抗高溫耐鹽型起泡劑的研制

趙亞睿，梁全權(quán)，黃 敏

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067；3.中國(guó)石油川慶鉆探集團(tuán)長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安 710000）

在天然氣開發(fā)過(guò)程中，當(dāng)氣井產(chǎn)水時(shí)，氣藏能量將會(huì)降低，逐漸變成間歇井，甚至因井底嚴(yán)重積液而停產(chǎn)。排水采氣的方法很多，泡沫排水采氣就是其中之一[1-5]。本實(shí)驗(yàn)研制出一種新型、高效，適用于井底溫度高、凝析水礦化度高的天然氣井的起泡劑，以滿足天然氣開采的需要。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：CKD，工業(yè)級(jí)，上海建鴻實(shí)業(yè)有限公司；SDS，工業(yè)級(jí)，廣州穗欣化工有限公司；OP-25，工業(yè)級(jí)，鄭州榮騰化工產(chǎn)品有限公司；OA，工業(yè)級(jí)，廣漢市榮欣精細(xì)化工有限公司；F117，工業(yè)級(jí)，廣州市氟緣硅科技有限公司。實(shí)驗(yàn)儀器：羅氏泡沫儀，上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；HH-601 超級(jí)恒溫水浴，上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；電子天平（0.001 g），上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；秒表。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)依據(jù)表面活性劑發(fā)泡力測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)大量調(diào)研篩選出4 種常見效果較好的起泡劑，分別是OA、ABC、SDS、OP-25，對(duì)它們進(jìn)行了起泡性能評(píng)價(jià)。應(yīng)用模擬地層水配制起泡劑溶液300 mL，各個(gè)起泡劑濃度范圍0.1 %～0.5 %。采用Ross-Miles 泡沫儀進(jìn)行測(cè)定，記錄30 s、3 min、5 min 后泡沫的高度，比較各個(gè)起泡劑的起泡能力。

2 起泡劑的研制及性能評(píng)價(jià)

2.1 起泡劑優(yōu)選

實(shí)驗(yàn)條件：溫度75±0.5 ℃；模擬地層水礦化度100 000 mg/L；Ca2+含量為10 000 mg/L。不同起泡劑的起泡高度（見表1）。

由表1 可知，各起泡劑在模擬地層水中的發(fā)泡效果及泡沫穩(wěn)定性差異較大。隨著濃度的增加，起泡能力增強(qiáng)，但不是濃度越高起泡性能越好。通過(guò)對(duì)比，在同一濃度下，0.4 %起泡劑CKD 起泡性能優(yōu)于起泡劑OA、SDS、OP-25。但單一的表面活性劑溶液形成泡沫穩(wěn)定性能較差，因此需要加入合適的穩(wěn)泡劑，來(lái)增強(qiáng)泡沫體系的穩(wěn)定性。

2.2 穩(wěn)泡劑優(yōu)選

通過(guò)對(duì)起泡劑的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，選擇了CKD 作為起泡體系的起泡劑。考慮到單一的表面活性劑溶液形成泡沫穩(wěn)定性較差，因此選出四種穩(wěn)泡劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。選取的實(shí)驗(yàn)試劑分別為F522、F501、F558、F117。起泡劑與穩(wěn)泡劑的比例為5:1，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)穩(wěn)泡效果，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表2）。

表1 不同起泡劑不同濃度下起泡能力

表2 CKD 與不同穩(wěn)泡劑復(fù)配時(shí)的起泡能力

由表2 可知，30 s 和3 min 起泡和穩(wěn)泡效果大致相同。但5 min 時(shí)F117 的穩(wěn)泡性能效果最好，可達(dá)到175 mm。因此，選擇F117 作為體系的穩(wěn)泡劑，確定該起泡劑體系配比為5：1，取代號(hào)為SCF。

2.3 配比試驗(yàn)

在同一濃度下，當(dāng)起泡劑與穩(wěn)泡劑的組分比例不同時(shí)，泡排效果將會(huì)有所差別。為了達(dá)到最佳的泡排效果，需要對(duì)起泡劑與穩(wěn)泡劑的組分比例進(jìn)行篩選對(duì)比，選出最佳比例。

由圖1 可以看出，當(dāng)起泡劑的濃度一定時(shí)，隨著穩(wěn)泡劑含量的增加，泡沫體系穩(wěn)泡效果增強(qiáng)。當(dāng)CKD 與FC117 的比例高于5：1 后，穩(wěn)泡劑含量增加時(shí)，穩(wěn)泡效果增加不明顯。因此確定起泡劑體系SCF（CKD：F117=5：1）。

圖1 不同配比下的穩(wěn)泡能力

3 起泡劑體系的性能評(píng)價(jià)

