泡沫压裂液发泡剂效果实验评价

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5.3.2.1 9#、2#与其复配发泡剂抗CaCl2性能对比

表5-14 9#、2#与其复配发泡剂的抗CaCl2性能对比

复配发泡剂 CaCl2质量分数/% 0.50 100/242 134/192 114/246 1.00 86/222 132/189 98/230 1.50 94/224 98/190 98/222 2.00 88/221 90/182 84/189 1∶1 1∶3 3∶1 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 根据表5-14作图5-8和图5-9。

2502#2009#1501∶11001∶3503∶100.10%0.20%0.40%0.60%0.50%1.00%1.50%2.00êCl2质量分数图5-8 9#、2#与其复配发泡剂抗CaCl2起泡性能对比

2502#200泡沫体积/ml

泡沫半衰期/min9#1501∶11001∶3503∶100.10%0.20%0.40%0.60%0.50%1.00%1.50%2.00êCl2质量分数

图5-9 9#、2#与其复配发泡剂抗CaCl2泡沫稳定性能对比

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从图5-8和图5-9可以看出：

（1）复配发泡剂的抗CaCl2性能优于单剂；

（2）随着CaCl2 的加入，复配发泡剂的半衰期略有下降，但是幅度不大，均表现出良好的抗CaCl2 性能；

（3）综合可知，m（9#）∶m(2#)为1∶3时（总含量为0.80%），复配发泡剂体系的抗CaCl2性能最好。 5.3.2.2

9#、2#与其复配发泡剂抗盐性能对比

表5-15 复配发泡剂的抗盐性能对比 复配发泡剂 NaCl质量分数/% 0.50 250/67 228/56 222/68 1.00 258/68 240/45 226/62 1.50 248/63 246/41 228/49 2.00 246/54 232/40 226/46 1∶3 2# 9# 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 根据表5-15作图5-10和图5-11：

270260泡沫体积/ml1∶32502402302202102000.50%1.00%1.50%NaCl质量分数2.00%

2#9#图5-10 9#、2#与其复配发泡剂抗盐起泡性能对比

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8070泡沫半衰期/min1∶360504030201000.50%1.00%1.50%NaCl质量分数2.00%

2#9#图5-11 9#、2#与其复配发泡剂抗盐泡沫稳定性能对比

从图5-10和图5-11可以看出：

（1）复配发泡剂的抗盐性能优于单剂；

（2）随着NaCl质量分数的增加，发泡剂的起泡体积和半衰期均呈下降趋势。 5.3.3 9#、2#与其复配发泡剂的抗温性能对比

表5-15 9#、2#与其复配发泡剂的抗温性能对比 25℃ 发泡剂 起泡体积/ml 复配发泡剂 2# 9# 252 134 120 半衰期/min 107 305 211 起泡体积/ml 261 252 268 60℃ 半衰期/min 113 78 113 100℃ 起泡体积/ml 230 116 92 半衰期/min 103 93 137 抗温后复配发泡剂的起泡体积大约是单剂的两倍。虽然半衰期减小但在一个半衰期后的泡沫能力仍高于单剂。 5.3.4 9#与2#复配发泡剂的稳泡性能

发泡剂和水体系生成的泡沫不够持久，为了提高泡沫的稳定性，常将发泡剂与稳泡剂进行复配使用。稳泡剂作为一种活性物质加入发泡剂中，通过协同作用增强表面吸附分子间的相互作用，使表面吸附膜强度增大以提高泡沫的稳定性。同时，稳泡剂可以提高泡沫原液的液相粘度，并能形成弹性薄膜，因而可以明显延长泡沫的半衰期。

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表5-15 9#与2#复配发泡剂性能与稳泡剂浓度的关系

特征参数 泡沫体积/ml 泡沫半衰期/ min CMC(低粘)/% 2.00g/l 216 243 4.00 g/l 218 247 6.00 g/l 242 311 8.00 g/l 270 340 通过与单剂对比我们可以看出，加入后复配发泡剂的起泡性能和稳泡性能都有了很大的提高。综合考虑稳泡剂对泡沫性能的影响，选择稳泡剂为CMC(低粘)。

通过上述试验确定泡沫体系的配方为：873发泡剂（0.20 %）+ 十二烷基硫酸钠(0.60%)+ CMC。此配方的抗温、抗氯化钙性能较好。适应于矿化度较高、地层较深的储层。

