泡沫排水采氣用排水劑室內篩選及性能評價

楊安國，鄭繼龍，李　娟

(1. 中國石化河南油田石油工程技術研究院，河南南陽 450000;2. 中海油能源發展工程技術公司三次采油分公司，天津 300452)

隨著氣井開采程度的加深,地層壓力不斷衰減，井筒出現大量積液，導致產量下降。研究發現泡沫排水采氣技術消除積液效果較明顯。

泡沫排水采氣工藝原理[1-2]：從油套環空處將起泡劑注入，采用表面活性劑作為起泡劑，起泡劑與井筒中積液在天然氣的攪拌下，產生大量泡沫，生成的泡沫在井筒中被連續舉升,泡沫柱底部的液體不斷補充, 直至將井底積水排凈[3]。此外,起泡劑能將井筒中泥沙和淤渣等排出,達到清洗井筒,實現增產的目的[4]。

泡沫排水采氣成功的關鍵在于起泡劑的起泡性、穩泡性和攜液能力等。本研究利用羅氏泡沫儀對泡沫排水采氣用排水劑進行室內篩選及性能評價，主要對起泡劑的起泡性、穩泡性、攜液能力、配伍性、表面活性和腐蝕性等進行評價。

1　實驗

1.1　原料

實驗用水:室內配制氣井地層水，總礦化度為10 000 mg/L,CaCl2水型，經0.45 μm微孔濾膜過濾；表面活性劑：氟碳表面活性劑TF3721(PSJ-1)、UT-6(PSJ-2)，全氟表面活性劑Zonyl(PSJ-3)，陰離子表面活性劑FRS(PSJ-4)，陽離子表面活性劑AF4018-SJ(PSJ-8)，非離子表面活性劑AF4018-Y(PSJ-13)，均為液體，天津市雄冠科技發展有限公司提供；消泡劑：正丁醇( XP-Ⅰ)、磷酸三丁酯(XP-Ⅱ)、硅醚混合型( XP-Ⅲ)，均為液體，自制。

1.2　儀器

羅氏泡沫儀,東莞市鑫磊儀器廠；電子天平,精度0.001 g；恒溫水箱，揚州華寶石油儀器有限公司；表面張力儀，山東同業分析儀器廠。

2　起泡劑的室內篩選

2.1　起泡劑與地層水的配伍性

泡沫排水采氣施工過程中，若注入的起泡劑與地層水不配伍，會影響泡沫排液采氣的效果，甚至導致嚴重的儲層傷害。因此,研究起泡劑與地層水的配伍性是泡沫排液采氣的前提。表面活性劑加量(以質量分數計，下同)為0.3%,考察不同類型起泡劑與地層水間的配伍性，結果見表1。

表1　起泡劑與地層水配伍性的實驗結果

從表1看出，起泡劑PSJ-2和PSJ-13與地層水的配伍性差，均產生沉淀;其他起泡劑與地層水的配伍性良好，且溶解速度較快。

2.2　起泡劑的起泡能力和穩定性

選用配伍性良好的起泡劑PSJ-1，PSJ-3，PSJ-4和PSJ-8進行起泡能力評價實驗。起泡劑的評價方法主要有攪拌法、氣流法和傾注法等，此實驗采用傾注法進行評價。水浴溫度120 ℃，將200 mL起泡劑從Ross-Miles管[5]中流下,流入盛有50 mL相同濃度的起泡劑中,記錄流畢200 mL起泡劑時的泡沫高度H0和5 min時泡沫高度H5,評價起泡劑的起泡性與穩定性[6]，結果見表2。消泡速度(v)計算公式為:

v=(H0-H5)/5

式中，v反映泡沫消失快慢的參數，v越大，泡沫消失較快，起泡劑的穩定性差。

表2　不同起泡劑起泡能力實驗結果

從實驗現象看出,表面活性劑PSJ-1加入5 min后泡沫很少，未讀出泡沫高度。從表2看出,4種起泡劑在相同溫度和加量，起泡劑的起泡能力和穩泡能力不同, PSJ-3和PSJ-8初始起泡高度均在100 mm左右，說明均具有較好的起泡能力，PSJ-3泡沫的消泡速度v為3.56 mm/min，說明起泡劑PSJ-3具有較好的穩泡能力。因此，選用PSJ-3表面活性劑作為泡沫起泡劑。

