃度、溫度、壓力、原油的存在和表面活性劑的結(jié)構(gòu)對(duì)泡沫性能的影響。在充分了解各種發(fā)泡劑特點(diǎn)及應(yīng)用可行性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成泡沫壓裂液的配制及應(yīng)用，具有重要意義。1.2 泡沫壓裂發(fā)泡劑國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀從80年代開(kāi)始，泡沫壓裂液發(fā)展呈現(xiàn)迅猛勢(shì)頭，由于其具有易返排、傷害小、攜砂能力強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適合于低壓、水敏性儲(chǔ)層，尤其是氣藏。在壓裂施工中部分取代了水基壓裂液，應(yīng)用正穩(wěn)步增加，見(jiàn)圖1-11。發(fā)泡劑是泡沫壓裂技術(shù)的主要組成部分。國(guó)內(nèi)外都對(duì)其進(jìn)行了深入的研究。圖1-1 壓裂液類型發(fā)展趨勢(shì)

11、1.2.1 國(guó)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)在泡沫和發(fā)泡劑方面的研究，日本的伊滕光一研究了表面粘度對(duì)泡沫壽命的影響；美國(guó)的Friberg發(fā)現(xiàn)含有液晶相的溶液能產(chǎn)生較穩(wěn)定的泡沫；Schick研究了一些添加物對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響。21.2.2 國(guó)內(nèi)研究概況及發(fā)展趨勢(shì)在泡沫和發(fā)泡劑研究方面，劉迎清等研究了表面活性劑水溶液的起泡性；萬(wàn)里平等對(duì)泡沫流體穩(wěn)定性機(jī)理進(jìn)行了研究；王紅武等對(duì)高穩(wěn)定性泡沫發(fā)泡劑進(jìn)行了研究；王其偉等做了泡沫穩(wěn)定性改進(jìn)劑研究；樊西驚研究了原油對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響；劉永兵等研究了新型高效發(fā)泡劑及泡沫液體系；于書(shū)平等研究了酸性條件下泡沫的穩(wěn)定性；周莉等研究了PEP與陰離子表面活性劑復(fù)配體系的泡沫性能；

12、李作鋒等研究了表面活性劑混合體系的起泡性和泡沫的穩(wěn)定性；伊忠等做了泡沫評(píng)價(jià)及發(fā)泡劑復(fù)配研究；王明梅等做了水基泡沫的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)及影響因素研究。21.3 國(guó)內(nèi)外泡沫壓裂液發(fā)泡劑的差距（1）發(fā)泡劑體系缺乏系列化國(guó)外泡沫壓裂液體系針對(duì)不同儲(chǔ)層特性和壓裂工藝的要求，研制開(kāi)發(fā)了與之相適應(yīng)的抗鹽、抗溫、抗酸和抗油發(fā)泡劑體系，形成了不同的泡沫壓裂液發(fā)泡劑；而國(guó)內(nèi)僅有7類主要化學(xué)添加劑，泡沫壓裂液體系系列化較差，可供選擇范圍小，難以完全滿足壓裂施工的需要。（2）同類發(fā)泡劑產(chǎn)品單一國(guó)外同一類發(fā)泡劑都包含適應(yīng)不同條件的不同產(chǎn)品。而國(guó)內(nèi)添加劑產(chǎn)品單一，適用于不同條件的同類發(fā)泡劑的多種產(chǎn)品均有待開(kāi)發(fā)。（3）發(fā)泡劑性

13、能有待提高國(guó)內(nèi)部分發(fā)泡劑性能達(dá)到或者部分達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品性能，有待完善提高。因此，國(guó)內(nèi)泡沫壓裂液發(fā)泡劑的發(fā)展方向應(yīng)為：改進(jìn)發(fā)泡劑加工工藝，提高發(fā)泡劑性能，適用不同壓裂施工的需要，研制新型發(fā)泡劑如新型抗溫抗鹽發(fā)泡劑、抗溫抗油發(fā)泡劑等，開(kāi)發(fā)可用于連續(xù)混配的發(fā)泡劑濃縮液，配套形成不同泡沫壓裂液配方體系，滿足對(duì)壓裂液優(yōu)質(zhì)、低傷害、低成本的要求。31.4 本項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容（1）不同發(fā)泡劑的效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)（2）溫度對(duì)發(fā)泡劑起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響（3）鹽對(duì)發(fā)泡劑起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響（4）復(fù)配體系在各種條件下的起泡性及泡沫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)（5）穩(wěn)泡劑對(duì)泡沫特性的影響2 泡沫理論2.1 泡沫的概念泡沫是由不溶

