泡排劑耐鹽抗油性能的優化

馬智國，鄒巧育，胡 敏，林海萍

（1.陜西國防工業職業技術學院，陜西西安 710302；2.西安石油大學，陜西西安 710065）

天然氣井在開采過程中由于邊水、底水的推進作業措施等會造成井筒內不斷積水，從而使產氣量不斷下降，甚至壓死氣井[1]。為了提高氣田的采收率，人們采用了多種方法來消除井底積液，包括泡沫排水采氣、井下節流排水采氣、優選管柱排水采氣、柱塞氣舉排水采氣和增壓抽吸排水采氣等。其中泡沫排水采氣技術由于具有諸多優點，近年來在國內外采氣工業中得到了廣泛的應用。該技術是將一定量的泡排劑注入氣井中，井底積液與泡排劑接觸后，借助天然氣流的攪動，生成大量低密度含水泡沫，隨氣流從井底被攜帶到地面，從而達到排水、穩產、增產和延長氣井自噴期的目的[2～3]。泡沫排水采氣的關鍵在于泡排劑的性能，即在一定的地層水礦化度、甲醇、凝析油含量及地層溫度下，要求泡排劑有盡可能好的起泡能力、適中的泡沫穩定性和較大的攜液量。

1 實驗部分

1.1 主要藥品與實驗方法

泡排劑YUZ，實驗室自制；甜菜堿A、甜菜堿B、甜菜堿C、甜菜堿D，均為工業級，由上海諾頌實業有限公司提供；FC（全氟烷基甜菜堿）、氧化胺，工業級，武漢海德化工發展有限公司化學試劑廠；凝析油，長慶油田分公司采氣二廠現場樣品；氯化鈉、無水氯化鈣，分析純，鄭州派尼化學試劑廠；OlympusBH-2 光學顯微鏡，日本Olympus 公司；ESB-V 電子表面平衡張力儀，KYOWA SCITIFIC CO. LTD；羅氏-邁爾斯（Ross-Miles）泡排儀，實驗室自制。

1.2 評價方法

實驗按照標準SY/T6465-2000《泡沫排水采氣用起泡劑評價方法》和GB/T7462-1994《發泡力的測定》對泡排劑的起泡能力和攜液能力進行評價。參照標準SY/T5370-1999《表面及界面張力測定方法》對泡排劑的表面張力進行測定。

2 實驗結果與討論

2.1 復配添加劑的篩選

通過考察泡排劑YUZ 與單一表面活性劑的配比為9：1 時在含10 %凝析油自來水中的泡沫高度及攜液量，采用直觀分析法初步篩選出與YUZ 復配最優的表面活性劑，實驗結果（見表1）。實驗泡排劑溶液濃度為0.5 %，溫度為30 ℃。

由表1 可知，泡排劑YUZ 與FC 的復配無論是泡沫高度，還是攜液量都優于其他配方。而且與單劑YUZ相比，復配后穩泡效果和攜液量都有很大提高。因此，確定泡排劑YUZ 和FC 進行復配。

表1 不同配方在含10 %凝析油的自來水中的起泡高度及攜液量

2.2 FC 添加劑量的確定

為了進一步確定泡排劑YUZ 與FC 的最佳配比，在含30 %凝析油的自來水中，對其進行了一系列配比梯度實驗。實驗結果（見表2）。實驗泡排劑溶液濃度為0.5 %，實驗溫度30 ℃。

表2 在含30 %凝析油的自來水中初選配方的不同配比的泡沫高度及攜液量

由表2 可知，隨著YUZ 在二者配比中量的增大，起泡高度及攜液量呈先增后減的趨勢，穩泡能力稍有下降。當配比為18:1 時，穩泡能力相對于配比為9:1時，稍有降低，但是泡沫高度和攜液量都優于其他配比，因此由表2 確定泡排劑代號為YUZ-1，其最佳配比為YUZ：FC=18：1。

2.3 泡排劑YUZ-1的各項性能評價

2.3.1 泡沫微觀結構 用礦化度為5×104mg/L 的配液用水分別配制質量分數為0.5 %的YUZ 和YUZ-1 泡排劑溶液，在8 000 r/min 的轉速下攪拌3 min，然后用電子顯微鏡放大100 倍觀察泡沫微觀結構，實驗結果（見圖1，圖2）。

由圖1 和圖2 可以看出，泡排劑YUZ-1 相對于泡排劑YUZ，產生的泡沫分布比較均勻，多呈現為規則的六邊形，液膜有一定的厚度和韌性，Plateau 邊界排液速度比較慢，因而YUZ-1 形成的泡沫比YUZ 形成的泡沫穩定[4]。

圖1 YUZ 的微觀結構

圖2 YUZ-1 的微觀結構

圖3 YUZ 的表面張力測試曲線

圖4 YUZ-1 的表面張力測試曲線

2.3.2 表面張力測定 由圖3 可知，當泡排劑YUZ 溶液濃度小于0.2 %時，表面張力隨著泡排劑溶液濃度的增加而降低，當濃度達到0.2 %時，表面張力降到最低32.2 mN/m，當濃度超過0.2 %時，表面張力基本保持不變。由圖4 可知，當泡排劑YUZ-1 溶液濃度小于0.12 %時，表面張力隨著泡排劑溶液濃度的增加而降低，當濃度達到0.12%時，表面張力降到最低21.7 mN/m，當泡排劑溶液濃度超過0.12 %時，表面張力基本保持不變。這說明泡排劑YUZ-1 在濃度大于0.12 %時，可有效降低地層水的表面張力，使水在天然氣流的攪動下容易分散、發泡，大液滴變成細小的液珠，生成大量低密度水泡沫，進而有利于氣水流態由舉升效果差的氣泡流或段塞流向易舉升的霧狀流或段塞流轉變，減少氣液的滑脫損失[5]。而泡排劑YUZ 要達到相同的效果其濃度要大于0.2 %。

