煤层气储层中吸附解吸规律与压裂液增产技术研究

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：本节中选择了起泡性能比较好的阴离子表面活性剂SW-12，发泡体积与起泡剂的浓度的关系见图7-9。当起泡剂的加量为0.2%时，泡沫的起泡体积是最大的。结果表明，阴离子表面活性剂SW-12与阳离子表面活性剂SL-16在质量比为2∶15时混合，对泡沫的稳定性是最好的。因此，建议阴离子表面活性剂的用量不要超过上述范围。图7-10不同的稳泡剂对泡沫半衰期的影响

7.2.3.1　起泡剂

泡沫体系的起泡剂通常由阴离子表面活性剂来担当。本节中选择了起泡性能比较好的阴离子表面活性剂SW-12，发泡体积与起泡剂的浓度的关系见图7-9。因为泡沫是在通入一定速度的气流时产生的，所以泡沫的生成与破灭是一个动态的平衡过程，由图7-9可以定性地认为，该起泡剂的起泡性能和稳泡性能很好。当起泡剂的加量为0.2%时，泡沫的起泡体积是最大的。

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图7-9　发泡体积与起泡剂SW-12的浓度的关系

7.2.3.2　稳泡剂

稳泡剂之所以可以使泡沫保持更长时间的稳定，有2个原因：首先它可能提高了液相黏度，增加了液膜表面的强度来减缓液膜的排液速率，延长了泡沫的重力排液松弛时间及气泡排液松弛时间，提高了泡沫的稳定性；其次，它提高了液体表面单分子层的黏度，主要是通过表面活性剂分子在表面单分子层内的亲水基间相互作用及水化作用而产生的，但是它并不提高液相的黏度。表面黏度增大，增加了液膜的黏弹性，减小了液膜的透气性，从而提高了泡沫的稳定性。在表面活性剂的分子结构上，泡沫稳定性由2个因素决定：表面活性剂在气液界面上吸附层的厚度和气泡间液膜的排液速度[63]。

稳泡剂按照稳泡的作用方式主要分为2种：①以提高液相黏度来提高泡沫的稳定性，这类稳泡剂一般有CMC、PAM；②以提高液膜的表面黏度来提高泡沫的稳定性，这类稳泡剂也称为固泡剂，主要有月桂醇、三乙醇胺、月桂酰二乙醇胺等。(www.chuimin.cn)

近年来国内外的研究表明，阴、阳离子表面活性剂间由于存在电性吸引，电荷作用减弱了吸附层中表面活性离子间的电性斥力，使表面吸附增加，从而使得复配体系具有很低的表面和界面张力[69]。与此同时，由于吸附层中分子排列紧密以及分子间较强的相互作用，还使得黏度增大、表面液膜的机械强度增加，使之受外力作用时不易破裂，气体透过性降低，泡沫寿命延长。

但有时阴、阳离子表面活性剂在复配的过程中会出现沉淀现象。阴、阳离子表面活性剂在混合时，电性相反的表面活性剂离子间的静电作用以及亲油碳链间的疏水作用，增加了正、负两种表面离子间的缔合，使溶液内部的表面活性剂分子更易形成胶团，表面吸附层中的表面活性剂分子排列更为紧密，表面能更低，此时的临界胶团浓度比各自离子表面活性剂的临界胶团浓度要低，一旦超过它的临界浓度，就将产生沉淀和（或）絮状物质，从而产生负效应使表面活性剂失去效用。不过，只要阴离子表面活性剂的负表面活性离子和阳离子表面活性剂的正表面活性离子的体积不太大，所形成的溶液就不会发生沉淀。所以，选择好使用量的范围，就可以避免沉淀的发生[70]。

因为本章中的VES压裂液中使用了阳离子表面活性剂作为“增稠剂”，考虑到阴、阳离子表面活性剂共同使用时可能会因为用量的范围问题使体系中产生沉淀或者络合物，所以对阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的用量进行试验。结果表明，阴离子表面活性剂SW-12与阳离子表面活性剂SL-16在质量比为2∶15时混合，对泡沫的稳定性是最好的。因为此时阴、阳离子之间的界面电性的作用，使体系的界面张力、表面张力降低了，所以泡沫才会更稳定。在45℃下，泡沫半衰期约为170min。在（2∶15）～（2∶5）的质量比范围内，均不产生沉淀。超过这个比例，体系中则产生白色絮状物质，破胶后悬浮在破胶液的上层。因此，建议阴离子表面活性剂的用量不要超过上述范围。

本章最终选择的稳泡剂是V1-CMC，它与羟乙基纤维素、瓜胶、聚丙烯酰胺等比较，对泡沫的稳定性来说是最有效的。此纤维素的最佳加量为0.5%。不同的稳泡剂对泡沫半衰期的影响见图7-10。由图7-10可以看出，这种纤维素在稳泡的性能方面显现出非常大的优势。

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图7-10　不同的稳泡剂对泡沫半衰期的影响

煤层气储层中吸附解吸规律与压裂液增产技术研究

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