海上M氣井泡沫排液體系篩選及性能評價

胡 雪，鄭繼龍，趙 軍，陳 平，吳彬彬，劉浩洋

1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452；2.海洋石油高效開發國家重點實驗室，天津300452

海上K 氣田主力產氣層位分為兩套生產氣層：主力氣組Y1Ⅰ砂體分布穩定，有效厚度4.4 ～11.2 m；非主力氣組Y1Ⅱ砂體非均質性較強，有效厚度1.6～10.4 m，儲層孔隙度為21%～25%，平均滲透率為100 mD。該氣田北側下層系先后共7 口井投產，其中4 口井相繼遭水淹停噴，無水采氣期1年，無水采出程度僅為7%；2 口井在生產，日產氣28萬方，采氣速度1.3%，累計產氣43.0億方，采出程度53.6%。南側4 口水淹停噴井均為Y1Ⅰ氣組單采井，北側A1井見水出砂關停；2 口在生產井均為Y1Ⅰ+Y1Ⅱ氣組合采井，目前均帶水生產，F 生產測井確認Y1Ⅱ產水，M井懷疑Y1Ⅱ產水。

K氣田F、M井帶水生產，F產水來自Y1Ⅱ，生產位置高，含水較低，M 產水來自Y1Ⅱ可能性較大，井口壓力4.2～4.3 MPa，各井不同程度存在遞減，需維持穩定生產。K 氣田目前產氣1.320×105m3/d，產水80.5 m3/d，初步判斷井底積液可能在水平段，在頂部封隔器總成與井眼之間可能存在積液，約為716 m。

綜上所述，M 氣井積液停噴風險較大，鄰井干擾嚴重，現場需要向井內注入能遇水產生大量泡沫的泡排劑，基于井筒氣流的攪動作用，井筒積液與泡排劑將在井筒中生成大量低密度泡沫，從而改變井筒流體流態，實現井筒積液的舉升。

1 泡沫排液采氣原理

泡沫排液采氣技術主要是向氣井中注入一定質量濃度的泡排劑，泡排劑進入井筒后與井筒內的積液充分混合，在井筒中受到產出氣的攪動作用，從而形成低密度含水泡沫，含水泡沫能有效減少井底回壓，同時能防止井筒積液“滑脫”，從而提高氣井排液能力，增加氣井產能。泡沫排液采氣技術主要是借助于地層能量將井內積液從井筒內舉升排出，此項技術具有成本低、投資小、工藝簡單等優勢。

該項技術適用范圍較廣，當氣井的日產液量≤100 m3/d、井深≤3 500 m、井底溫度≤120 ℃時，均可采用該項技術將井筒內積液排出。

2 實驗部分

2.1 實驗條件

地層溫度：84.3 ℃。

實驗用水：海上K 氣田M 氣井地層水，礦化度19 546.3 mg/L，屬于碳酸氫鈉水型，地層水水質分析情況如表1所示。

表1 K氣田M氣井地層水水質分析

2.2 實驗藥劑及儀器

NaCl（分析純），天津市津東天正精細化學試劑廠；泡排劑F20201（工業級），東營市百揚石油科技有限公司；泡排劑F20202（工業級），陜西森瑞石油技術開發有限公司；泡排劑F20203（工業級），青島利德油田服務有限公司；泡排劑F20204（工業級），陜西馭騰實業有限公司；泡排劑F20205（工業級），濟南旭創化工科技有限公司。

BSA423S 型電子天平，賽多利斯公司；LB20ES 型吳茵剪切機，北京探礦工程研究所；TRACKER H&Foamscan HT 型泡沫掃描儀，法國泰克利斯公司。

泡排采氣動態性能模擬實驗裝置，實驗室自制，主要由發泡劑體系注入部分、氮氣注入部分、井筒模型部分、恒溫加熱部分、油藏模擬部分和輔助配套部分組成。該裝置結構示意圖如圖1所示。

圖1 自制泡排采氣動態性能模擬實驗裝置結構示意

2.3 實驗方法

2.3.1 與地層水的配伍性方法

使用K 氣田M 氣井的產出水配制5%的泡排劑溶液，放置于烘箱中，并設置溫度為地層條件下84.3 ℃，10 h后觀察溶液的狀態。

2.3.2 起泡性能評價方法

1）攪拌法：用K 氣田M 氣井的地層水配制0.5%的5 種泡排劑溶液各200 mL，使用吳茵剪切機在5 000 r/min 速度下剪切90 s 后，迅速倒入1 000 mL 量筒中，觀察起泡體積和泡排劑析出100 mL 時的體積（以量筒的讀數計），并計算泡沫綜合值。

2）泡沫掃描儀法：用K 氣田M 氣井的地層水配制0.5%的5 種泡排劑溶液各100 mL，設置泡沫掃描儀相關參數，使用泡沫掃描儀測定起泡高度變化趨勢及攜液量變化趨勢。