14、性或微溶性的氣體分散于液體中形成的分散物系，由液體薄膜包圍著的氣體就形成了單個(gè)氣泡，而泡沫則是氣泡的聚集體，其中氣體是分散相，液體是連續(xù)相。純液體是不能形成穩(wěn)定性很高的泡沫，能形成穩(wěn)定泡沫的液體必須有兩個(gè)以上的組分。表面活性劑水溶液是典型的易產(chǎn)生泡沫的體系。本文所復(fù)配的發(fā)泡劑體系由發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑等組成。42.2 泡沫體系的組成2.2.1 氣相泡沫壓裂液中泡沫流體，其氣相多為空氣、天然氣、氮?dú)狻⒁约岸趸細(xì)狻Ｓ捎诳諝夂吞烊粴獯嬖谝兹肌⒁妆炔话踩蛩兀瑧?yīng)盡量避免用于油、氣井生產(chǎn)作業(yè)。此時(shí)，一般多采用氮?dú)饣蚨趸細(xì)鉃闅庀唷＃?）氮?dú)獾獨(dú)怆m然是一種惰性氣體，但在高溫下卻可以和鋰、鈣、鎂和氧化合。

15、氮?dú)饪梢砸夯瑵饪s成液氮。氮?dú)馑阅軕?yīng)用到石油工業(yè)原因是它的物理性能、化學(xué)性能適合，來(lái)源有保證，陳本較低。（2）二氧化碳CO2在酸中的溶解度比淡水低1.5%，CO2可溶于原油并降低油的粘度。CO2水溶液偏弱酸性，在油氣儲(chǔ)層內(nèi)有防止鐵沉淀和粘土膨脹的作用，CO2水溶液可部分溶解表面積大的伊利石粘土，從而減少由于微粒運(yùn)移造成堵塞孔道的危險(xiǎn)。2.2.2 液相液相一般由水（淡水、地層水或者鹽水）、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑等組成。2.2.2.1 水淡水、地層水、鹽水均可以用來(lái)配制泡沫。一般采用地層水來(lái)配制泡沫，其起泡體積或能力低于淡水配制的泡沫，地層水或鹽水配制的泡沫有助于防止地層粘土膨脹。因此，淡水泡沫液相中常

16、加入氯化鉀或有機(jī)抑制劑。為了增加泡沫穩(wěn)定性，基液中常加入各種穩(wěn)泡劑。2.2.2.2 發(fā)泡劑常用的發(fā)泡劑為表面活性劑。表面活性劑指的是凡是能在低濃度下吸附于體系得兩相界面上，改變界面性質(zhì)，顯著降低界面張力，并通過(guò)改變體系界面狀態(tài)，從而產(chǎn)生潤(rùn)濕與反潤(rùn)濕、乳化與反乳化、起泡與消泡、以及在較高濃度下產(chǎn)生增溶的物質(zhì)。我們可以參照國(guó)際上對(duì)表面活性劑的分類方法對(duì)發(fā)泡劑進(jìn)行分類。陰離子發(fā)泡劑此類發(fā)泡劑實(shí)質(zhì)上就是陰離子表面活性劑，常用的陰離子表面活性劑有：十二烷基苯磺酸鈉（ABS）、脂肪酸皂、椰子油烷基硫酸鹽、脂肪醇醚硫酸鈉（ES）、十二烷基硫酸鈉（SDS）等。此類發(fā)泡劑的起泡能力高，價(jià)格適中且來(lái)源廣，但缺點(diǎn)是

17、抗電解質(zhì)能力差，因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)中一般含有SO3或SO²4，遇到Ca²生成沉淀，其起泡能力和穩(wěn)定性都受到影響。陽(yáng)離子發(fā)泡劑此類發(fā)泡劑實(shí)質(zhì)就是陽(yáng)離子表面活性劑，是由有機(jī)胺衍生出來(lái)的鹽類。在水溶液中能解離出表面活性陽(yáng)離子。此類發(fā)泡劑起泡能力適中，但由于來(lái)源少、價(jià)格高，從經(jīng)濟(jì)上考慮很少使用。非離子發(fā)泡劑此類發(fā)泡劑實(shí)質(zhì)就是非離子表面活性劑，在水溶液中不解離為離子態(tài)，而是以分子或膠束態(tài)存在于溶液中，它的親油基一般是烴鏈或者聚氧丙烯鏈，親水基大部分是聚氧乙烯鏈、羥基或醚鍵等。 常用的非離子發(fā)泡劑的種類有：醚型OP系列、聚氧乙烯脂肪醇醚AEO系列、烷基氧化胺等。兩性離子發(fā)泡劑此類發(fā)泡劑實(shí)質(zhì)

18、就是兩性離子表面活性劑，在水溶液中離解出的表面活性離子是一個(gè)既帶有陽(yáng)離子又帶有陰離子的兩性離子，而且此兩性離子隨著pH值變化而變化。通常在堿性條件下顯陰離子性質(zhì)，在等電點(diǎn)時(shí)顯示出非離子性質(zhì)，在酸性條件下顯示出陽(yáng)離子性質(zhì)。兩性發(fā)泡劑主要有：甜菜堿型等。此類發(fā)泡劑毒性低、生物降解好，但成本高，因而很少使用。聚合物發(fā)泡劑這類發(fā)泡劑是指那些分子量較大（分子量高達(dá)幾千、幾萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)），而且具有一定表面活性的物質(zhì)。復(fù)合型發(fā)泡劑由于單一的陰離子發(fā)泡劑抗電解質(zhì)能力差，對(duì)于高含鈣或鹽的地層，可將陰離子與陽(yáng)離子復(fù)配、陰離子與非離子等復(fù)配形成復(fù)合型發(fā)泡劑，以增強(qiáng)發(fā)泡劑的抗電解質(zhì)能力。使其可用于高含鈣或鹽的地層。5