3.1 與地層水配伍性

起泡劑在使用時(shí)應(yīng)該和地層水具有很好的配伍性，將SCF 起泡劑體系按使用濃度加入到總礦化度100 000 mg/L，鈣離子濃度為10 000 mg/L 的模擬地層水中，放置24 h 并觀察現(xiàn)象。放置過(guò)程中溶液澄清無(wú)任何沉淀和絮狀物生成，觀察結(jié)果表明該起泡劑與地層水具有良好的配伍性。

3.2 耐溫性

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用Ross-Miles 泡沫儀對(duì)所研制的起泡劑配方體系SCF 的起泡及穩(wěn)泡性能進(jìn)行分析，將濃度為0.4 %的SCF 起泡劑體系加入到總礦化度為100 000 mg/L，Ca2+含量為10 000 mg/L 的模擬地層水中，在不同溫度下測(cè)量該起泡劑體系的起泡性及穩(wěn)泡性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2）。

從圖2 中可以看出，隨著溫度的升高，L30 s、L3 min、L5 min 泡沫高度整體呈上升趨勢(shì)，主要因?yàn)殡S著溫度不斷地增加，導(dǎo)致泡沫中氣相不斷地膨脹，因此泡沫高度隨著溫度增加而升高。隨著溫度不斷地增加，L30 s與L5 min 間高度差值逐漸增大，主要因?yàn)殡S著溫度不斷地增加，溶液粘度降低，氣體膨脹導(dǎo)致泡沫破裂。當(dāng)溫度升到90 ℃，穩(wěn)泡高度（L5 min）仍然能夠達(dá)到185 mm，說(shuō)明此起泡劑體系具有良好耐溫能力，能夠滿足要求。

3.3 抗鹽性

分別配置總礦化度為50 000 mg/L、100 000 mg/L、150 000 mg/L、200 000 mg/L 的模擬地層水，測(cè)定其在不同模擬地層水中起泡能力與穩(wěn)泡能力變化情況，結(jié)果（見圖3）。

由圖3 可知，隨著模擬地層水礦化度不斷增加，該起泡劑體系的發(fā)泡及穩(wěn)泡高度也隨之降低。模擬地層水含鹽量在0 mg/L～200 000 mg/L，L30 s 的起泡高度由245 mm 下降到195 mm；L5 min 泡沫穩(wěn)泡高度值降低幅度較小，從195 mm 減少為165 mm。由上述實(shí)驗(yàn)可以看出，該起泡劑體系有較強(qiáng)的抗鹽能力。

圖2 起泡劑SCF 在不同溫度下的起泡能力

圖3 起泡劑SCF 在不同礦化度下起泡能力

3.4 現(xiàn)場(chǎng)地層水起泡實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

用新疆某油田地層水（含凝析油量10 %，總礦化度103 500 mg/L 左右，含有少量雜質(zhì)）來(lái)評(píng)價(jià)起泡劑體系的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表3）。

表3 起泡劑SCF 在現(xiàn)場(chǎng)地層水中的起泡能力

實(shí)驗(yàn)中起泡劑SCF 與現(xiàn)場(chǎng)地層水混合無(wú)任何沉淀和絮狀物生成，具有良好的配伍性。在0.4%的濃度下3 min 時(shí)可以達(dá)到160 mm，5 min 時(shí)仍能達(dá)到120 mm，可以滿足天然氣開采要求。因此該起泡劑體系可以在該區(qū)塊推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出，起泡劑CKD 的起泡能力較好，F(xiàn)117 的穩(wěn)泡能力較好。且起泡劑與穩(wěn)泡劑的最佳配比是5:1。

（2）0.4 %的起泡劑體系SCF 在90 ℃條件下5 min的泡沫高度仍能達(dá)到175 mm。抗鹽能力能達(dá)到100 000 mg/L，其中Ca2+含量為10 000 mg/L。總體而言該起泡體系具有較好的耐溫抗鹽性能。

（3）通過(guò)采用現(xiàn)場(chǎng)地層水的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，可以看出0.4 %～0.5 %的SCF 起泡劑體系起泡及穩(wěn)泡效果良好，可以作為新疆某油田泡排用起泡劑，具有一定的實(shí)用性。

［1］ 翟慶紅.大慶徐深氣田高溫泡排劑優(yōu)選研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2012.

［2］ 廖久明，楊敏.抗溫耐鹽耐油泡排劑的室內(nèi)研究［J］.石油與天然氣化工，2006，35（1）：60－62.

［3］ 春蘭，魏文興.國(guó)內(nèi)外排水采氣工藝現(xiàn)狀［J］.吐哈油氣，2004，（9）：255－261.

［4］ 強(qiáng)永和. 高溫泡排劑的研制與應(yīng)用［J］. 石油鉆采工藝，2003，（6）：55－57.

［5］ 郭平，徐榮，等.一種適用于高溫高礦化度井化排采氣的起泡劑［J］.鉆采工藝，1999，（5）：72－74.