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泡沫剂泡沫性能影响因素实验分析王蒙蒙1，郭东红2，邹立壮1，张鹤1，赵欣1（1中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京（100083）2中国石油勘探开发研究院油田化学研究所，北京（100083））摘要:本文主要研究影响泡沫剂泡沫性能的因素：泡沫剂种类、浓度、温度、矿化度等对泡沫性能的影响。
实验结果表明：离子型泡沫剂的发泡能力和泡沫稳定性要高于非离子型泡沫剂，对于同一类型的泡沫剂，分子体积庞大或者疏水链上有较多支链的泡沫剂的起泡性和稳定性差。
泡沫剂溶液的浓度对体系发泡及稳定性也有着显著的影响，当浓度较小时，随着浓度的增加，溶液发泡体积增大，稳定性增强，但是当浓度达到一定值后，继续增加浓度发泡体积减小，泡沫的稳定性也降低。
也就是说，每一种泡沫剂都存在泡沫稳定的最佳浓度。
温度也是影响泡沫稳定性的重要因素，随着温度的升高，泡沫稳定性降低，而且温度对短疏水链泡沫剂的影响要明显强于长疏水链泡沫剂。
无机盐的存在使泡沫剂发泡体积下降，半衰期随盐浓度增加，经过先下降、后回升到最大值、再下降的趋势；另一方面，无机盐溶液又具有一定的稳泡性。
关键词：泡沫剂；泡沫稳定性；发泡性能；影响因素The experiment analysis of the Effecting Factors of the FoamingAgent’s FormabilityWANG Mengmeng1, GUO Donghong2, ZOU Lizhuang1, ZHANG He1, ZHAO Xin1（1 College of Chem. & Environ. Engineering, China Univ. of Min. and Techn., Beijing (100083)2 Oilfield Chemistry Department，Research Institute of Petroleum Exploration andDevelopment，PetroChina，Beijing，100083）In this article, the influences of the foaming agent foamability, including the variety of foaming agent, temperature, salinity etc, were well studied. The experimental results proclaimed：the foamability and the foam stability of ionic surfactant system was qualified than nonionic surfactant system; and if the surfactant molecule was voluminous or the hydrophobic tail had many embranchments, the foamability and the foam stability were scrannel. The solution concentration of foaming agent had a remarkable influence on the foamability and the foam stability as well. There is an optimal concentration for every surfactant. The stability of the foam increased with the increasing surfactant concentration before it, and then decreased. Temperature played an important role in the foam stability. The stability decreased with the increased temperature. It is more distinct to the foam formed from the surfactant with short hydrophobic chain. The existence