19、2.2.2.3 穩(wěn)泡劑穩(wěn)定性是泡沫研究的核心問(wèn)題。如果使用單一的發(fā)泡劑溶液，其起泡性雖然很好但半衰期一般都很短，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)上的需要。為了提高泡沫的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)泡沫的壽命，可以加入穩(wěn)泡劑。泡沫穩(wěn)定劑的加入會(huì)使泡沫的穩(wěn)定性得到較大提高。2.3 泡沫的衰變前面提過(guò)，泡沫是由許多單個(gè)氣泡堆集起來(lái)的集合體，它們包含大小不同的氣泡，而且泡與泡之間形成棱界面。泡沫的衰變主要是液膜的排液變薄和泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散所引起，當(dāng)液膜減薄到5-10nm時(shí)，泡沫破裂。在泡沫形成的初期，液膜較厚，其排液主要是通過(guò)重力作用進(jìn)行，即膜中液體受重力作用往下移，使氣泡上部液膜變薄，最后導(dǎo)致破裂。在泡沫形成的中期，由于液膜較薄，排液主

20、要通過(guò)表面張力進(jìn)行。62.4 泡沫的穩(wěn)定性所謂泡沫的穩(wěn)定性是指生成泡沫的持久性。泡沫具有非常大的氣液界面面積，因此其表面自由能比較大，自由能具有自發(fā)減少的趨勢(shì)，所以泡沫是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，泡沫會(huì)逐漸破滅，直至氣液完全分離。但是在體系中加入一定量的輔助穩(wěn)泡劑等物質(zhì)，就可以獲得性能良好的泡沫。2.4.1 評(píng)價(jià)穩(wěn)定性的方法（1）泡沫溶液的表觀粘度 決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素在于泡膜的機(jī)械強(qiáng)度，而液膜的機(jī)械強(qiáng)度主要取決于表面吸附膜的堅(jiān)固性，實(shí)際上即以泡膜溶液的表觀粘度為其量度。因此可用表觀粘度表示泡沫的穩(wěn)定性。表觀粘度越大，表面吸附膜的強(qiáng)度越大，泡沫也就越穩(wěn)定。（2）析出半衰期 起泡液析出一半所需時(shí)

21、間稱為析液半衰期。它在一定程度上反映泡沫體系的穩(wěn)定性，主要反映泡沫初期的排液速率。（3）泡沫半衰期泡沫消去一般所需要的時(shí)間稱為泡沫半衰期，它也在一定程度上反映泡沫體系的穩(wěn)定性，主要反映泡沫后期的泡沫消失速率。本文主要采用這種方法評(píng)價(jià)泡沫的穩(wěn)定性。72.5 發(fā)泡劑的復(fù)配體系實(shí)際應(yīng)用中很少用發(fā)泡劑的純品，絕大多數(shù)場(chǎng)合以混合物形式使用。一方面由于經(jīng)濟(jì)上的原因，發(fā)泡劑的每一步提純都會(huì)帶來(lái)成本的大幅度增加。而更重要的原因是在實(shí)際應(yīng)用中沒(méi)有必要使用純發(fā)泡劑，恰恰相反，經(jīng)過(guò)復(fù)配的發(fā)泡劑具有比單一發(fā)泡劑更好的使用效果。發(fā)泡劑的復(fù)配是實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)重要課題，通過(guò)發(fā)泡劑與添加劑以及不同種類發(fā)泡劑之間的復(fù)配，可望

22、達(dá)到以下目的：（1）提高發(fā)泡劑的性能。復(fù)配體系常常具有比單一發(fā)泡劑更優(yōu)越的性能。（2）降低發(fā)泡劑的應(yīng)用成本。一方面通過(guò)復(fù)配可降低發(fā)泡劑的總用量，另一方面利用價(jià)格低廉的發(fā)泡劑與成本較高的發(fā)泡劑復(fù)配，可降低成本較高的發(fā)泡劑組分的用量。 （3）減少發(fā)泡劑對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。首先，發(fā)泡劑用量的降低就等于減少了廢物的排放，降低了對(duì)環(huán)境的污染。其次，對(duì)一些生物降解性能差的發(fā)泡劑，通復(fù)配可提高其生物降解性。3 實(shí)驗(yàn)儀器與研究方法3.1 實(shí)驗(yàn)材料3.1.1 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器、材料（1）數(shù)顯攪拌器 廣州IKa公司（2）養(yǎng)護(hù)箱（3）電子天平（量稱500g、精度1%g）（4）秒表 上海秒表廠（5）藥匙、橡皮手套、吸