2.3.3 耐鹽性能 實驗室以CaCl2和NaCl 的質量比為1:4 配制了不同礦化度的配液用水進行實驗，實驗結果（見表3），泡排劑溶液濃度為0.5 %，實驗溫度30 ℃。

由表3 可知，隨著礦化度的增大，泡沫高度和攜液量都呈下降趨勢，在礦化度為25×104mg/L 時，泡沫起泡高度還可以達到80 mm，5 min 后為35 mm，攜液量仍可達到166 mL。其攜液能力大于80 %，其中攜液能力=（泡沫攜帶出的液體體積/總泡排劑溶液的體積）×100 %。由表3 可以看出，泡排劑YUZ-1 無論是泡沫高度還是攜液量，明顯優于泡排劑YUZ，說明泡排劑YUZ 的耐鹽能力得到了改善。

表3 不同礦化度中樣品的起泡能力實驗結果對比

2.3.4 耐油性能 凝析油具有較強的消泡作用，易使泡沫性能變差，而在天然氣井的開采過程中，井底積液常含有一定量的凝析油。因此，要求泡排劑具有一定的抗凝析油能力[6]。實驗考察了YUZ-1 在不同凝析油含量的礦化度為5×104mg/L 的配液用水中的起泡能力和攜液能力（見表4）。泡排劑溶液濃度為0.5 %，實驗溫度30 ℃。

表4 不同凝析油含量下樣品的起泡能力實驗結果對比

由表4 可知，在30 ℃時，泡排劑YUZ-1 在不含凝析油的配液用水中的泡沫高度及攜液量最好。隨著凝析油含量的增加，泡沫高度逐漸降低，當凝析油含量達20 %時，起泡高度仍然可以達到85 mm，5 min 后還剩下40 mm，攜液量也隨凝析油含量的增加而減少，當凝析油含量為20%時，攜液量仍能達到102 mL。由表4 可知，泡排劑YUZ-1 無論是泡沫高度還是攜液量均優于泡排劑YUZ，說明泡排劑YUZ 的抗油性能得到了優化。

2.3.5 耐溫性能 溫度較高時易使泡沫的穩定性變差，由于當溫度升高時，氣泡中分子運動加劇，氣體膨脹、液體蒸汽壓增加，從而導致液膜變薄；而且隨著溫度的升高，泡排劑表面黏度降低，使得泡沫易破裂。因此一般情況下隨著溫度的升高泡沫穩定性下降[7～8]。為了評價泡排劑的耐溫能力，用含油量為10 %、礦化度為5×104mg/L 的配液用水配制0.5 %的泡排劑溶液，測定了該泡排劑在不同溫度下的泡沫高度和攜液量，實驗結果（見圖5）。

圖5 YUZ-1 在不同溫度下的起泡能力和攜液量

由圖5 可知，隨著溫度的升高，起泡高度呈現上升趨勢，5 min 時的泡高呈現先上升后下降的趨勢，攜液量一直在降低。70 ℃時，5 min 時的泡高達到最高，為135 mm。當溫度升到90 ℃時，起始泡高達到最大，為180 mm，這是由于隨著溫度的上升，泡沫膨脹使體積變大，因而起始泡高呈現上升趨勢；但是5 min 時的泡高僅達到100 mm，這是因為隨著時間的延長，液膜水分被蒸發、液膜變薄變脆，最終破裂，導致泡沫穩定性下降；但是其攜液量仍能達到148 mL。

2.3.6 緩蝕能力 氣井的油管與地層水接觸后會使井底油管等金屬材料產生腐蝕。因此需要測定該泡排劑的緩蝕能力[9]。在50 ℃下，用N80 鋼片，采用1#井現場水樣配制0.5 %泡排劑溶液，采用掛片失重方法，考察泡排劑溶液的腐蝕性，實驗結果（見表5）。

試驗中，試驗掛片均較為光亮，無明顯的腐蝕斑點或者是腐蝕溝痕，由表5 可知，兩種泡排劑的腐蝕速率均小于空白時的腐蝕速率，而且泡排劑YUZ-1 的腐蝕速率小于泡排劑YUZ 的腐蝕速率，說明泡排劑的加入不會加重或者加速管材的腐蝕，而且對井底油管具有一定的保護作用[10]。

3 結論

（1）通過考察泡排劑YUZ 與單一表面活性劑的配比為9：1 時的泡沫高度及攜液量，確定泡排劑YUZ 與FC 的復配最優；再對其做一系列配比梯度，最終確定泡排劑YUZ-1 的最佳配比為YUZ：FC=18：1。

表5 泡排劑YB 的腐蝕性及其對比試驗

（2）通過對兩種泡排劑的耐鹽抗油能力的研究與分析，充分說明泡排劑YUZ 的耐鹽抗油能力得到了優化。

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