新型高效泡排劑LYB－1的研制及其性能評價

李謙定 盧永斌 李善建 李恒娟

西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

新型高效泡排劑LYB－1的研制及其性能評價

李謙定 盧永斌 李善建 李恒娟

西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

目前，我國多數(shù)氣田已進(jìn)入開采中后期，多數(shù)氣井已出現(xiàn)井底積液的情況，普通泡沫排水劑難以滿足現(xiàn)階段天然氣開采的需求。為此，通過正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化得到泡排劑的最佳配比，研制出了一種新型高效氣井泡排劑——LYB－1。室內(nèi)試驗(yàn)主要采用羅氏—邁爾斯評價方法，借助現(xiàn)場取得的地層水和凝析油對該泡排劑的起泡能力、攜液能力、耐溫能力、抗油能力、抗甲醇能力、緩蝕能力以及與地層水的配伍性等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，該泡排劑與地層水具有良好的配伍性能和緩蝕性能，不僅具有優(yōu)良的耐溫能力、抗凝析油能力，而且具有較強(qiáng)的抗甲醇能力，是一種環(huán)保型的泡排劑。

泡排劑 甲醇 凝析油 緩蝕性能 配伍性 研制 評價 環(huán)境保護(hù)

我國氣田不少已進(jìn)入開采中后期，多數(shù)氣井都出現(xiàn)了井底積液現(xiàn)象，有些氣井積液后產(chǎn)量急劇下降，甚至被積液淹死［1］。為了提高氣田的采收率，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(jié)流排水采氣、優(yōu)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。其中泡沫排水法因投資小、見效快、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)已成為解決井底積液的有效措施之一。泡沫排水采氣技術(shù)是通過將泡排劑注入氣井中，井底液體與泡排劑接觸后，借助天然氣流的攪動，生成大量的含水泡沫，隨氣流從井底攜帶到地面，從而達(dá)到增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和延長其自噴期的目的［2］。泡沫排水采氣技術(shù)的關(guān)鍵在于泡排劑的性能，即在一定的甲醇含量、地層溫度、凝析油含量下，要求泡排劑具有盡可能高的起泡能力和攜液能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

羅氏—邁爾斯（Ross－Miles）泡沫儀、泡排劑UT－11B、泡排劑HY－3G、泡排劑HY－5G、工業(yè)甲醇、凝析油、氣田地層水（礦化度4.7×104mg／L，CaCl2型）等。

1.2 評價方法

實(shí)驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)SY／T 6465—2000《泡沫排水采氣用起泡劑評價方法》和GB／T 7462—1994《發(fā)泡力的測定》對泡排劑的起泡能力和攜液能力進(jìn)行評價。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 泡排劑研究

2.1.1 單一表面活性劑篩選

為了研究單一表面活性劑對地層水的起泡能力和攜液能力，用傾注法測定了室內(nèi)自制表面活性劑L－1和L－2以及市面銷售的表面活性劑十二烷基本磺酸鈉（ABS）、α－烯基磺酸鈉（AOS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES）、十二烷基磺酸鈉（SDS）、辛基酚聚氧乙烯10醚（0P－10）、甜菜堿和銨鹽的起泡能力和攜液能力，并記錄了0 s、30 s、3 min和5 min的泡沫高度及15 min的泡沫攜液量（表1）。實(shí)驗(yàn)泡排劑溶液濃度為0.5%，總液體量為200 m L，地層水礦化度為4.7×104mg／L，水型為CaCl2型，實(shí)驗(yàn)溫度為30℃。

由表1可知，樣品L－1、L－2、銨鹽和甜菜堿具有良好的起泡能力和攜液能力，其他樣品的起泡能力和攜液能力相對較差。樣品銨鹽泡沫穩(wěn)定性最好，明顯優(yōu)于其他樣品。

表1 單一表面活性劑在地層水中的起泡能力和攜液能力測定結(jié)果表

2.1.2 復(fù)合配方研究

為進(jìn)一步研究單一表面活性劑之間的復(fù)配效果，找出最佳的優(yōu)化配比，選擇單一表面活性劑起泡能力和攜液能力較好的L－1（A）、甜菜堿（B）、銨鹽（C）和L－2（D）進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，采用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，選取4因素3水平，正交表L9（34）對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行優(yōu)化研究，然后采用直觀分析法對測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得到LYB－1型泡排劑的最佳配比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。實(shí)驗(yàn)泡排劑溶液濃度為0.5%，總液體量為200 m L，地層水礦化度為4.7×104mg／L，水型為CaCl2型，試驗(yàn)溫度為30℃。

表2 L 9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析表

從表2可知，泡沫的攜液量都在150 m L以上，其攜液能力（攜液能力＝泡沫攜帶出的液體體積／總泡排劑溶液的體積×100%）［3］都在75%以上。因此，以起始泡高（0 s）為考察指標(biāo)進(jìn)行分析，樣品L－2（D）是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最主要因素，單一表面活性劑L－1（A）、甜菜堿（B）和銨鹽（C）次之，最佳因素水平組合為A3B3C1D3。由于該配比不在原設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案中，為驗(yàn)證該配比的真實(shí)性，以該配比進(jìn)行起泡能力和攜液能力的測定，結(jié)果測得該配比的起始泡高度為265 mm，攜液量為176.5 m L。與表2中的8號試驗(yàn)結(jié)果相比，可證明該配比是9次試驗(yàn)中最優(yōu)的。因此通過正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定泡排劑LYB－1的最佳質(zhì)量配比為L－1（A）∶甜菜堿（B）∶銨鹽（C）∶L－2（D）＝5∶3∶3∶8。