of inorganic salt decayed the foam volume of foaming agent, and its half period decayed firstly, bounced back to the maxima, and then appeared a descending trend at last.It would increase the foam stability to increase salinity in the system, when the concentration of the salt is appropriate enough.KEYWORDS：foaming agent foam stability foamability effecting factors引言：泡沫技术成本低，使用方便，在油气田领域有着广泛的应用，如：泡沫驱油、泡沫钻井、泡沫水泥固井、泡沫酸酸化、泡沫冲沙洗井、泡沫压裂、泡沫采气、蒸汽驱泡沫调剖，泡沫-聚合物复合驱等领域。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920304769.0(22)申请日 2019.03.11(73)专利权人 中国地质大学（武汉）地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号(72)发明人 顾功辉 徐方 周宇 肖松 李云凡 高鹏鹏 周锐 王宇君 罗生银 刘凌峰 郭鹏 詹弘扬 李萍 (74)专利代理机构 武汉知产时代知识产权代理有限公司 42238代理人 郝明琴(51)Int.Cl.B01F 13/02(2006.01)B01F 7/18(2006.01)B01F 3/22(2006.01)B01F 3/20(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种固液混合发泡装置(57)摘要本实用新型涉及一种固液混合发泡装置，属于新型建材领域。
该装置包括进料箱、发泡箱和空气压缩机，进料箱和空气压缩机分别与发泡箱连接，进料箱将发泡剂溶液加入到发泡箱中，空气压缩机将空气打入发泡箱中，发泡箱中设有一搅拌轴，用于搅拌发泡剂溶液进行发泡，该装置还设有一出料口，用于导出泡沫，所述进料箱上设置有固体投料口和液体投料口，进料箱中还设置一搅拌转子，用以将投入进料箱中的发泡剂固液组分搅拌均匀。
本实用新型装置提高了发泡效率和发泡剂溶液利用率，降低了上下料的难度，过滤大孔径易碎泡沫从而获得适宜孔径的均匀泡沫。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 209952737 U 2020.01.17C N 209952737U权 利 要 求 书1/1页CN 209952737 U1.一种固液混合发泡装置，包括进料箱、发泡箱和空气压缩机，进料箱和空气压缩机分别与发泡箱连接，进料箱将发泡剂溶液加入到发泡箱中，空气压缩机将空气打入发泡箱中，发泡箱中设有一搅拌轴，用于搅拌发泡剂溶液进行发泡，该装置还设有一出料口，用于导出泡沫，其特征在于，所述进料箱上设置有固体投料口和液体投料口，发泡剂固体组分由固体投料口投入进料箱中、液体组分由液体投料口投入进料箱中，进料箱中还设置一搅拌转子，用以将投入进料箱中的发泡剂固液组分搅拌均匀。
石油天然气学报（江汉石油学院学报）２０１ ５年ｌ０月第８７巷第９＋１０期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊ．ＪＰＩ）ｏｍ．２Ｏｌ ５ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．９＆．】０
［引著格式］范毅，黄军甫．泡沫固井用泡沫发生装置研究［Ｊ］．石油天然气学报（江汉石油学院学报），２ＯＩ ５，３７（９＋ｌ（））：５６～５８
泡沫固井用泡沫发生装置研究
范毅 （长江大学文理学院，湖北荆州４３４１ Ｄｏ） 黄军甫 （中石化石油机械有限公司第四机械厂，湖北Ｊ￣ＵＩ）ｔｉ ４３４０２４）