5.4 小结

通过上述实验分析得到：

（1）配方：AESA（0.96%）+ 起泡剂D2 (0.24%)+ CMC。此配方的抗盐抗温性能较好。适应于具有一定矿化度的中深井的泡沫压裂施工；

（2）配方：873发泡剂（0.20 %）+ 十二烷基硫酸钠(0.60%)+ CMC。此配方的抗温、抗氯化钙性能较好。适应于矿化度较高、地层较深的储层；

（3）配方：十二烷基硫酸钠（0.48%）+ 十二烷基苯磺酸钠（0.12%）+ CMC。此配方抗温、抗氯化钙性能不太理想，因此只适应于低矿化度、浅地层的泡沫压裂施工；

（4）配方中稳泡剂CMC的加量要根据现场实际压裂液配方确定。

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6 结论

（1）各种发泡剂水溶液的起泡性能为：起泡剂D2﹥油气田用发泡剂﹥十二烷基硫酸钠﹥AESA﹥十二烷基苯磺酸钠﹥873发泡剂﹥起泡剂D3﹥ASB﹥CAB﹥起泡剂D1﹥DSB﹥OP－7；

（2）十二烷基硫酸钠、起泡剂D2、873发泡剂、AESA在温度低于100℃时具有较好的起泡性能和稳泡性能。油气田用发泡剂、CAB的抗温性能较差；其中AESA、873发泡剂、起泡剂D2的抗盐性能最好。十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠抗盐性能最差。

（3）复配配方的起泡性能和泡沫稳定性能优于单剂。

（4）通过单剂间的协同作用，复配发泡剂的抗盐性能得到了提高。

（5）稳泡剂作为一种活性物质加入发泡剂中，通过增强表面吸附分子间的相互作用，使表面吸附膜强度增大以提高泡沫的稳定性。同时，稳泡剂可以提高泡沫原液的液相粘度，并能形成弹性薄膜，因而可以明显延长泡沫的半衰期。

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泡沫压裂液发泡剂效果实验评价

摘 要：泡沫技术在石油工业中获得了广泛的应用,解决了以前很多常规作业所不能解决的技术难题。取得了较大的经济效益。泡沫压裂技术就是其中之一。本文选择了几种常用的发泡剂,应用Waring-Blender高速搅拌法，对它们的起泡能力进行比较。考察用量、温度、盐浓度对发泡剂起泡能力和稳定性的影响,优选出性能良好的单剂，利用选出的单剂进行复配，从而得到成本低、起泡性能好、稳定性好、抗温抗钙抗盐的发泡剂配方。并且，进一步实验了发泡剂配方在压裂液稠化剂中的稳泡效果。大量实验证实：复配配方的起泡性能和泡沫稳定性能优于单剂。通过单剂间的协同作用，从而使复配后的发泡剂的抗温抗盐性能得到了提高。稳泡剂通过增强表面吸附分子间的相互作用和提高泡沫原液的液相粘度，可以明显延长泡沫的半衰期。

关键词：泡沫;发泡剂; 泡沫压裂液;半衰期

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Foam Blowing Agent Fracturing Fluid Experimental Evaluation

Abstract：The foam technology has obtained the widespread application in the oil industry, solved the technological difficult problem 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, 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. 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 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

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目 录

1 绪论 ................................................................................................................................. 1

1.1 研究的目的和意义 ................................................................................................ 1 1.2 泡沫压裂发泡剂国内外研究现状 ........................................................................ 1 1.3 国内外泡沫压裂液发泡剂的差距 ........................................................................ 2 1.4 本项目研究的主要内容 ........................................................................................ 3 2 泡沫理论 ......................................................................................................................... 4 2.1 泡沫的概念 ............................................................................................................ 4 2.2 泡沫体系的组成 .................................................................................................... 4 2.3 泡沫的衰变 ............................................................................................................ 6 2.4 泡沫的稳定性 ........................................................................................................ 6 2.5 发泡剂的复配体系 ................................................................................................ 6 3 实验仪器与研究方法 ..................................................................................................... 8

3.1 实验材料 ................................................................................................................ 8 3.2 实验方法 ................................................................................................................ 9 3.2.1 成泡机理 ............................................................................................................. 9 3.2.2 配制溶液 ............................................................................................................. 9 3.2.3 测定步骤 ............................................................................................................. 9 4 发泡剂的评价 ............................................................................................................... 10

4.1 发泡剂的起泡能力对比 ...................................................................................... 10 4.2 发泡剂最佳浓度的确定 ...................................................................................... 11 4.3 发泡剂的抗温性能 .............................................................................................. 13 4.4 发泡剂的抗盐性能 .............................................................................................. 15 4.4.1 常温下发泡剂抗盐性能 ................................................................................... 15 4.4.2 常温下发泡剂抗氯化钙性能 ........................................................................... 16 4.4.3 常温下发泡剂抗钙镁性能 ............................................................................... 18 4.5 小结 ...................................................................................................................... 18 5 发泡剂配方试验 ........................................................................................................... 19 5.1 5#和11#的复配 ................................................................................................... 19 5.2 2#和3#的复配 ..................................................................................................... 24 5.3 9#和2#的复配 ..................................................................................................... 27 5.4 小结 ...................................................................................................................... 31 6 结论 ............................................................................................................................. 311 参考文献 ........................................................................................................................... 312 致谢 ..................................................................................................................................... 34