23、取球（6）移液管 （7）250ml量筒(12個(gè))（8）250ml輸液瓶 (若干)（9）500ml燒杯3.1.2 主要試劑、藥品（1）發(fā)泡劑1# 油氣田用發(fā)泡劑 四川花語(yǔ)精細(xì)化工有限公司2# 十二烷基硫酸鈉 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠3# 十二烷基苯磺酸鈉 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠4# 起泡劑D1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)5# 起泡劑D2 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)6# 起泡劑D3 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)7# 羥基磺基甜菜堿（DSB） 金陵石化研究院8# 羥基磺基甜菜堿（ASB） 金陵石化研究院9# 873發(fā)泡劑（38%） 四川花語(yǔ)精細(xì)化工有限公司10# CAB(35%) 金陵石化研究院11# AESA（70%） 浙江贊成科技有限公司1

24、2# OP-7 上海助劑廠（2）穩(wěn)泡劑穩(wěn)泡劑1# 廣東省石油化工研究院XC胍膠CMC（低粘）HPAM（3）其他藥品蒸餾水氯化鈉（NaCl）含量不少于99.5% 西安化學(xué)試劑廠；氯化鈣（CaCl2）含量不少于96.0% 中國(guó)·天津市巴斯夫化工有限公司3.2 實(shí)驗(yàn)方法評(píng)價(jià)表面活性劑的泡沫性能的方法很多，諸如DIN孔盤(pán)打擊法、壓氣氣流法、Ross-Miles法、API法和Waring Blender法等。目前還沒(méi)有一種統(tǒng)一的普遍運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)方法。Waring Blender法是一種極為方便的評(píng)價(jià)泡沫性能的方法。它所用的藥品少，試驗(yàn)周期短，使用條件不受限制，可作為標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法之一。考慮到實(shí)驗(yàn)室

25、的條件和本論文的試驗(yàn)?zāi)康模囼?yàn)中采用高速攪拌法。使用數(shù)顯攪拌器，數(shù)顯攪拌器額定轉(zhuǎn)速分兩檔，I檔1000r/min,II檔2000r/min。83.2.1 成泡機(jī)理本實(shí)驗(yàn)配制泡沫采用攪拌發(fā)泡，用數(shù)顯攪拌器高速攪拌起泡。其發(fā)泡原理是通過(guò)攪拌器葉輪在泡沫基液中高速旋轉(zhuǎn)，空氣進(jìn)入基液而形成泡沫流體。該方式發(fā)泡速度快,效果好。3.2.2 配制溶液準(zhǔn)確稱取10g發(fā)泡劑，置于100ml容量瓶中，加入蒸餾水稀釋至刻度。再分別吸取發(fā)泡劑標(biāo)準(zhǔn)溶液2ml、4ml、6ml、8ml、10ml，置于100ml量筒中，加蒸餾水稀釋至100ml，配成百分比濃度為0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20等的溶

26、液。3.2.3 測(cè)定步驟在常溫條件下 ,將配好的溶液倒入500ml燒杯中，使用數(shù)顯攪拌器在I檔下高速攪拌1分鐘。迅速將泡沫傾倒于250ml或者500ml的量筒中記錄泡沫體積V(ml)作為起泡能力，同時(shí)記時(shí)，待泡沫體積衰減到一半時(shí)再次記時(shí)，這段時(shí)間即為半衰期t½（min）,以此作為泡沫穩(wěn)定性的量度。94 發(fā)泡劑的評(píng)價(jià)發(fā)泡劑是形成泡沫的必要組分，作為一種發(fā)泡劑，最重要的性能就是它的泡沫性能，發(fā)泡劑泡沫性能的好壞是能否用于泡沫體系的最重要的因素之一，包括其起泡能力和所產(chǎn)生泡沫的穩(wěn)定性。但各種發(fā)泡劑的泡沫性能不一樣，存在一定的差異。所以首先要對(duì)發(fā)泡劑的泡沫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于泡沫壓裂過(guò)程中要求

27、發(fā)泡劑具有盡可能高的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性，因此將從起泡能力和泡沫穩(wěn)定性這兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)泡劑的泡沫性能。4.1 發(fā)泡劑的起泡能力對(duì)比1# 油氣田用發(fā)泡劑 四川花語(yǔ)精細(xì)化工有限公司2# 十二烷基硫酸鈉 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠3# 十二烷基苯磺酸鈉 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠4# 起泡劑D1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)5# 起泡劑D2 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)6# 起泡劑D3 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)7# 羥基磺基甜菜堿（DSB） 金陵石化研究院8# 羥基磺基甜菜堿（ASB） 金陵石化研究院9# 873發(fā)泡劑（38%） 四川花語(yǔ)精細(xì)化工有限公司10# CAB(35%) 金陵石化研究院11# AESA（70%） 浙江贊成科技有限公司12#