3　起泡劑PSJ-3加量的確定

3.1　PSJ-3加量對帶水能力的影響

水浴溫度120 ℃下，利用室內設計的模擬氣井攜液過程的實驗裝置，對不同加量的起泡劑PSJ-3進行帶水能力評價實驗[7]，結果見表3。

表3　起泡劑PSJ-3加量對帶水能力的影響

從表3可知，PSJ-3加量為0.30%～0.50%時，起泡劑PSJ-3具有較好的排水能力。因此，初步確定起泡劑PSJ-3加量為0.30%～0.50%。

3.2　起泡劑PSJ-3加量對起泡能力的影響

固定其他條件，采用傾注法進行不同加量起泡劑PSJ-3起泡能力的評價，結果見表4。起泡劑PSJ-3較適宜氣井的實際情況，其理論使用加量為0.30%～0.45%。

表4　起泡劑PSJ-3加量對起泡能力的影響

3.3　PSJ-3加量對緩蝕性能的影響

在120 ℃下利用掛片腐蝕儀進行PSJ-3的緩蝕性能評價，考察起泡劑PSJ-3溶液對鋼片的緩蝕率和腐蝕速率的影響，結果見表5。

表5　起泡劑PSJ-3加量對緩蝕性能的影響

從表5可知，加入0.30% PSJ-3的溶液對鋼片的腐蝕速率為0.314 8 g/(m2·h),緩蝕率達49.6%。

3.4　PSJ-3加量對表面張力的影響

起泡劑的表面張力主要表征泡沫的表面活性，其主要影響起泡劑的起泡能力、穩泡能力及泡沫的強度和厚度等，表面張力低，氣液兩相易混合，產生更多的泡沫。用地層水配制起泡劑溶液，地層水體積為50 mL，考察PSJ-3加量對表面張力的影響，結果見表6。

表6　PSJ-3加量對表面張力的影響

從表6看出，在地層水中加入起泡劑PST-3后，表面張力明顯降低，不同加量的PSJ-3表面張力均為35 mN/m左右，說明起泡劑PSJ-3加量對表面張力影響不大。

綜上所述，起泡劑PSJ-3能適應泡沫助排的要求，與生產井地層水混合后，在井下溫度、壓力條件下不產生堵塞。PST-3加量以0.30%為宜。另外起泡劑PSJ-3具有緩蝕功能作用，可降低地層水和氣體對鋼管的腐蝕，延長其使用壽命。

4　消泡劑的篩選

利用傾注法對室內現有的3種消泡劑進行消泡時間和抑泡時間測定，采用地層水，分別配制質量分數為0.10%的3種消泡劑溶液，取0.30%的起泡劑PSJ-3溶液200 mL加入裝置，鼓氣，泡沫上升500 mL時，加入20 mL 0.10%消泡劑溶液，同時計時，泡沫全部消失后，記錄消泡時間。將100 mL 0.30%的起泡劑和20 mL 0.10%消泡劑的混合溶液加入裝置，鼓氣，同時計時，泡沫上升至500 mL時，記錄抑泡時間。結果見表7。

表7　消泡劑消泡能力的評價實驗結果

從表7可知，消泡劑XP-Ⅱ消泡速度較快，但抑泡時間較短；消泡劑XP-Ⅰ和XP-Ⅲ抑泡時間相同，但消泡劑XP-Ⅲ消泡速度相對較快，綜合考慮起泡劑和消泡劑間配伍性，選擇消泡劑XP-Ⅲ作為氣田的消泡劑。通過消泡劑XP-Ⅲ性能測試結果，其質量分數以0.10%為宜。

5　結論

1)通過室內評價實驗，選用起泡劑PSJ-3，其加量為0.30%；消泡劑為XP-Ⅲ，其最佳加量為0.10%。

2)在地層水中加入起泡劑PSJ-3，可大幅降低溶液的表面張力，且在高礦化度條件下具有良好的起泡能力和攜液能力。PSJ-3能適應泡沫助排的要求，與生產井地層水混合后，在井下溫度、壓力條件下不產生堵塞。且其具有緩蝕功能，可降低地層水和氣體對鋼管的腐蝕，延長使用壽命。

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