泡沫洗井液的研究與應用

付亞榮 付麗霞 李造吉 李冬青 曹瑾

（1.華北油田公司第五采油廠；2.華北油田公司采油工藝研究院；3.華北油田公司第一采油廠）

泡沫洗井液的研究與應用

付亞榮1付麗霞2李造吉1李冬青1曹瑾3

（1.華北油田公司第五采油廠；2.華北油田公司采油工藝研究院；3.華北油田公司第一采油廠）

為解決油井熱洗時洗井介質污染地層，產量不能及時恢復的實際問題，在分析洗井對地層的傷害機理的基礎上，應用含有一定數量的硫酸基和環氧基，并兼具陰離子和非離子表面活性劑雙重性質的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，與極少量的碳氟、硅氟表面活性劑復配得到一種起泡性能很好的泡沫洗井液。在現場加量為0.5%～1%時，年300余井次應用此液。油井熱洗后平均恢復期縮短48.6個百分點，提高了油井的有效時率，減少了抽油機無功消耗，實現年增油約2 600 t。

油井 泡沫 洗井液

油井熱洗是維護油井正常生產的重要措施，但用清水或污水作熱洗介質又存在很多的弊端[1]。由于地層黏土的水化分散及水鎖效應，洗井液污染油層，造成油井產量下降甚至不出液的現象經常發生。例如：晉95-45井正常生產時產液量6.9 m3/d，含水痕，熱洗后2 d不出液，到第3 d液量只有1.7 m3，一直到第12 d油井才恢復正常。造成這種現象的原因[2]是：洗井水進入地層，引起黏土膨脹降低地層滲透率，尤其當用清水洗井，地層黏土含量高時，這種矛盾更加突出；洗井水水質不合格，機械雜質含量超標，雜質進入地層造成堵塞，或者洗井水和地層水不配伍，生成沉淀；洗井液攜帶能力差，經過熱洗在井壁上剝離下來的蠟、膠質瀝青、無機鹽垢等雜質不能被順利帶出井筒。基于這種情況，以技術創新為手段，研制了泡沫洗井液，實現油井不壓井洗井，現場年300余井次應用，油井平均恢復期縮短48.6個百分點，年增油約2 600 t。

1 泡沫洗井液的技術性能

借鑒泡沫壓裂施工中的起泡劑的原理，結合油井熱洗的實際情況，應用含有一定數量的硫酸基和環氧基，并兼具陰離子和非離子表面活性劑雙重性質的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，與極少量的碳氟、硅氟表面活性劑復配得到一種起泡性能很好的洗井液[3]。該液除了較強的乳化、潤濕、發泡性能外，還具有優良的抗硬水性和鈣皂分散性，是一種較為理想的高效率洗井液。其主要技術性能指標包括：淺黃色黏稠液體；密度1.00～1.10 g/cm3（25℃）；表面張力26.8×10－3mN/m （25℃，1.0%水溶液）；發泡量≥700 mL（25℃，1.0%100 mL）；半衰期≥120 min。洗井液易溶于水，當活性物含量70%時，外觀為淡黃色半透明黏稠液體；當pH值7時能夠很快水解，但在堿性環境下水解穩定性好；刺激性小，10%溶液刺激指數2.3，適合現場使用；生物降解率為90%以上。

2 泡沫洗井液評價

2.1 CMC值測定

用表面張力法[4]及電導法測定泡沫洗井液的CMC值，用洗井用水配成質量濃度分別為200、450、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000、2 400和3 000 mg/L的泡沫洗井液溶液，調節恒溫水浴至45℃，用DMPY-2C型表面張力儀測定此溫度下各溶液的表面張力。結果表明，表面張力拐點不明顯，在表面張力處作切線，其CMC（臨界膠束濃度）約為800 mg/L。