28、OP-7 上海助劑廠表4-1 發(fā)泡劑的起泡能力對(duì)比（常溫）發(fā)泡劑特征參數(shù)泡沫衰減過(guò)程描述泡沫體積/ml半衰期/min1#1101802#102274溶液略渾濁；上層泡沫逐漸變大破裂，呈蜂窩狀3#71210攪拌后，溶液略渾濁；泡沫破裂形成白色絮凝物4#4499泡沫破裂均勻5#16478上層泡沫逐漸變大破裂，呈蜂窩狀6#68187泡沫破裂過(guò)程中，上層泡沫變大，變稀疏7#40195泡沫破裂均勻8#71210泡沫破裂過(guò)程，上層泡沫變大，變稀疏，呈蜂窩狀9#62127攪拌后，溶液略渾濁10#70149攪拌后，形成泡沫均勻細(xì)密；泡沫破裂大小不均勻11#74240形成泡沫均勻細(xì)密；上層泡沫變大破裂，呈蜂窩狀

29、12#4074攪拌后，溶液略渾濁注：各發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.30%。根據(jù)表4-1作圖3-1，從圖3-1可以看出：（1）發(fā)泡劑1#、2#、3#、5#、6#、8#、9#、10#和11#具有良好的起泡能力，其中1#、2#、3#、6#、8#、9#、10#和11#的泡沫穩(wěn)定性較好。以發(fā)泡劑2#的性能最佳；（2）發(fā)泡劑4#、7#和12#的起泡能力較差。圖4-1 發(fā)泡劑的起泡能力對(duì)比（常溫）4.2 發(fā)泡劑最佳濃度的確定 在常溫下，將各種發(fā)泡劑分別配成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，考察其濃度對(duì)泡沫性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4-2。表4-2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下發(fā)泡劑起泡體積和半衰期比較（常溫）發(fā)泡劑發(fā)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.200.

30、400.600.801.001.20#104/56103/56100/55102/76132/114102/102#128/164134/225118/217110/173102/164#60/12250/8496/6758/9258/160#46/23554/22452/22896/285112/250120/247#50/9170/15174/10190/84102/12088/120#54/27342/29284/28570/30986/286#40/17656/16854/180120/211110/20898/212#50/18970/17894/16288/13690/13286/

31、133#58/23090/257102/28698/254118/200118/248注：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。圖4-2(a) 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下發(fā)泡劑起泡體積比較（常溫）圖4-2(b) 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下發(fā)泡劑半衰期比較（常溫）注：圖中只列出了具有代表性的發(fā)泡劑由表4-2結(jié)合圖4-2(a)和4-2(b)可以看出：（1）各種發(fā)泡劑的最佳起泡濃度為：1#1.00%，2#0.40%，3#0.60%，5#1.20%，6#1.00%，8#1.00%，9#0.80%，10#0.60%，11#0.80%；（2）當(dāng)濃度達(dá)到一定值后，體積不再增加或增加趨勢(shì)明顯減慢；（3）隨著發(fā)泡劑濃

32、度的增加，半衰期總的趨勢(shì)是增長(zhǎng)。當(dāng)濃度達(dá)到一定值后，半衰期不再增加，或者開(kāi)始降低。4.3 發(fā)泡劑的抗溫性能發(fā)泡劑油田現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要求具有一定的抗溫性能，并且隨著地層深度的增加抗溫性能也要求更高。以各種發(fā)泡劑的最佳濃度配制成300ml溶液，將配好的溶液均勻分成3份注入到250ml輸液瓶中，然后將輸液瓶放入養(yǎng)護(hù)箱中，分別加溫60、80、100。各個(gè)溫度養(yǎng)護(hù)3個(gè)小時(shí)取出，冷卻后在常溫下高速攪拌起泡(1000r/min)，測(cè)量泡沫體積V/ml和半衰期t1/2/min。表4-3 發(fā)泡劑的抗溫性能發(fā)泡劑濃度/%溫度2560801001#1.00134/114254/80214/77124/732#0.401

33、34/305252/246250/126116/933#0.6096/67188/29190/46100/845#1.20120/274248/140204/142178/986#1.00102/120188/97176/11664/1418#1.0086/286190/88190/8392/629#0.80120/211268/123254/11092/9710#0.6094/162174/120192/12354/1211#0.8098/254254/124248/143202/155注：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。圖4-3(a) 溫度對(duì)起泡體積的影響圖4-3(

34、b) 溫度對(duì)泡沫半衰期的影響圖4-3(c) 溫度對(duì)泡沫半衰期的影響從圖4-3(a)和圖4-3(b)、圖4-3(c)可以看出：（1）發(fā)泡劑2#和8#在60下具有良好的起泡性能和穩(wěn)泡性能。當(dāng)溫度超過(guò)80時(shí)，2#和8#的起泡體積和半衰期急劇降低，說(shuō)明溫度超過(guò)80時(shí)2#和8#被氧化；（2）發(fā)泡劑3#、5#、6#、9#和11#在溫度低于100時(shí)具有較好的起泡性能和穩(wěn)泡性能；（3）發(fā)泡劑1#和10#在溫度大于60時(shí)的起泡性能和穩(wěn)泡性能不理想。4.4 發(fā)泡劑的抗鹽性能由于地層具有一定的礦化度，所以對(duì)將要用于地層壓裂增產(chǎn)措施的發(fā)泡劑，還要對(duì)其抗鹽性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，以決定其能否適用。發(fā)泡劑的抗鹽性是油田使用的一個(gè)重

