蘇里格氣田S75井區抗鹽抗油耐溫型泡排劑研制

劉廣峰，高 燕，張俊璟，陳姍姍，李雪嬌

(1.石油工程教育部重點實驗室 中國石油大學，北京 102249;2.康菲石油公司，德克薩斯州 休斯頓 77079;3.中油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 605007)

引 言

泡沫排水采氣是蘇里格氣田有效的采氣技術［1－8］。目前，泡排劑在單一抗鹽、抗油及抗溫等方面性能有一定提高，但對于產出水礦化度與凝析油含量均較高的高溫深井而言，上述泡排劑均無法滿足工況要求。蘇里格氣田S75井區產出水水型為CaCl2型，平均總礦化度為21923.87 mg/L，陰離子中Cl－含量占絕對優勢。地層水的鈉氯系數大部分小于0.5，為CaCl2－Ⅴ型，脫硫系數為0.08～14.60，脫硫作用比較徹底。S75井區平均井深為3525 m，井溫、凝析油含量較高。針對S75井區高礦化度、高溫、高凝析油含量的特點有必要研究新型的泡排劑。

1 泡排劑研制及評價

1.1 泡排劑初選

根據單種起泡劑與穩泡劑篩選實驗，優選出性能較好的起泡劑和穩泡劑，同時增加常規聚合物型增黏劑作為助劑。通過反復實驗，評價復配體系的泡沫性能，找出優勢復配比，最后獲得5種配方(表1)。

表1 泡排劑主劑、助劑及穩泡劑復配比

1.2 抗鹽性能評價

地層水的礦化度對泡沫具有較強的消泡作用［9－10］。圖1為模擬地層水礦化度(鈣離子濃度為10000 mg/L)對泡排劑起泡及穩泡性能的影響。可以看出，地層水礦化度增加，使 FDA1、FDA2、FDA3、FDA4四種泡排劑起泡、穩泡性能略有降低，對FDA5性能影響較大，當礦化度大于10×104mg/L時，起泡高度和穩泡高度大幅降低。

圖2為鈣離子含量對泡排劑起泡及穩泡性能的影響。可以看出，礦化度一定時(16×104mg/L)，FDA1、FDA2、FDA3、FDA4 泡排劑起泡性能及穩泡性能均隨地層水中鈣離子含量增加而略有降低。相對而言，對FDA5的起泡性能影響相對較大，當鈣離子含量達8000 mg/L以上時，泡排劑FDA5的起泡性能及穩泡性能大幅降低。

圖1 起泡高度隨礦化度變化曲線

圖2 起泡高度隨鈣離子濃度變化曲線

1.3 抗油性能評價

在天然氣開采過程中，井底積液中經常含有一定量的凝析油，凝析油具有較強的消泡作用，易使泡沫性能變差［11］。實驗采用模擬地層水樣，鈣離子含量為10000 mg/L，總礦化度為16×104mg/L，采用93號汽油進行模擬，實驗溫度為90℃。采用羅氏泡沫儀測試不同含油量條件下泡排劑起泡性能(表2)。

由表2可知，FDA1泡排劑抗油性能最佳，油含量為30%時，起泡高度仍達到140 mm，且隨時間延長，泡沫會上升至羅氏泡沫儀上端口。FDA4泡排劑抗油性次之，FDA2與FDA3泡排劑抗油性能相對較差，雖然初始起泡高度較大，但穩泡效果較差。FDA5即使在油含量較低的情況下也無法形成有效泡沫。

表2 泡排劑抗油性能

1.4 抗溫性能評價

將配置好的起泡劑放入老化罐內高溫24 h，老化溫度為150℃，然后采用羅氏泡沫儀對老化后起泡劑的起泡性能進行評價，實驗溫度為90℃(表3)。由表3可知，上述5種泡排劑都具有良好的抗溫性能，在150℃高溫老化24 h后起泡性能基本沒有明顯變化。