2.2 界面張力測定

各種濃度的泡沫洗井液的水溶液與冀中含蠟原油（以晉95斷塊原油為例）之間的界面張力值均表現出同一種規律性，先降低至最低值，然后逐步上升達到平衡狀態，見表1。濃度為250～2 000 mg/L的泡沫洗井液的水溶液與晉95原油之間瞬時界面張力最低值均達到超低（10-3mN/m數量級），平衡界面張力值也較低，介于10-1～10-2mN/m數量級。隨著泡沫洗井液的水溶液濃度的降低，與晉95原油之間的瞬時界面張力值和平衡界面張力值均呈現降低的趨勢，即在一定的濃度范圍內，泡沫洗井液濃度越低，降低界面張力的效果越好。從界面張力測試結果可以看出，泡沫洗井液濃度在低于臨界膠束濃度（800 mg/L）的500 mg/L左右時，降低界面張力的效果最好。體系中的表面活性劑通過共價鍵結構將兩個表面活性劑分子的離子頭基連接起來，這種強相互作用有效地阻止了離子頭基同種電荷的相互排斥作用，使極性基實現了更為緊密的排列；同時，又不改變離子頭基的親水特性。在油水界面上，表面活性劑的極性基在水相表面緊密分布，迫使碳氫非極性鏈在油相呈豎直排列的狀態；因此，在極低的濃度下便可以大幅度降低油水界面張力。

表1 泡沫洗井液的水溶液與晉95原油之間的動態界面張力（45℃）

3 現場應用

泡沫洗井液現場應用情況的好壞，取決于洗井液的表面張力和其入井后的發泡量。

1）對于油井含有伴生氣，利用伴生氣就能滿足洗井液的發泡量。

2）對于油井不含伴生氣，考慮地層防膨，引入了銨鹽（常用的防膨劑為KCl），銨鹽是由銨離子(NH4+)和酸根離子組成的化合物。

3）對于油井不含伴生氣，需要防膨，在洗井時加入一定量的氯化銨，一部分氯化銨受熱分解成氨氣和氯化氫。分解產生的氣體起到了發泡的作用，一部分氯化銨進入地層起到防膨作用。對于不需要防膨的油井，在洗井時加入一定量的分解溫度為30℃的碳酸氫銨。

現場推薦的用量為0.5%～1.0%。在熱洗時的10～15 m3水中加入洗井液作為前置即可（或者先將洗井液從油套環空倒入），然后進行正常洗井。

現場使用情況如下：

1）加藥方法簡單，直接加入水罐車或直接從油套環空加入。

2）恢復速度快，大部分油井熱洗后，第2 d就開始出油。

3）300余井次應用，油井平均恢復期縮短48.6個百分點，年增油約2 600 t。

4）油井不存在壓液面或液面稍有回升。

5）應用泡沫洗井液每口井增加1 000元的藥劑費用。

典型井例1：晉45-56井，不使用泡沫液洗井恢復期為6 d，從第5 d起含水逐步恢復；使用不壓井液洗井后，2 d含水直接恢復到正常。

典型井例2：榆108－42井主要是依靠加藥進行日常維護，2008年3月5日應用洗井液洗井后基本未影響油井產量。

4 結束語

泡沫洗井液中的表面活性劑溶液對地層黏土有一定的防膨作用，同時由于表面活性劑降低了油水界面張力，能夠增強對石蠟、膠質和瀝青的清洗能力，并且表面活性劑產生的細小泡沫，可以提高洗井液的攜帶能力。在洗井后的一定時期內，通過油管潤濕性的轉變，使管柱表面形成親水界面，可以減少膠質、瀝青和石蠟的吸附，延長洗井周期。

[1]付亞榮.對油井熱洗清蠟的認識[J].江漢采油工藝,1997（1）:13-14.

[2]付亞榮.基于酸性表面活性劑的油井解堵工藝[J].石油鉆采工藝,2007，29(3):46-47.

[3]付亞榮.一種泡沫洗井液及其生產方法[P].專利號ZL 200710117603X.

[4]付亞榮,付麗霞.含黏土原油脫水破乳劑的開發[J].精細與專用化學品，2009，17（7）:23-24.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.002

付亞榮，1987年畢業于重慶石油學校，高級工程師，主要從事油田開發方面的研究，E-mail：cy5-fyr@petrochina.com.cn，地址：河北省辛集市中國石油華北油田第五采油廠，052360。

2011-07-21)