泡沫排水起泡劑室內實驗優選

楊筱璧

文章編號：1006-6535(2009)02-0070-02

摘要：泡沫排水是排出井內積液、提高氣井產量、延長氣井開采周期的最經濟有效方法之一。隨著洛帶遂寧組氣藏產氣量的降低，氣井帶液能力下降，較低的氣產量不足以將氣井產出的液體完全帶出地面，致使井筒內產生積液，生產狀況不斷惡化，甚至水淹關井，故需要實施泡排作業。對不同種類的含水氣井需采用不同類型的起泡劑，通過室內評價實驗，確定了適合于該氣藏的起泡性、穩定性、攜液能力均很好的起泡劑，以解決該氣藏的排液難題。

關鍵詞：氣井；泡沫排液；起泡劑；優選；排水采氣；室內評價實驗；遂寧組氣藏

中圖分類號：TE357

文獻標識碼：A

前 言

在天然氣開發過程中由于邊、底水的推進以及壓裂、酸化等作業措施，氣井井筒內不斷積水，產氣量下降，甚至壓死氣井。目前采用的排水采氣工藝方法有優選管柱、泡沫、氣舉、游梁抽油機、電潛泵、射流泵和液氮等排水采氣^[1]。其中，泡沫排水采氣法由于設備簡單、施工方便、收效快、生產成本低且不影響氣井日常生產，受到國內外的普遍關注。泡沫排水能否取得成功，在很大程度上取決于所用起泡劑的性能，因此必須建立有效的起泡劑評價技術，對起泡劑進行優化選擇。

1 泡沫排水的原理

泡沫排水采氣的基本原理是將起泡劑從井口注入井底，借助天然氣流的攪拌作用，使之與井底積液充分混合，產生大量比較穩定的含水泡沫，被氣流從井底攜帶到地面^[2]。注入起泡劑可以減小液體表面張力和氣液混合物的密度，降低自噴井油管內的摩阻損失和井內重力梯度。其結果是有效地降低井底回壓，在井底壓力或井口壓力不變的情況下，使井底積液更易被氣流從井底攜帶至地面。此外，起泡劑還可使不溶性污垢如泥沙和淤渣等包裹在泡沫中，隨氣流排出，達到疏導氣水通道，實現增產、穩產的目的^[3]。

2 起泡劑性能影響因素

影響泡沫劑性能的因素眾多，說法不一。其中主要包括溫度、礦化度、凝析油的影響^[4]。

2.1 溫度的影響

溫度對泡沫穩定性的影響較復雜，歸納起來，表現在以下幾個方面：

(1) 對表面張力的影響。溫度升高，表面活性劑自由能增加，表面張力發生變化，影響了泡沫的穩定性。

(2) 對粘度的影響。溫度升高，分子間作用力小，液相粘度減小，降低泡沫的穩定性。

(3) 對泡膜液體蒸發的影響。隨著溫度的升高，液膜的蒸發增加，促使液膜減薄，降低泡沫的穩定性。

(4) 對吸附的影響。當溫度升高時，表面吸附量減少，泡沫的穩定性降低^[5]。

2.2 地層水礦化度的影響

地層水礦化度是指地層水中含鹽量的多少。當溶液中礦化度很高時，濁點越低，泡沫劑(非離子表面活性劑類)在其濁點以上的水溶液中的溶解度降低，易形成新相，不但使泡沫劑性能變差，而且有消泡作用；當溶液電解質濃度很高時，泡沫液(陰離子表面活性劑類)膜的擴散雙電層被壓縮，相斥作用減小，膜變薄速度加快，使泡沫劑性能明顯減小^[6]。因此，在泡沫劑選擇上，必須考慮藥劑對礦化度的抵抗能力。

2.3 凝析油含量的影響

在油水介質中，產生泡沫取決于兩個過程的競爭：即在水相中產生泡沫，同時在油相中泡沫破裂^[7]。當有凝析油存在時，不僅改變了產生泡沫的條件，同時改變了泡沫的穩定性能。在泡沫劑選擇上，必須考慮藥劑抗凝析油能力。