表3 泡排劑抗老化性能

1.5 攜液性能評價

對 FDA1、FDA2、FDA3、FDA4 抗鹽、抗油、耐溫性能較好的泡排劑進行攜液性能評價(表4)。地層水礦化度為16×104mg/L，實驗溫度為20℃。在無油條件下，泡排劑加量為0.25%，在凝析油條件下，泡排劑加量為0.30%。由表4可知:在蒸餾水條件下，4種泡排劑具有較強的攜液能力;在高礦化度、高鈣條件下，攜液能力雖然有所下降，但下降幅度較小，仍具有較強的攜液能力;隨汽油含量增加，泡排劑攜液能力相繼下降，當汽油含量達到20%以上時，FDA2、FDA32種泡排劑完全失去排液能力，FDA1與FDA4抗油性能較強，含汽油達到40%時，仍具有較強的攜液能力。

表4 泡排劑攜液能力

綜合上述實驗，5種泡排劑中FDA1在高礦化度、高溫、高凝析油含量條件下的起泡性能及攜液性能最好。

2 以全井為控制條件的積液判斷

氣井要達到連續排液的條件是氣流上升速度不小于臨界攜液流速［12］。Turner模型的控制條件取在井口，也有學者認為以井底為控制條件［13］。因此，本文以全井為控制條件，將全井的實際流速與臨界攜液流速進行比較。

以S75－66－34x井為例，最小臨界攜液流量采用李閩的橢球形模型公式［14］。

氣井攜液的最小流速為:

式中:vg為臨界攜液流速，m/s;σ為氣液表面張力，mN/m;ρ1為地層液密度，kg/m3;ρg為天然氣密度，kg/m3。

天然氣密度ρg=3484.4，相對密度 γg為 0.56，σ =60 ×10－5N/m，代入式(1):

式中:p為氣體壓力，MPa;Z為偏差因子;T為氣體溫度，K。

由于氣水比大于2000 m3/m3，屬于高氣水比氣井。井口到井底壓力分布采用Cullender－Smith修正方法進行計算，將井的相關參數帶入式(2)，計算結果見圖3。從井底到井深為1000 m處實際流速均小于臨界攜液流速，表明S75－66－34x氣井已經發生積液。利用同樣的方法計算S75井區其他井的積液情況，其中15口井已經積液。

圖3 S75－66－34x井積液情況判斷

3 泡排劑現場試驗及效果分析

2014年對15口氣井進行FDA1泡排劑泡沫排水采氣現場試驗，累計增產氣量92.86×104m3，油套壓差平均降低0.87 MPa，平均日產氣增幅為35.2%。

以S75－77－24井為例，其生產層位為盒8、山1和山2段，常規配產為1.2×104m3/d。2014年6月8日至9月20日，由套管加注泡排劑，濃度為0.5%，加注量為15 L/d，加注周期為2 d，油壓為3.93 MPa，套壓為7.88 MPa。泡排前日產氣量平均為 0.38×104m3/d，油套壓差平均為 4.44 MPa，泡排后日產氣量為0.58×104m3/d，增加了52.6%，油套壓差為3.54 MPa，下降了20.3%。

4 結論

(1)經過對起泡劑、穩泡劑及助劑的初選，得到5種配方。從抗鹽、抗油、抗溫及攜液性能方面進行評價，以FDA1泡排劑效果最好，在礦化度為16×104mg/L、凝析油含量為50%、150℃下有較好起泡和穩泡性能，在礦化度為16×104mg/L、凝析油含量為40%時有較好的攜液能力。

(2)為精確計算氣井積液情況，應以全井為控制條件，計算井筒各處的臨界攜液流速并與實際流速對比來進行判斷。

(3)對S75井區15口井進行FDA1泡排劑現場試驗，累計增產氣量為92.86×104m3，平均日產氣增幅為35.2%，效果顯著。

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