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1.1 研究的目的和意义

1 绪论

随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及采效率的要求越来越高。当常规方法生产的原油产量不断下降时，提高原油采收率将在资源利用方面发挥重要的作用。而泡沫技术就可达到保护油气层、提高采收率的目的。这项技术在国外石油工业中的应用是从上个世纪六十年代开始的,近年来发展很快，现已广泛应用于泡沫压裂增产工艺。由于泡沫流体的独特性能，解决了以前很多常规作业所不能解决的技术难题。取得了较大的经济效益。泡沫技术尤其是发泡剂技术本身也在大量的生产实践中不断得到改进而日臻完，为进一步开发利用现有原油储量展示了广阔前景。

泡沫是气体和液体混合组成的分散体系，气体分散于液体中即产生气泡。大量的气泡密集在一起则成为泡沫，它的结构形状与蜂窝相似。气相是分散相，液相是分散介质。就其本质而言，泡沫是热力学不稳定体系。液膜的排液和气体的扩散是导致泡沫破裂的原因。泡沫一旦破裂，液体的表面积大为减小。由于泡沫流体具有低密度、低滤失、低油层伤害和高粘度、高悬砂能力等突出优点，常被用于石油工业的泡沫压裂作业过程，因而发泡剂技术的使用受到人们越来越多的重视。一般常用阴离子型起泡剂如十二烷基苯磺酸钠(ABS) 、十二烷基硫酸钠（SDS）等。但在广度上和深度上都显薄弱 ,难以满足实际应用的需要。为此，需要进一步研究盐浓度、温度、压力、原油的存在和表面活性剂的结构对泡沫性能的影响。在充分了解各种发泡剂特点及应用可行性的基础上，进一步完成泡沫压裂液的配制及应用，具有重要意义。

1.2 泡沫压裂发泡剂国内外研究现状

从80年代开始，泡沫压裂液发展呈现迅猛势头，由于其具有易返排、伤害小、携砂能力强等特点，特别适合于低压、水敏性储层，尤其是气藏。在压裂施工中部分取代了水基压裂液，应用正稳步增加，见图1-1[1]。发泡剂是泡沫压裂技术的主要组成部分。国内外都对其进行了深入的研究。

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图1-1 压裂液类型发展趋势

1.2.1 国外研究概况及发展趋势

在泡沫和发泡剂方面的研究，日本的伊滕光一研究了表面粘度对泡沫寿命的影响；美国的Friberg发现含有液晶相的溶液能产生较稳定的泡沫；Schick研究了一些添加物对泡沫稳定性的影响。[2] 1.2.2 国内研究概况及发展趋势

在泡沫和发泡剂研究方面，刘迎清等研究了表面活性剂水溶液的起泡性；万里平等对泡沫流体稳定性机理进行了研究；王红武等对高稳定性泡沫发泡剂进行了研究；王其伟等做了泡沫稳定性改进剂研究；樊西惊研究了原油对泡沫稳定性的影响；刘永兵等研究了新型高效发泡剂及泡沫液体系；于书平等研究了酸性条件下泡沫的稳定性；周莉等研究了PEP与阴离子表面活性剂复配体系的泡沫性能；李作锋等研究了表面活性剂混合体系的起泡性和泡沫的稳定性；伊忠等做了泡沫评价及发泡剂复配研究；王明梅等做了水基泡沫的稳定性评价技术及影响因素研究。[2]

1.3 国内外泡沫压裂液发泡剂的差距

（1）发泡剂体系缺乏系列化

国外泡沫压裂液体系针对不同储层特性和压裂工艺的要求，研制开发了与之相适应的抗盐、抗温、抗酸和抗油发泡剂体系，形成了不同的泡沫压裂液发泡剂；而国内仅有7类主要化学添加剂，泡沫压裂液体系系列化较差，可供选择范围小，难以完全满足压裂施工的需要。

（2）同类发泡剂产品单一

国外同一类发泡剂都包含适应不同条件的不同产品。而国内添加剂产品单一，适用于不同条件的同类发泡剂的多种产品均有待开发。

（3）发泡剂性能有待提高

国内部分发泡剂性能达到或者部分达到国外同类产品性能，有待完善提高。

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表5-7 复配发泡剂泡沫稳定性与稳泡剂含量的关系

稳泡剂 CMC XC 胍胶 稳泡剂含量/% 0.00 242/186 242/186 242/186 0.20 206/213 212/88 180/120 0.40 252/210 208/120 204/126 0.60 218/253 278/122 170/112 0.80 210/258 234/136 92/136 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 根据表5-7作图5-5：