［摘要］在我国，泡沫固井是没有大规模采用而被普遍看好的一种新型固井方式．相关设备技术尚不成 熟。为此，提出了泡沫固井用关键装置 一泡沫发生装置的技术思路，包括泡沫水泥浆的制造方法和泡 沫与水泥浆的混合方法；就泡沫发生装置设计提出了总体方案；根据泡沫发生装置设计要求，对核心部 件泡沫混台器进行了选择。泡沫发生装置的研制，尚有一些难点需要突破。 ［关键词］固井；泡沫固井；泡沫；水泥浆；泡沫混合器 ［中图分类号］ＴＥ９２５．２０３ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］ｌ０００ ９７５２（２０１５）ｏ９＋１０—００５６—０３
１ 研究背景 泡沫同井主要是通过制造泡沫与低密度水泥浆结合，形成超低密度水泥浆，从而降低环空水泥浆段 的液柱压力，因而特别适合于长封同段固井和低压易漏井的同井作业。泡沫水泥固井适用于如下区块作 业：①页岩气井固井；②煤层气井同井；③出现低压易漏、浅表疏松或裂缝性等地层的常规固井；④海 洋油气田固井。 根据美国石油学会ＳＰＥ论文库的资料显示，通过固井成本统计，与常规固井相比，使用泡沫阎井 的平均成本低４２．５ ；由于泡沫水泥浆密度低、自重轻，水泥柱高度设计值相比常规水泥要高 ２Ｏ．３ ；通过打分评价机制，泡沫水泥固井相比常规水泥固井质量更高；通过实验室试验结果比较固井 水泥环空效果可见，泡沫水泥柱在压力冲击下无裂缝、密封性能好，而常规水泥则ｍ现了许多裂缝。 通过上述比较可以看出，无论是在常规固井领域，还足在非常规固井领域，泡沫水泥浆用于阎井作 业都拥有无可比拟的优势。随着国内陆上油气田的非常规页岩气井的大量开采，煤层气井的开发应用， 常规井的难度逐渐增加，在大力发展海洋油气田钻采的情况下，发展泡沫水泥固井成为解决以上难题的 剂良药。在国外石油开采发达的国家，泡沫固井是较普遍被采用的一种阎井方式；在国内却是没有真 正被大规模采用而被普遍看好的一种新型同井方式。原因如下：进行泡沫固井作业。需要成套泡沫同井 装备，包括固井车 液氮泵车、液体添加设备、泡沫发生装置、成套设备自动控制系统等。在国内，前 ３种设备技术已较成熟，而后２种设备技术尚不成熟 ～ ，凶而研制泡沫发生装置势在必行。
２技术思路 ２．１ 泡沫水泥浆的制造方法 制造泡沫水泥浆的方法主要有２种：机械充气法和化学发气法。使用机械充气法制备泡沫水泥浆， 虽然地面配套设备较多、施工Ｔ艺复杂，但成浆效果好，可实现任意设计量的气体充人，形成的泡沫均 匀细小，密度可控；使用化学发气法制造泡沫水泥，虽然地面配套设备少、施ＴＴ艺简单，但发气量较 少，尤其是在液柱压力超过１０ＭＰａ的井内，这种泡沫水泥浆在井下很难大幅度降低水泥浆的密度。鉴 于此目前在解决低压易漏地层固井施丁中主要采用机械充气法，而化学发气法则多用于解决固井施Ｔ后 水泥的“失重”等问题。
［收稿日期］２（）１ ５—０９—１０ ［１ｑＥ者简介］范毅（Ｉ ９６４一），男，高级工程师，现从事机械方面的教学与研究工作，ｔｌ０３６４１ ６ｒ８＠ｑ ｃｌｌ ＣＯＦｆｌ。 第３７卷第９＋１０期 范毅等：泡沫固井用泡沫发生装置研究 ·５７· ２．２泡沫与水泥浆的混合方法 泡沫与水泥浆混合只能在混浆槽内、柱塞泵内、柱塞泵后高压管线内进行。经过在中原油田、长庆 油田、西南油气田、辽河油田、四川Ｉ油田和江汉油田等试验调研，试验是通过一台空气泡沫发生撬产生 空气泡沫，输入到在混浆槽内混合或者水泥车的三缸柱塞泵吸入管，使得空气泡沫和泥浆能够在混浆槽 内或者三缸柱塞泵内进行混合，从而制备泡沫水泥浆。作业中采用在混浆槽内通过搅拌混合的方式，出 现了相同的问题，即在混浆槽内通过搅拌无法混合泥浆与泡沫，究其原因是由于空气泡沫的输入压力和 流动性与泥浆无法匹配，因而泡沫与低密度水泥浆无法结合；作业中均采用在柱塞泵内混合，也以失败 告终，原因是由于无法实现搅拌，泡沫在水泥浆内难以均匀分布，不能形成超低密度水泥浆。采用在柱 塞泵后高压管线内进行混合似乎是唯一可行的方案，从来自国外的报道也可作为印证。
３泡沫发生装置设计 ３．１总体方案 通过分析，成套泡沫固井 装置主要应由１台固井车、１～ ２台液氮泵车、１台液体添加 剂撬、１台泡沫发生装置、１ 套成套系统控制装置组成。主 要的工作过程是，固井车泵出 水泥浆，液氮泵车输出氮气， 液体添加剂撬输出发泡剂、稳 泡剂等添加剂（也可直接接到 固井车上），然后通过泡沫发 生装置进行混合。在泡沫发生 装置内，氮气与发泡剂发生反 应产生氮气泡沫，氮气泡沫与 水泥浆混合成分布均匀的泡沫 水泥浆，然后泵入井口装置。 以上过程均由控制系统进行控 制，通过调节水泥的排量、氮 气排量和液体添加剂排量来保