2.2 泡排劑LYB－1的各項(xiàng)性能評價

在采用泡沫排水采氣技術(shù)時，要求泡排劑具有一定的耐溫能力、緩蝕能力、抗凝析油能力、抗甲醇能力和與地層水配伍性良好等。因此，需要對所研制出來的LYB－1型泡排劑進(jìn)行各項(xiàng)性能評價。

2.2.1 耐溫能力

通常溫度升高，泡排劑溶液的黏度降低，泡沫易破裂，致使泡沫起泡能力和攜液能力變差。為了評價該泡排劑的耐溫能力，用地層水配制0.5%泡排劑溶液，測定了該泡排劑在不同溫度下的起泡能力和攜液能力（圖1）。

圖1 泡排劑LYB－1在不同溫度下的起泡能力圖

由圖1中曲線可知，隨溫度的升高，泡排劑LYB－1的起始泡高、3 min泡高和5 min泡高均逐漸降低，但30 s泡高首先增加，在70℃時達(dá)到最大值275 mm，然后逐漸降低。在90℃時，泡沫的起始泡高仍能達(dá)到113 mm，3 min后降低到62 mm。這是由于溫度較高時，液膜的水分蒸發(fā)加快，液膜之間的排斥力減弱，致使液膜強(qiáng)度降低，泡沫穩(wěn)定性下降［4］。從圖2中可以看出，隨溫度的升高，其攜液能力逐漸降低。在30℃時，泡沫的攜液量為176.5 m L，在90℃時，其攜液量降低到119.8 m L，這表明泡排劑LYB－1具有良好的耐溫能力。

圖2 泡排劑LYB－1在不同溫度、凝析油含量和甲醇含量下的攜液能力圖

2.2.2 抗凝析油能力

在天然氣開采過程中，井底積液經(jīng)常含有一定量的凝析油，但由于凝析油具有較強(qiáng)的消泡作用，易使泡沫性能變差［5］。因此，要求泡排劑具有一定的抗凝析油能力。如圖3所示，30℃時測定了該泡排劑溶液濃度為0.5%在含有不同濃度凝析油的地層水中的起泡能力和攜液能力。

圖3 泡排劑LYB－1在不同濃度凝析油含量下的起泡性能圖

從圖3可以看出，在30℃時，不含凝析油地層水的泡沫起泡性能最好，起始泡高最高為265 mm，5 min后降到215 mm。但隨著凝析油含量的增加，凝析油的消泡作用逐漸增強(qiáng)，泡沫高度均逐漸降低。當(dāng)凝析油含量達(dá)到上限20%時，泡沫的起始泡高仍能達(dá)到116 mm，3 min后降低到10 mm，但仍能滿足天然氣開采的要求。由圖2可以看出，隨著凝析油含量的增加，泡沫攜液量都逐漸減少，當(dāng)凝析含油量為20%時，泡沫攜液量仍能達(dá)到103.6 m L。以上數(shù)據(jù)表明泡排劑LYB－1具有良好的抗凝析油能力。

2.2.3 抗甲醇能力

向氣井中注入甲醇，既可以起到防凍的作用，又可以防止井內(nèi)管柱和集輸流程的水合物堵塞，從而在一定程度上影響了液體泡排劑在氣井使用的成功率。因此，要求泡排劑具有一定的抗甲醇能力。如圖4所示，30℃時測定了該泡排劑溶液濃度為0.5%在含有不同濃度甲醇的地層水中的起泡能力和攜液能力。

圖4 泡排劑LYB－1在不同濃度甲醇含量下的起泡性能圖

從圖4可知，泡排劑溶液不含甲醇時，泡沫高度最高且穩(wěn)定。但隨著甲醇含量的增加，泡沫高度都出現(xiàn)了先降低后增加再降低的趨勢。甲醇含量從10%增加到30%時，泡沫高度都呈上升趨勢。當(dāng)甲醇含量為30%時，起始泡高最高達(dá)到235 mm，5 min泡高降到25 mm。這是由于甲醇含量達(dá)到一定值時，可以降低表面活性劑溶液的表面張力，從而增加了泡沫的起泡能力和攜液能力［6］。甲醇含量為40%時，起始泡高仍能達(dá)到110 mm，說明該泡排劑具有較強(qiáng)的起泡能力。當(dāng)甲醇含量超過上限40%時，泡沫高度都隨之降低。這是由甲醇的分子結(jié)構(gòu)所決定，甲醇分子間受力不平衡，在液膜表面上排列疏松，形成的新液膜極不穩(wěn)定，在極短的時間內(nèi)就發(fā)生破裂［7］。從圖2中可以看出，甲醇含量從10%增加到30%時，泡沫的攜液量從156.8 m L增加到最大值165.2 m L。當(dāng)甲醇含量達(dá)到上限40%時，泡沫的攜液量為152.2 m L，其攜液能力仍能在75%以上，這充分說明泡排劑LYB－1抗甲醇能力極佳。