300CMC250半衰期/min200XC150100500.20%0.40%0.60%稳泡剂的质量分数0.80%

胍胶图5-5 泡沫稳定性与稳泡剂含量的关系

由图5-5可以看出：

（1）泡沫半衰期随着稳泡剂浓度的增大而增大，原因在于在发泡剂配制液中加入了高分子稳泡剂，提高了基液粘度，一方面使气泡间的液膜不易流失，另一方面又使气体在液膜中的溶解度降低，从而使溶液起泡能力和泡沫半衰期增加；[10]

（2）综合考虑稳泡剂对泡沫性能的影响，选择CMC(低粘)为稳泡剂。 通过上述试验确定泡沫体系的配方为：AESA（0.96%）+起泡剂D2(0.24%)+ CMC。

此配方的抗盐抗温性能较好。适应于具有一定矿化度的中深井的泡沫压裂施工。

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5.2 2#和3#的复配

几种发泡剂复配有可能得到比单一发泡剂效果更好的新的复配发泡剂。2#溶液在盐和酸碱等条件下起泡能力和稳泡能力都相对较好，选择2#与3#进行复配。发泡剂配合使用时，两者配用比例比较关键。 5.2.1 2#和3#复配比例的确定

表5-8 复配发泡剂的起泡和稳泡能力对比

复配比例 特征参数 1∶1 泡沫体积/ml 半衰期/min 204 64 1∶2 192 75 1∶3 202 76 1∶4 176 56 4∶1 238 69 3∶1 220 78 2∶1 180 45 注：2#与3#复配后的总含量均为：0.60%。 表5-9 2#、3#与其复配发泡剂起泡性能比较 特征参数 泡沫体积/ml 半衰期/min 发泡剂 复配发泡剂体系 238 69 2# 118 217 3# 96 67 由表5-8和表5-9可以看出：

（1）当2#浓度为0.48%，2#和3#质量比为4∶1时，复配发泡剂溶液起泡能力达到最大。确定发泡剂最佳复配比为2#（0.48%）+ 3#（0.12%）；

（2）通过与单剂比较，复配后的起泡体积是单剂的两倍；虽然半衰期减小，但在一个半衰期后的泡沫能力仍高于单剂。 5.2.2 2#、3#与其复配发泡剂抗盐性能对比

将2#和3#分别配成质量分数为0.60%的溶液；将2#和3#以4∶1的比例复配（总含量为0.60%）。然后分别加入不同质量分数的NaCl、CaCl2，测定起泡能力V/ml和半衰期t1/2/min。

5.2.2.1 2#、3#与其复配发泡剂抗盐性能对比

表5-10 2#、3#与其复配发泡剂抗盐性能对比

发泡剂 2#+3# 2# 3# NaCl质量分数/% 0.50 226/45 228/56 116/64 1.00 234/47 240/45 84/75 1.50 230/56 246/41 100/81 2.00 234/62 232/40 78/72 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 泡沫压裂液发泡剂效果实验评价 24 采油0X01XX

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2502302102#+3#泡沫体积/ml1901702#15013011090700.50%1.00%1.50%NaCl质量分数2.00%

3#图5-6 复配发泡剂与单剂抗盐起泡性能对比

9080半衰期/min2#+3#70605040300.50%1.00%1.50%NaCl质量分数2.00%

2#3#图5-7 复配发泡剂与单剂抗盐泡沫稳定性能对比

由图5-6和图5-7可以看出：

（1）随着NaCl质量分数的增加，发泡剂2#和3#产生泡沫的体积急剧下降，而复配发泡剂变化不大，仍保持在较高的水平；

（2）随着NaCl质量分数的增加，发泡剂2#和3#的半衰期均呈下降趋势，而复配发泡剂的半衰期不降低反而升高，说明复配发泡剂的抗盐性能得到了提高。

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2#和3#均为阴离子型发泡剂，由于表面吸附形成液膜双电层，当膜的厚度变得接近于扩散双电层的厚度时，会阻止膜的变薄，有利于泡沫的稳定。由于反相离子Na﹢的加入，会中和发泡剂所带的负电荷，随着中和反应的不断进行，泡沫两侧吸附电荷浓度不断减少，所产生的斥力也逐渐减弱，所以当中和反应进行到彻底时，泡沫溶液的半衰期也就最短；随着反相离子Na﹢的继续加入，泡沫两侧吸附Na﹢浓度不断增加，当浓度达到极限值时，斥力也达到最大值，此时半衰期也就最长；但是当Na﹢浓度继续增加时，就会压缩双电层，使斥力减弱，泡沫的半衰期就会缩短。 5.2.2.2 2#、3#与其复配发泡剂抗CaCl2性能对比 复配发泡剂溶液的抗CaCl2性能见表5-11。