35、要指標(biāo)。4.4.1 常溫下發(fā)泡劑抗鹽性能配制不同濃度的NaCl溶液，在配好的NaCl溶液中分別加入各種發(fā)泡劑達(dá)到各發(fā)泡劑的最佳濃度，常溫高速攪拌起泡，測(cè)定常溫時(shí)在不同NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的起泡能力V(ml)和半衰期t1/2（min），結(jié)果如表4-4。表4-4 發(fā)泡劑抗鹽性能（常溫）發(fā)泡劑濃度NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.501.001.502.002#0.40%228/56240/45246/41232/403#0.60%166/6484/75100/8178/725#1.20%156/180174/154178/137176/1316#1.00%184/104178/138176/143182/14

36、28#1.00%196/91186/91178/96184/949#0.80%222/68226/62228/49226/4611#0.80%242/119228/107230/101230/91注：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。根據(jù)表4-4作圖4-4如下:圖4-4 NaCl對(duì)起泡體積的影響（常溫）從圖4-4可看出：（1）隨著NaCl的加入，起泡體積均有不同程度的下降，發(fā)泡劑2#、9#和11#的抗鹽性能最強(qiáng)；（2）發(fā)泡劑5#、6#和8#的起泡能力遜于前三種發(fā)泡劑；（3）發(fā)泡劑3#抗鹽性能最差。下面再對(duì)這幾種發(fā)泡劑的抗鈣性能進(jìn)行探討。4.4.2 常溫下發(fā)泡劑抗氯化鈣性能

37、配制不同濃度的CaCl2溶液，在配好的CaCl2溶液中分別加入各種發(fā)泡劑達(dá)到各發(fā)泡劑的最佳濃度，常溫高速攪拌起泡,測(cè)定常溫時(shí)在不同CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的起泡體積V(ml)和半衰期t1/2（min）,結(jié)果如表4-5。表4-5 發(fā)泡劑抗鹽CaCl2性能（常溫）發(fā)泡劑濃度CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.100.200.400.602#0.40%24/1022/322/420/33#0.60%182/36122/4976/2576/405#1.20%176/119214/111186/96186/906#1.00%194/85192/79182/71180/668#1.00%186/82204/79202/

38、76204/719#0.80%204/96112/174127/190120/17011#0.80%236/107234/99244/94234/90注：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。圖4-5 CaCl2對(duì)起泡體積的影響（常溫）由圖4-5（根據(jù)表4-5起泡體積與CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系得圖4-5）可以看出：（1）隨著CaCl2的加入，起泡體積均有不同程度的下降；（2）發(fā)泡劑11#抗CaCl2性能最好，發(fā)泡劑5#、6#和8#抗CaCl2性能次之；（3）當(dāng)CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%時(shí)，發(fā)泡劑9#的起泡體積有較大下降，但仍然具有一定的抗CaCl2性能。發(fā)泡劑2#抗CaCl

39、2性能最差。4.4.3 常溫下發(fā)泡劑抗鈣鎂性能發(fā)泡劑能否在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的一個(gè)很重要的指標(biāo)就是它的抗Ca²、Mg²性能。從表4-6可以看出，發(fā)泡劑5#、9#和11# 均有優(yōu)良的抗Ca²、Mg²性能。表4-6 常溫發(fā)泡劑抗Ca²、Mg²的性能發(fā)泡劑濃度特征參數(shù)泡沫衰減過(guò)程描述泡沫體積/ml半衰期/min2#0.40%3145加入后，溶液變?yōu)槿榘咨啙?#0.60%2281加入后，溶液中有絮凝狀沉淀5#1.20%71123上部泡沫較大，下部泡沫較小，相差很大6#1.00%54110上層泡沫較大，下層泡沫較小，各層較均勻8#1.00%561

40、91上層泡沫較大，下層泡沫較小，各層較均勻9#0.80%70168加入CaCl2 、MgCl2后，溶液少許渾濁11#0.80%92133上層泡沫較大，下層泡沫較小，各層較均勻?qū)嶒?yàn)條件：發(fā)泡劑加量：各發(fā)泡劑的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)；硬水濃度：Ca²1000mg/l ，Mg² 1000 mg/l。4.5 小結(jié)通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析得到：（1）發(fā)泡劑2#在溫度低于80時(shí)，具有良好的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性能。發(fā)泡劑3#、5#、9#和11#在溫度低于100時(shí)，具有良好的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性；（2）發(fā)泡劑5#、9#和11#抗鹽性能，抗Ca²、Mg²離子性能最好；（3）發(fā)泡劑2#和3#