3 氣藏特征及起泡劑的性能要求

3.1 氣藏特征

洛帶遂寧組氣藏為定容封閉氣藏，但是氣藏含水飽和度較高，氣井普遍產水。平均油壓為3.36 MPa，套壓為3.99 MPa，平均單井產量為0.59×10⁴m³/d，平均單井產水量約為50 kg/d，地層溫度為50℃，氣田水水型以Na₂SO₄型為主，其次為NaHCO₃型，礦化度介于1 000～50 000 mg/L之間，液體中凝析油含量較高，一般在18%～83%之間。

3.2 起泡劑性能要求

起泡劑的性能直接影響氣井泡沫排水效果的好壞。根據氣田情況，要求起泡劑除具有表面活性劑的一般性能如能大幅度降低氣液界面張力外^[8]，還要求具有以下特殊性能：①起泡能力強，在礦化水和凝析油中不變質；②泡沫攜液量大；③泡沫穩定性適中^[9]。

根據洛帶遂寧組氣藏氣井的井深、井底溫度和地層水的礦化度，選擇了UT-1、UT-11、UT-16等3種起泡劑，進行了室內優化實驗研究，對各個起泡劑的表面張力、泡沫穩定性、發泡能力及與地層水的配伍性等方面進行綜合評價，結合該氣藏的特點優選出針對性較強的起泡劑。

4 起泡劑室內性能評價

評價泡排劑性能參數的實驗方法主要有攪拌法、氣流法、傾注法等，選擇合理的評價方法，是準確評價泡排劑性能的關鍵^[10]。氣流法與氣井泡沫排液的發泡方式相似，較好地體現了氣井條件下的泡沫性能，并能考察多方面的影響因素，諸如氣流速度、抗油和抗礦化度的能力和最佳藥劑用量。所以，該法能綜合地評價出起泡劑的起泡能力、泡沫穩定性和泡沫攜水能力，是評價氣井用起泡劑的最好方法。本次研究選擇氣流法作為起泡劑起泡能力和穩定性的主要評價方法(圖1)。

實驗模擬井下油管和氣、水情況，測定溶液在氣流鼓動下產生泡沫的能力。所用泡沫發生器為羅氏泡沫儀，在本實驗中模擬氣井井筒。50℃的熱水在羅氏管內循環，用龍遂14D-1井地層水配制0.05%～10.00%的起泡劑溶液，在井筒內加入400 mL溶液，預熱5 min后開空氣壓縮機，控制氣量為4～5 L/min，氣流鼓動溶液產生氣泡，在泡沫出口處用燒杯收集泡沫，產生1 000 mL泡沫的時間為起泡劑的起泡時間，待泡沫全部消失呈液體后，測定液體體積。實驗結果見表1。

隨著起泡劑濃度的增加，3種起泡劑的起泡能力都逐漸增強，UT-1的起泡能力最差，UT-16和UT-11C的起泡能力較好，起泡劑在濃度為0.5%時出現拐點，濃度增大對起泡性能無較大幫助，當濃度大于0.5%時，3種起泡劑的起泡性能相近。

UT-16的穩定性好于其他3種起泡劑，但UT-16的濃度不宜過高，當濃度大于4%時，其起泡能力和穩定性都大幅度降低。3種起泡劑的攜液能力相近。

綜合3種起泡劑的起泡能力、穩定性、攜液量分析，遂寧組氣井泡排劑類型的選擇，UT-16的起泡能力和穩定性最好，但其濃度不宜過高。該層位藥劑優選次序依次為UT-16、UT-11C，遂寧組氣藏推薦使用藥劑UT-16、UT-11C，UT-1的起泡性較差，不適合作該層的起泡劑。起泡劑濃度控制在0.5%較為合適。

5 結 論

(1) 洛帶遂寧組氣藏泡沫排水適宜的起泡劑為UT-16和UT-11C，UT-1的起泡性較差，不適合作該氣藏泡沫排水的起泡劑。

(2) 當起泡劑濃度低于0.5%時，隨著濃度的增加，起泡能力增強，當濃度大于0.5%時，濃度的增加對起泡性能無較大幫助，起泡劑的最佳濃度為0.5%。

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編輯 方 赟