2.2.4 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(chǎn)生腐蝕。因此需要測定該泡排劑的緩蝕能力。在90℃下，用N80油管鋼制成長約3 cm、寬1.5 cm、厚0.35 cm的鋼片，放入地層水和0.5%泡排劑溶液中浸泡72 h，采用掛片失重方法，測定0.5%泡排劑溶液和地層水對N80鋼片的緩蝕能力。試驗(yàn)結(jié)果表明，地層水對N80鋼片的腐蝕速率為0.288 4 mm／a，0.5%的泡排劑溶液對N80鋼片腐蝕速率降低到0.058 8 mm／a，緩蝕率為79.6%，這表明泡排劑LYB－1具有優(yōu)良的緩蝕能力，因而對井底油管具有一定的保護(hù)作用。

2.2.5 泡排劑與地層水的配伍性試驗(yàn)

考慮到泡排劑能否和氣井地層水發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生沉淀，造成地層堵塞，影響排水效果。因此，要求泡排劑與氣井地層水具有良好的配伍性能。用地層水分別配制0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%的泡排劑溶液，室溫下靜止48 h后，結(jié)果顯示泡排劑溶液均一透明，無沉淀產(chǎn)生和分層現(xiàn)象。從而說明該泡排劑與氣井地層水配伍性良好。

2.3 抗甲醇能力對比

為了充分說明泡排劑LYB－1具有較強(qiáng)的抗甲醇能力，30℃時將該泡排劑與現(xiàn)場應(yīng)用較多的泡排劑UT－11B、HY－5G和HY－3G進(jìn)行了對比，試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3數(shù)據(jù)表明，泡排劑LYB－1具有較強(qiáng)的抗甲醇能力，明顯優(yōu)于其他3種泡排劑。

表3 不同型號泡排劑抗甲醇能力對比表

3 結(jié)論

1）通過對9種單一表面活性劑起泡能力和攜液能力的研究，篩選出4種起泡能力和攜液能力較好的單一表面活性劑L－1、L－2、銨鹽和甜菜堿，通過正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法確定泡排劑LYB－1的最佳質(zhì)量配比為L－1∶銨鹽∶甜菜堿∶L－2＝5∶3∶3∶8。

2）該泡排劑不但具有優(yōu)良的緩蝕能力，而且與地層水配伍性良好。

3）通過對該泡排劑的耐溫能力、抗凝析油能力及抗甲醇能力的研究與分析，充分說明了所研究出來的泡排劑具有良好的耐溫能力、抗凝析油能力和較強(qiáng)的抗甲醇能力。

4）該泡排劑與現(xiàn)場應(yīng)用較多的UT－11B、HY－5G和HY－3G泡排劑進(jìn)行了抗甲醇能力對比，結(jié)果表明該泡排劑具有較強(qiáng)的抗甲醇能力，明顯優(yōu)于其他3種泡排劑。

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Development and performance evaluation of a new efficient foam discharging agent LYB－1

Li Qianding，Lu Yongbin，Li Shanjian，Li Hengjuan
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Xi＇an Shiyou University，Xi＇an，Shaanxi 710065，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 6，pp.49－52，6／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Liquid loading appears in most gas wells as many mature gas fields in China have entered the medium or post stage.As a result，regular foam drainage agent can not satisfy the requirement for natural gas exploitation.For this reason，the prime ratio is optimized by the orthogonal experimental design and a novel high－efficiency foam drainage agent LYB－1 is developed.The Ross－Miles evaluation method is used in laboratory tests.With the aid of formation water and condensate oil from the worksite，a systematic study and analysis is carried out on the capacities of foamability，unloading，temperature tolerance，oil resistance，methanol resistance，corrosion inhibition of the foam drainage agent and its compatibility with formation water.The test results show that this novel foam drainage agent has a good compatibility with formation water and a good corrosion inhibition.In addition，it is also proved to be environmentally friendly with a good temperature tolerance and a strong resistance of condensate oil ＆methanol.

foam drainage agent，methanol，condensate oil，corrosion inhibition，compatibility，preparation，evaluation，environmental protection

李謙定，1959年生，教授；長期從事基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)和應(yīng)用化學(xué)研究工作。地址：（710065）陜西省西安市電子二路東段18號。電話：（029）88382321。E－mail：qdli＠xsyu.edu.cn

李謙定等.新型高效泡排劑LYB－1的研制及其性能評價.天然氣工業(yè)，2011，31（6）：49－52.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.009

（修改回稿日期 2011－03－30 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.009

Li Qianding，professor，born in 1959，is mainly engaged in teaching of basic chemistry and research of applied chemistry.

Add：No.18，Dianzi＇er Rd.，Xi＇an，Shaanxi 710065，P.R.China

Tel：＋86－29－8838 2321 E－mail：qdli＠xsyu.edu.cn