2.3.3 泡排劑最佳濃度篩選

分別配制質量分數為0.l%、0.3%、0.5%、0.7%的泡排劑目標液，在84.3 ℃條件下使用泡沫掃描儀對不同濃度的泡排劑的起泡性能進行評價。

2.3.4 泡排劑耐鹽性能評價

用不同礦化度的NaCl 溶液配制質量分數為0.5%的泡排劑溶液，使用泡沫掃描儀在84.3 ℃溫度下對不同濃度泡排劑的起泡性能進行評價。

2.3.5 泡排劑攜液能力評價

自主研發的泡排劑動態性能評價方法是：以5 L/min 的流速向泡排采氣動態性能模擬實驗裝置的底部砂管中注入空氣，模擬注氣端；底部砂管另一端分別注入不同體積的K 氣田M 氣井地層水，模擬水體侵入。使用點滴法向可視化帶刻度的油管中滴加0.5%的泡排劑溶液，記錄每次井筒剩余液量，計算排液效率。排液效率是泡沫排液后對井筒積液的攜帶能力，即攜液能力，其計算見式（1）～（2）。

3 泡排劑優選及性能評價

3.1 與地層水的配伍性評價結果

泡排劑中的一些基團可能與Ca2+、Mg2+發生反應產生沉淀，最終影響排液效果，因此首先考察泡排劑與地層水的配伍性。在84.3 ℃的烘箱中放置10 h后，溶液均未產生沉淀以及絮狀物，結果如圖2所示。由圖2可知：該體系與地層水的配伍性良好。

圖2 泡排劑與地層水的配伍性

3.2 泡排劑篩選及發泡能力評價結果

在水平井的泡沫排水采氣中，由于受到井筒工藝的影響，可能會增加泡沫排液采氣施工難度，影響泡排效果。研究表明，使用發泡力和穩泡性好的起泡劑能提高水平井斜井段的攜液效果［1］。在吳茵剪切機中對5 種泡排劑采用攪拌法考察起泡性能［2］，對泡排劑進行初篩選，實驗結果見表2。

表2 泡排劑起泡性能指標（攪拌法）

由表2可以看出：泡排劑F20205 在發泡能力、穩泡性及攜液量等方面均優于其他4 種起泡劑。這主要是由于該泡排劑為陰-非離子表面活性劑復配而成，因此其穩泡性以及發泡性能較好。基于上述分析，優選F20205泡排劑開展下一步的研究。

3.3 泡排劑最佳濃度篩選結果

采用K 氣田M 氣井地層水樣，在84.3 ℃條件下使用泡沫掃描儀對不同濃度的F20205 泡排劑的相關性能進行評價［3］，結果見圖3～4和表3。

圖3 泡排劑F20205在不同質量分數下的積液體積差變化趨勢

圖4 泡排劑F20205在不同質量分數下的泡沫攜液量變化趨勢

表3 不同質量分數下泡排劑F20205泡沫性能指標

由圖3～4 可以看出：在84.3 ℃條件下，不同質量分數的泡排劑F20205的發泡高度、穩泡能力及攜液量變化規律基本一致，質量分數越大，各性能指標值越大。開始鼓氣后，泡排劑迅速發泡，積液體積差和攜液量急劇升高，同時達到峰值后，積液體積差略有回落，泡沫攜液量則先急后緩快速下降，在測試結束（10 min）時攜液量趨近于0。

由表3可知：泡排劑F20205 質量分數低于0.5%時，泡沫綜合值隨著質量分數提高而明顯增加；當質量分數高于0.5%時，泡沫綜合值略有增加。考慮到現場施工成本因素，室內推薦泡排劑F20205質量分數為0.5%。

3.4 耐鹽能力評價結果

通過前文所研究得到的最佳體系配方，對該體系的耐鹽性能進行評價［4-6］。在油藏溫度（84.3 ℃）配制不同礦化度起泡劑溶液200 mL，采用泡沫掃描儀法［7-10］進行泡排劑排液能力及泡沫綜合值評價研究，結果見圖5。

圖5 最佳體系配方在不同礦化度下的泡沫性能

由圖5可以看出：礦化度對泡排劑樣品的起泡能力和泡沫穩定性的影響較小。

3.5 泡排劑攜液能力評價結果

使用自制泡排采氣動態性能模擬實驗裝置模擬注氣和水體侵入，測定泡排劑加入后產生泡沫的穩定能力和攜液能力。參照2.3 節實驗方法中泡排劑攜液能力評價方法，對泡排劑的攜液能力進行評價，實驗結果見表4。

表4 泡排劑攜液能力評價數據

由表4可以看出：在相同的實驗條件下，排液效率隨井筒積液量的降低呈現先增加后緩慢降低的趨勢，且井筒剩余液量隨井筒積液量的變化不大。這主要是由于在井筒深度和注氣速度一定的條件下，泡沫排液效率受泡沫生成速度和泡沫質量的影響比較大。當井筒積液量較大時，注氣速度低，嚴重影響生泡速度；當井筒積液量較小時，氣液比變大，泡沫中氣體含量增大，所形成的泡沫不均一，從而嚴重影響泡沫質量。實驗所篩選的目標井的泡排劑體系在最佳使用質量分數為0.5%時，其對目標井的井筒積液排液效率超過75.0%。

4 結論

1）K 氣田M 氣井條件下篩選出泡排劑是F20205，質量分數為0.5%時，其具有較好的起泡和穩泡性能，且具有良好的耐鹽性能。

2）基于自主研發的泡排劑動態性能評價方法進行攜液效率評價實驗，質量分數為0.5%的泡排劑F20205攜液效率超過75%。