表5-11 复配发泡剂抗CaCl2 性能

特征参数 泡沫体积/ml 半衰期/min CaCl2 质量分数/% 0.50 36 29 1.00 16 10 1.50 4 8 2.00 4 6 从表5-11可以看出:

（1）随着CaCl2的加入，发泡剂的半衰期呈下降趋势。当CaCl2的浓度超过0.50%时，复配发泡剂体系已经不能形成均匀稳定的泡沫，说明复配发泡剂体系抗二价盐的能力很差；

（2）对比抗NaCl性能可以看出，二价阳离子比一价阳离子对泡沫稳定性的影响要大很多。因为液膜双电层的斥力会因溶液中电介质浓度的增加而减弱，多价离子影响特别显著，膜变薄的速度加快，泡沫更易破裂；

（3）综合复配发泡剂的抗盐能力可知，2#和3#复配发泡剂溶液抗二价盐的能力不太理想。

5.2.3 2#、3#与其复配发泡剂的抗温性能对比

表5-12 2#、3#与其复配发泡剂的抗温性能对比 25℃ 发泡剂 起泡体积/ml 复配发泡剂 2# 3# 238 134 96 半衰期/min 69 305 67 起泡体积/ml 240 252 188 60℃ 半衰期/min 80 78 29 100℃ 起泡体积/ml 228 116 100 半衰期/min 33 93 84 由表5-11可以看出：

（1）在60℃时，复配发泡剂的起泡性能良好；

（2）在100℃时，复配发泡剂的起泡性能良好，但是半衰期仅为33min，泡沫的

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稳定性变差。

5.2.4 复配发泡剂的稳泡性能

表5-13 复配发泡剂泡沫稳定性与稳泡剂含量的关系

稳泡剂 稳泡剂1# CMC 稳泡剂含量/% 0.00 238/69 238/69 0.20 238/68 204/101 0.40 242/42 226/213 0.60 218/58 228/258 0.80 210/67 204/280 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 从表5-13可以看出：稳泡剂CMC具有良好的稳泡性能。

通过上述试验确定泡沫体系的配方为：十二烷基硫酸钠（0.48%）+ 十二烷基苯磺酸钠（0.12%）+ CMC。此配方抗温、抗氯化钙性能不太理想，因此只适应于低矿化度、浅地层的泡沫压裂施工。

5.3 9#和2#的复配

5.3.1 9#和2#复配比例的确定

在常温时将两者按一定比例复配，加入到水溶液中，测定泡沫体积V/ml和半衰期t1/2/min。实验结果见表5-13。

表5-13 复配发泡剂的起泡和泡沫稳定性能对比

特征参数 泡沫体积/ml 半衰期/min 复配比例 1∶1 252 103 1∶2 246 97 1∶3 252 107 1∶4 242 97 4∶1 242 92 3∶1 250 110 2∶1 242 125 注：9#与2#复配后的总含量均为：0.80%。 从复配后产生的泡沫体积以及半衰期综合考虑，较好的复配比例为: m(9#)∶m(2#)为1∶1，1∶3，3∶1。

通过与单剂比较，复配后的起泡体积是单剂的两倍。虽然半衰期减小但在一个半衰期后的泡沫能力仍高于单剂。

5.3.2 9#、2#与其复配发泡剂的抗盐性能对比

将9#与2#以1∶1、1∶3、3∶1的比例复配（总含量为0.80%）。然后分别加入不同质量分数的NaCl、CaCl2，测定起泡体积V/ml和半衰期t1/2/min。

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300１#250半衰期/min200２#15010#10011#500.20%0.40%0.60%0.80%发泡剂质量分数1.00%1.20%

图4-2(b) 不同质量分数下发泡剂半衰期比较（常温）

注：图中只列出了具有代表性的发泡剂

由表4-2结合图4-2(a)和4-2(b)可以看出：

（1）各种发泡剂的最佳起泡浓度为：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）当浓度达到一定值后，体积不再增加或增加趋势明显减慢；