发泡剂混合喷射装置 图１ 泡沫固井装置及工作过程示意图 证最终泡沫水泥浆的密度。设备的总体构思如图１所示。 ３．２泡沫发生装置设计要求 泡沫发生装置主要要求如下：①由于该装置连接在大泵排出管后的高压管汇系统上，所以该装置的 承压能力应至少为４０ＭＰａ；②氮气进入的方式应符合文丘里效应，即水泥浆高速通过氮气入口时产生 负压，从而吸入氮气；③氮气进入后，与水泥浆内的发泡剂反应产生泡沫，需设置混合机构保证该泡沫 均匀分布在水泥浆体中；④混合好的泡沫水泥浆需经过取样、验证密度合适以后再泵人井口。 ３．３泡沫混合器选择 泡沫发生装置的核心部件是泡沫混合器。目前可供选择的泡沫混合器主要有３种模型：①哈里伯顿 的泡沫混合器，主要是利用文丘里效应，使用针阀控制排量，采用３个入口１个出口，基础泥浆、氮 气、添加剂分别输入，利用文丘里效应混合完成后排出。②斯伦贝谢的泡沫混合器，混合器为“十字 型”，也是３个入口１个出口，采用带孔的挡板将水泥浆破碎后完成混合。③ＢＪ公司的“Ｔ字型”泡沫 混合器，基础泥浆内已经混好了添加剂，与氮气在混合器内混合后排出，主要混合功能由带孔挡板和文 丘里效应完成。 通过比较分析和实际应用调研，认为选择ＢＪ公司的“Ｔ字型”泡沫混合器比较好。在完成泡沫混 石油天然气工程 ２Ｏ１５年１ｏ月 合器的试制后，参照上述总体方案（见图１），将混合器以及各种管汇和仪表都集成在一台小撬上，完 成一台接口完整的泡沫发生撬。
４ 结语 泡沫发生装置的研制，尚有以下难点需要突破：①泡沫混合器需承受至少４０ＭＰａ的压力，如何选 择材料能保证能耐高压、耐磨？②泡沫混合器出人口的管径、内部样式如何确定？怎么样通过设计保证 文丘里效应发挥到最佳？③内部是否采用带孑Ｌ的挡板？如果采用该方案，怎样保证该挡板能耐冲击、耐 磨损？如何设计挡板上的小孑Ｌ以保证浆体分散均匀？ 核心部件泡沫混合器完成后，需要确定泡沫水泥浆的配方，从而确定基础水泥的配方和液体添加剂 的配方。由于泡沫水泥的混合均在高压环境下完成，考虑到受压后泡沫的破碎效果，预计稳泡剂和发泡 剂的效果均需要通过现场试验检测。
［参考文献］ ［１］刘建红，王莉，吴国勤，等．泡沫水泥同井工艺研究ｒＪ］．内蒙古‘石油化工，２ｏｌ１，（１８）：２８～２９． ［２］郑钟，李秉跃，窦虎清．泡沫水泥同井装备及技术配套研究ＥＪ］．科技资讯，２００９，（１ ９）：３８． ［３］李兵泉，武萍妹．乇伟，等．高效泡沫发生器的研制与应用［Ｊ］．石油天然气学报（江汉石油学院学报），２０１３，３５（３Ｘ）：３２２～ ３２３． ［编辑］ 黄鸸
（上接第４５页） ４）实施效果。井网加密效果：根据该油藏断层根部老井钻遇油层特点，在井网控制较差、剩余油 相对较富集区域，部署２口加密调整井，井距由２５０ｍ左右缩小到１５０ｍ左右，２口井于２０１５年４月相 继投产．初期日产纯油４０ｔ，截止到２０１５年８月累计产油５９３５ｔ，加密效果较好。 换向水驱效果：２０１４年２月，对ｌ口高含水井实施转注，对应２口油井综合含水率平均降低 ２７．７ ，初期日增油１９．９ｔ，４个月累计增油２０３０ｔ。 截至２Ｏ１５年８月，共实施油水井措施１３口，平均单井增油７２３ｔ，累计增油９５７３ｔ。从断块数据来 看，开发形势有所好转，日产油由ｌ７３ｔ上升至２０５ｔ，增加了３２ｔ，综合含水率由８６．１ 降至８４．２ ， 自然递减率由１９．９ 下降到１８．５ ，断块开发效果得到改善。
６结论 １）牙刷状油藏长期受边水指进影响，采油井点水淹程度高，井间水淹程度相对较弱，并且水淹程 度由低：部位向高部位逐渐减弱，剩余油主要富集在构造高部位采油井之间区域。 ２）采用数值模拟与动态分析相结合进行分析，牙刷状油藏进人高含水后期，实施横向换向注水开 发，通过增加横向水驱，在一定程度上削弱了边水的指进作用，扩大了水驱波及体积，可以有效挖潜井 问剩余油。 ３）通过水淹规律研究和内部加密井试验，对于窄条状牙刷状油藏，初期采用１ ５０ｍ左右的小井距 布井更有利于边水均匀推进。 ［参考文献］ ［１］陈明月．油藏数值模拟基础［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１ ９９４． ［２］赵永强，杨承林，王秀鹏，等．边水活跃油藏的剩余油分布研究及调整技术［Ｊ］．吐哈油气，２ｏ０２，７（１）：３６～３８． ［３］程时清，唐恩高．复杂岩性多底水断块油藏合理开发方式研究［Ｊ］．特种油气藏，２００７，１ ４（３）：６２～６５． ［４］罗钰涵，唐华．ＡＦ窄条状边底水油藏剩余油分布及挖潜策略研究［Ｊ］．内蒙占石油化工，２００９，（２）：１０２～１（）ｊ． ［编辑］ 黄鸸