41、的抗鹽性能不太理想。5 發(fā)泡劑配方試驗(yàn)發(fā)泡劑混合溶液的性質(zhì)隨體系組分的性質(zhì)和數(shù)量關(guān)系而異。因此人們總是希望得到實(shí)用的最佳復(fù)配方案。在最近十年中，此類研究取得了新的進(jìn)展。由第3章對(duì)發(fā)泡劑性能的研究，我們知道：5#、9#和11#具有抗溫抗鹽，發(fā)泡能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。2#和3#的起泡性能較好，但抗鹽性能較差。5.1 11#和5#的復(fù)配幾種發(fā)泡劑復(fù)配有可能得到比單一發(fā)泡劑效果更好的新的復(fù)配發(fā)泡劑。5.1.1 11#和5#復(fù)配比例的確定由于11#和5#均具有良好的抗鹽性能，故在室溫25時(shí)將兩者按一定比例復(fù)配，加入到水溶液中，測(cè)定泡沫體積和半衰期。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5-1。表5-1 復(fù)配發(fā)泡劑的起泡和穩(wěn)泡能

42、力對(duì)比特征參數(shù)復(fù)配比例11121314413121泡沫體積/ml214236232210242228224半衰期/min154165123189186178198注： 11#和5#復(fù)配后的總含量均為：1.20%表5-2 復(fù)配發(fā)泡劑與單劑性能比較特征參數(shù)發(fā)泡劑復(fù)配發(fā)泡劑11#5#泡沫體積/ml242118120半衰期/min186248247從表5-1結(jié)合表5-2可以看出：（1）從復(fù)配后產(chǎn)生的泡沫體積和半衰期綜合考慮，11#和5#的最佳復(fù)配比例為: 41；（2）通過(guò)與單劑比較，復(fù)配后的起泡能力是單劑兩倍。雖然半衰期減小但在一個(gè)半衰期后的泡沫能力仍高于單劑。5.1.2 11#、5#與其復(fù)配發(fā)泡劑抗

43、鹽性能對(duì)比將11#和5#分別配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.20%的溶液；將11#和5#以41的比例復(fù)配（總含量為1.20%）。然后分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl、CaCl2，測(cè)定起泡能力V/ml和半衰期t1/2/min。5.1.2.1 11#、5#與其復(fù)配發(fā)泡劑抗鹽性能對(duì)比表5-3 5#、11#與其復(fù)配發(fā)泡劑抗鹽性能對(duì)比發(fā)泡劑NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.501.001.502.00復(fù)配發(fā)泡劑236/120232/129236/122231/11811#242/119228/107230/101230/915#156/180174/154178/134176/131注1：11#和5#復(fù)配后的總含量均為：1.20

44、%；注2：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。圖5-1 復(fù)配發(fā)泡劑與單劑抗鹽起泡性能對(duì)比圖5-2 復(fù)配發(fā)泡劑與單劑抗鹽泡沫穩(wěn)定性對(duì)比發(fā)泡劑溶液的抗鹽性能見(jiàn)圖5-1和圖5-2。從圖中可以看出：（1）隨著NaCl的加入，起泡體積均有不同程度的下降，復(fù)配發(fā)泡劑的抗鹽性能優(yōu)于單劑11#和5#；（2）隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加11#和5#的半衰期急劇衰減，但是復(fù)配發(fā)泡劑的穩(wěn)定性變化不大，說(shuō)明復(fù)配發(fā)泡劑生成的泡沫的質(zhì)量有了很大提高。5.1.2.2 11#、5#與其復(fù)配發(fā)泡劑抗CaCl2性能對(duì)比各種發(fā)泡劑溶液的抗CaCl2性能見(jiàn)下表：表5-4 復(fù)配發(fā)泡劑抗CaCl2 性能特征參數(shù)CaCl

45、2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.501.001.502.00泡沫體積/ml238236234236半衰期/min10710510391表5-5 單劑抗CaCl2 性能發(fā)泡劑CaCl2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.100.200.400.605#176/119214/111186/96186/9011#236/107234/99244/94234/90注：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。根據(jù)表5-4和表5-5作圖5-3與圖5-4：圖5-3 CaCl2對(duì)起泡體積的影響（常溫）圖5-4 CaCl2對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響（常溫）從圖5-3和圖5-4可以看出：（1） 復(fù)配發(fā)泡劑的抗CaCl2性能優(yōu)于發(fā)泡劑1

46、1#和5#；（2） 綜合以上發(fā)泡劑的抗鹽能力可知，11#和5#以41的比例復(fù)配的發(fā)泡劑抗鹽能力最好，這主要是由于發(fā)泡劑5#和11#產(chǎn)生了協(xié)同作用，從而使復(fù)配后的發(fā)泡劑的抗鹽性能的到了提高。5.1.3 11#、5#與其復(fù)配發(fā)泡劑的抗溫性能表5-6 發(fā)泡劑抗溫性能比較發(fā)泡劑25100起泡體積/ml半衰期/min起泡體積/ml半衰期/min復(fù)配發(fā)泡劑體系24218622015211#1182482021555#12024717898由表5-6可以看出，復(fù)配發(fā)泡劑體系在100下，仍具有良好的抗溫性能。5.1.4 11#和5#復(fù)配發(fā)泡劑的穩(wěn)泡性能為了進(jìn)一步增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性，選擇CMC(低粘)，XC和胍膠