（3）随着发泡剂浓度的增加，半衰期总的趋势是增长。当浓度达到一定值后，半衰期不再增加，或者开始降低。

4.3 发泡剂的抗温性能

发泡剂油田现场使用时要求具有一定的抗温性能，并且随着地层深度的增加抗温性能也要求更高。

以各种发泡剂的最佳浓度配制成300ml溶液，将配好的溶液均匀分成3份注入到250ml输液瓶中，然后将输液瓶放入养护箱中，分别加温60℃、80℃、100℃。各个温度养护3个小时取出，冷却后在常温下高速搅拌起泡(1000r/min)，测量泡沫体积V/ml和半衰期t1/2/min。

表4-3 发泡剂的抗温性能 温度 发泡剂 浓度/% 25℃ 1# 2# 3# 1.00 0.40 0.60 134/114 134/305 96/67 60℃ 254/80 252/246 188/29 80℃ 214/77 250/126 190/46 100℃ 124/73 116/93 100/84 泡沫压裂液发泡剂效果实验评价 13 采油0X01XX

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5# 6# 8# 9# 10# 11# 1.20 1.00 1.00 0.80 0.60 0.80 120/274 102/120 86/286 120/211 94/162 98/254 248/140 188/97 190/88 268/123 174/120 254/124 204/142 176/116 190/83 254/110 192/123 248/143 178/98 64/141 92/62 92/97 54/12 202/155 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 300250泡沫体积/ml20015010050025℃60℃80℃养护温度/℃100℃1#2#3#5#6#8#9#10#11#

图4-3(a) 温度对起泡体积的影响

350300半衰期/min1#5#8#9#11#25℃60℃80℃养护温度/℃100℃

250200150100500图4-3(b) 温度对泡沫半衰期的影响

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350300半衰期/min6#10#2#3#25℃60℃80℃养护温度/℃100℃

250200150100500图4-3(c) 温度对泡沫半衰期的影响

从图4-3(a)和图4-3(b)、图4-3(c)可以看出：

（1）发泡剂2#和8#在60℃下具有良好的起泡性能和稳泡性能。当温度超过80℃时，2#和8#的起泡体积和半衰期急剧降低，说明温度超过80℃时2#和8#被氧化；

（2）发泡剂3#、5#、6#、9#和11#在温度低于100℃时具有较好的起泡性能和稳泡性能；

（3）发泡剂1#和10#在温度大于60℃时的起泡性能和稳泡性能不理想。

4.4 发泡剂的抗盐性能

由于地层具有一定的矿化度，所以对将要用于地层压裂增产措施的发泡剂，还要对其抗盐性能进行评价，以决定其能否适用。发泡剂的抗盐性是油田使用的一个重要指标。

4.4.1 常温下发泡剂抗盐性能

配制不同浓度的NaCl溶液，在配好的NaCl溶液中分别加入各种发泡剂达到各发泡剂的最佳浓度，常温高速搅拌起泡，测定常温时在不同NaCl质量分数下的起泡能力V(ml)和半衰期t1/2（min），结果如表4-4。

表4-4 发泡剂抗盐性能（常温） 发泡剂 2# 3# 5# 浓度 0.50 0.40% 0.60% 1.20% 228/56 166/64 156/180 NaCl质量分数/% 1.00 240/45 84/75 174/154 1.50 246/41 100/81 178/137 2.00 232/40 78/72 176/131 泡沫压裂液发泡剂效果实验评价 15 采油0X01XX

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6# 8# 9# 11# 1.00% 1.00% 0.80% 0.80% 184/104 196/91 222/68 242/119 178/138 186/91 226/62 228/107 176/143 178/96 228/49 230/101 182/142 184/94 226/46 230/91 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 根据表4-4作图4-4如下:

2502302102#3#5#6#8#9#11#0.50%1.00%1.50%NaCl质量分数2.00%

泡沫体积/ml1901701501301109070图4-4 NaCl对起泡体积的影响（常温）

从图4-4可看出：

（1）随着NaCl的加入，起泡体积均有不同程度的下降，发泡剂2#、9#和11#的抗盐性能最强；

（2）发泡剂5#、6#和8#的起泡能力逊于前三种发泡剂；

（3）发泡剂3#抗盐性能最差。下面再对这几种发泡剂的抗钙性能进行探讨。 4.4.2 常温下发泡剂抗氯化钙性能

配制不同浓度的CaCl2溶液，在配好的CaCl2溶液中分别加入各种发泡剂达到各发泡剂的最佳浓度，常温高速搅拌起泡,测定常温时在不同CaCl2质量分数下的起泡体积V(ml)和半衰期t1/2（min）,结果如表4-5。

表4-5 发泡剂抗盐CaCl2性能（常温） 发泡剂 2# 3# 浓度 0.10 0.40% 0.60% 24/10 182/36 CaCl2质量分数/% 0.20 22/3 122/49 0.40 22/4 76/25 0.60 20/3 76/40 泡沫压裂液发泡剂效果实验评价 16 采油0X01XX

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5# 6# 8# 9# 11# 1.20% 1.00% 1.00% 0.80% 0.80% 176/119 194/85 186/82 204/96 236/107 214/111 192/79 204/79 112/174 234/99 186/96 182/71 202/76 127/190 244/94 186/90 180/66 204/71 120/170 234/90 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。

3002#2505#泡沫体积/ml2006#1508#1009#5011#00.10%0.20%0.40êCl2质量分数0.60%

图4-5 CaCl2对起泡体积的影响（常温）

由图4-5（根据表4-5起泡体积与CaCl2质量分数关系得图4-5）可以看出：

（1）随着CaCl2的加入，起泡体积均有不同程度的下降；

（2）发泡剂11#抗CaCl2性能最好，发泡剂5#、6#和8#抗CaCl2性能次之； （3）当CaCl2质量分数为0.20%时，发泡剂9#的起泡体积有较大下降，但仍然具有一定的抗CaCl2性能。发泡剂2#抗CaCl2性能最差。 4.4.3 常温下发泡剂抗钙镁性能

发泡剂能否在油田现场应用的一个很重要的指标就是它的抗Ca2、Mg2性能。从表4-6可以看出，发泡剂5#、9#和11# 均有优良的抗Ca2、Mg2性能。

表4-6 常温发泡剂抗Ca2、Mg2的性能 特征参数 发泡剂 浓度 泡沫体积/ml 2# 3# 0.40% 0.60% 31 22 半衰期/min 45 81 加入后，溶液变为乳白色、浑浊 加入后，溶液中有絮凝状沉淀 泡沫衰减过程描述 ??????泡沫压裂液发泡剂效果实验评价 17 采油0X01XX

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5# 6# 8# 9# 11# 1.20% 1.00% 1.00% 0.80% 0.80% 71 54 56 70 92 123 110 191 168 133 上部泡沫较大，下部泡沫较小，相差很大 上层泡沫较大，下层泡沫较小，各层较均匀 上层泡沫较大，下层泡沫较小，各层较均匀 加入CaCl2 、MgCl2后，溶液少许浑浊 上层泡沫较大，下层泡沫较小，各层较均匀 实验条件：

发泡剂加量：各发泡剂的最佳质量分数； 硬水浓度：[Ca2]1000mg/l ，[Mg2] 1000 mg/l。

??4.5 小结

通过上述实验分析得到：

（1）发泡剂2#在温度低于80℃时，具有良好的起泡性能和泡沫稳定性能。发泡剂3#、5#、9#和11#在温度低于100℃时，具有良好的起泡性能和泡沫稳定性；

??（2）发泡剂5#、9#和11#抗盐性能，抗Ca2、Mg2离子性能最好；

（3）发泡剂2#和3#的抗盐性能不太理想。

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5 发泡剂配方试验

发泡剂混合溶液的性质随体系组分的性质和数量关系而异。因此人们总是希望得到实用的最佳复配方案。在最近十年中，此类研究取得了新的进展。

由第3章对发泡剂性能的研究，我们知道：5#、9#和11#具有抗温抗盐，发泡能力强，稳定性好等优点。2#和3#的起泡性能较好，但抗盐性能较差。

5.1 11#和5#的复配

几种发泡剂复配有可能得到比单一发泡剂效果更好的新的复配发泡剂。 5.1.1 11#和5#复配比例的确定

由于11#和5#均具有良好的抗盐性能，故在室温25℃时将两者按一定比例复配，加入到水溶液中，测定泡沫体积和半衰期。实验结果见表5-1。

表5-1 复配发泡剂的起泡和稳泡能力对比 复配比例 特征参数 1∶1 泡沫体积/ml 半衰期/min 214 154 1∶2 236 165 1∶3 232 123 1∶4 210 189 4∶1 242 186 3∶1 228 178 2∶1 224 198 注： 11#和5#复配后的总含量均为：1.20% 表5-2 复配发泡剂与单剂性能比较

发泡剂 特征参数 复配发泡剂 泡沫体积/ml 半衰期/min 242 186 11# 118 248 5# 120 247 从表5-1结合表5-2可以看出：

（1）从复配后产生的泡沫体积和半衰期综合考虑，11#和5#的最佳复配比例为: 4∶1； （2）通过与单剂比较，复配后的起泡能力是单剂两倍。虽然半衰期减小但在一个半衰期后的泡沫能力仍高于单剂。