47、作為穩(wěn)泡劑，穩(wěn)泡效果見(jiàn)表5-7。表5-7 復(fù)配發(fā)泡劑泡沫穩(wěn)定性與穩(wěn)泡劑含量的關(guān)系穩(wěn)泡劑穩(wěn)泡劑含量/%0.000.200.400.600.80CMC242/186206/213252/210218/253210/258XC242/186212/88208/120278/122234/136胍膠242/186180/120204/126170/11292/136注：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。根據(jù)表5-7作圖5-5：圖5-5 泡沫穩(wěn)定性與穩(wěn)泡劑含量的關(guān)系由圖5-5可以看出：（1）泡沫半衰期隨著穩(wěn)泡劑濃度的增大而增大，原因在于在發(fā)泡劑配制液中加入了高分子穩(wěn)泡劑，提高了基液

48、粘度，一方面使氣泡間的液膜不易流失，另一方面又使氣體在液膜中的溶解度降低，從而使溶液起泡能力和泡沫半衰期增加；10（2）綜合考慮穩(wěn)泡劑對(duì)泡沫性能的影響，選擇CMC(低粘)為穩(wěn)泡劑。通過(guò)上述試驗(yàn)確定泡沫體系的配方為：AESA（0.96%）+起泡劑D2(0.24%)+ CMC。此配方的抗鹽抗溫性能較好。適應(yīng)于具有一定礦化度的中深井的泡沫壓裂施工。5.2 2#和3#的復(fù)配幾種發(fā)泡劑復(fù)配有可能得到比單一發(fā)泡劑效果更好的新的復(fù)配發(fā)泡劑。2#溶液在鹽和酸堿等條件下起泡能力和穩(wěn)泡能力都相對(duì)較好，選擇2#與3#進(jìn)行復(fù)配。發(fā)泡劑配合使用時(shí)，兩者配用比例比較關(guān)鍵。5.2.1 2#和3#復(fù)配比例的確定表5-8 復(fù)配

49、發(fā)泡劑的起泡和穩(wěn)泡能力對(duì)比特征參數(shù)復(fù)配比例11121314413121泡沫體積/ml204192202176238220180半衰期/min64757656697845注：2#與3#復(fù)配后的總含量均為：0.60%。表5-9 2#、3#與其復(fù)配發(fā)泡劑起泡性能比較特征參數(shù)發(fā)泡劑復(fù)配發(fā)泡劑體系2#3#泡沫體積/ml23811896半衰期/min6921767由表5-8和表5-9可以看出：（1）當(dāng)2#濃度為0.48%，2#和3#質(zhì)量比為41時(shí)，復(fù)配發(fā)泡劑溶液起泡能力達(dá)到最大。確定發(fā)泡劑最佳復(fù)配比為2#（0.48%）+ 3#（0.12%）；（2）通過(guò)與單劑比較，復(fù)配后的起泡體積是單劑的兩倍；雖然半衰期減

50、小，但在一個(gè)半衰期后的泡沫能力仍高于單劑。5.2.2 2#、3#與其復(fù)配發(fā)泡劑抗鹽性能對(duì)比將2#和3#分別配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60%的溶液；將2#和3#以41的比例復(fù)配（總含量為0.60%）。然后分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl、CaCl2，測(cè)定起泡能力V/ml和半衰期t1/2/min。5.2.2.1 2#、3#與其復(fù)配發(fā)泡劑抗鹽性能對(duì)比表5-10 2#、3#與其復(fù)配發(fā)泡劑抗鹽性能對(duì)比發(fā)泡劑NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.501.001.502.002#+3#226/45234/47230/56234/622#228/56240/45246/41232/403#116/6484/75100/8178/72注：表內(nèi)數(shù)字分子為起泡體積（mL），分母為半衰期（min）。圖5-6 復(fù)配發(fā)泡劑與單劑抗鹽起泡性能對(duì)比圖5-7 復(fù)配發(fā)泡劑與單劑抗鹽泡沫穩(wěn)定性能對(duì)比由圖5-6和圖5-7可以看出： （1）隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，發(fā)泡劑2#和3#產(chǎn)生泡沫的體積急劇下降，而復(fù)配發(fā)泡劑變化不大，仍保持在較高的水平；（2）隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，發(fā)泡劑2#和3#的半衰期均呈下降趨勢(shì)，而復(fù)配發(fā)泡劑的半衰期不降低反而升高，說(shuō)明復(fù)配發(fā)泡劑的抗鹽性能得到了提高。2#和3#均為陰離子