5.1.2 11#、5#与其复配发泡剂抗盐性能对比

将11#和5#分别配成质量分数为1.20%的溶液；将11#和5#以4∶1的比例复配（总含量为1.20%）。然后分别加入不同质量分数的NaCl、CaCl2，测定起泡能力V/ml和半衰期t1/2/min。

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5.1.2.1 11#、5#与其复配发泡剂抗盐性能对比

表5-3 5#、11#与其复配发泡剂抗盐性能对比

发泡剂 复配发泡剂 NaCl质量分数/% 0.50 236/120 242/119 156/180 1.00 232/129 228/107 174/154 1.50 236/122 230/101 178/134 2.00 231/118 230/91 176/131 11# 5# 注1：11#和5#复配后的总含量均为：1.20%； 注2：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 2502402302202102001901801701601500.50%1.00%1.50%NaCl质量分数2.00%复配11#+5#泡沫体积/ml11#5#

图5-1 复配发泡剂与单剂抗盐起泡性能对比

半衰期/min18017016015014013012011010090800.50%1.00%1.50%NaCl浓度)2.00%复配11#+5#11#5#

图5-2 复配发泡剂与单剂抗盐泡沫稳定性对比

发泡剂溶液的抗盐性能见图5-1和图5-2。

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从图中可以看出：

（1）随着NaCl的加入，起泡体积均有不同程度的下降，复配发泡剂的抗盐性能优于单剂11#和5#；

（2）随着NaCl质量分数的增加11#和5#的半衰期急剧衰减，但是复配发泡剂的稳定性变化不大，说明复配发泡剂生成的泡沫的质量有了很大提高。 5.1.2.2 11#、5#与其复配发泡剂抗CaCl2性能对比 各种发泡剂溶液的抗CaCl2性能见下表：

表5-4 复配发泡剂抗CaCl2 性能

特征参数 0.50 泡沫体积/ml 半衰期/min 238 107 CaCl2 质量分数/% 1.00 236 105 表5-5 单剂抗CaCl2 性能

发泡剂 5# 11# CaCl2 质量分数/% 0.10 176/119 236/107 0.20 214/111 234/99 0.40 186/96 244/94 0.60 186/90 234/90 1.50 234 103 2.00 236 91 注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。 根据表5-4和表5-5作图5-3与图5-4：

250240泡沫体积/ml2302202102001901801700.10%0.20%0.40%0.50%0.60%1.00%1.50%2.00êCl2 质量分数图5-3 CaCl2对起泡体积的影响（常温）

复配11#+5#5#11#

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140120半衰期/min1008060402000.10%0.20%0.40%0.50%0.60%1.00%1.50%2.00êCl2质量分数图5-4 CaCl2对泡沫稳定性的影响（常温）

复配11#+5#5#11#

从图5-3和图5-4可以看出：

（1） 复配发泡剂的抗CaCl2性能优于发泡剂11#和5#；

（2） 综合以上发泡剂的抗盐能力可知，11#和5#以4∶1的比例复配的发泡剂抗盐能力最好，这主要是由于发泡剂5#和11#产生了协同作用，从而使复配后的发泡剂的抗盐性能的到了提高。

5.1.3 11#、5#与其复配发泡剂的抗温性能

表5-6 发泡剂抗温性能比较

发泡剂 复配发泡剂体系 11# 5# 25℃ 起泡体积/ml 242 118 120 半衰期/min 186 248 247 100℃ 起泡体积/ml 220 202 178 半衰期/min 152 155 98 由表5-6可以看出，复配发泡剂体系在100℃下，仍具有良好的抗温性能。 5.1.4 11#和5#复配发泡剂的稳泡性能

为了进一步增强泡沫的稳定性，选择CMC(低粘)，XC和胍胶作为稳泡剂，稳泡效果见表5-7。

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参考文献

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致谢

本毕业设计的顺利完成得益于XXX老师的悉心指导。在完成论文的整个过程中，X老师在各方面给了我很大的帮助，尤其是在做实验过程中，我常常遇到困难，出现实验操作问题，他都能悉心指导和帮助，和我分析实验中遇到每个问题。在整个论文写作过程中，使我掌握了许多新的知识，增强了我的实际操作能力，并使我养成了独立思考问题和解决问题的好习惯。X老师为人师表和严谨的治学态度，特别是它对学术的不拘泥于常规的思维方式为我的迅速成长起到了潜移默化的作用，使我受益终身。借此机会，特向他表示我崇高的敬意和真诚的感谢！

另外，我的家人、朋友对我的支持增强了我的信心，论文的完成和他们的关心、照顾和帮助是分不开的，在此向他们表示衷心的感谢！

鉴于本学生水平有限，加之时间和研究手段等方面的限制，论文难免存在一些缺点和不足之处，借此机会敬请各位专家、老师和同仁批评

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