泡沫排水采氣用排水劑室內(nèi)篩選及性能評(píng)價(jià)

楊安國，鄭繼龍，李　娟

(1. 中國石化河南油田石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 450000;2. 中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司三次采油分公司，天津 300452)

隨著氣井開采程度的加深,地層壓力不斷衰減，井筒出現(xiàn)大量積液，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。研究發(fā)現(xiàn)泡沫排水采氣技術(shù)消除積液效果較明顯。

泡沫排水采氣工藝原理[1-2]：從油套環(huán)空處將起泡劑注入，采用表面活性劑作為起泡劑，起泡劑與井筒中積液在天然氣的攪拌下，產(chǎn)生大量泡沫，生成的泡沫在井筒中被連續(xù)舉升,泡沫柱底部的液體不斷補(bǔ)充, 直至將井底積水排凈[3]。此外,起泡劑能將井筒中泥沙和淤渣等排出,達(dá)到清洗井筒,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的[4]。

泡沫排水采氣成功的關(guān)鍵在于起泡劑的起泡性、穩(wěn)泡性和攜液能力等。本研究利用羅氏泡沫儀對(duì)泡沫排水采氣用排水劑進(jìn)行室內(nèi)篩選及性能評(píng)價(jià)，主要對(duì)起泡劑的起泡性、穩(wěn)泡性、攜液能力、配伍性、表面活性和腐蝕性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　原料

實(shí)驗(yàn)用水:室內(nèi)配制氣井地層水，總礦化度為10 000 mg/L,CaCl2水型，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾；表面活性劑：氟碳表面活性劑TF3721(PSJ-1)、UT-6(PSJ-2)，全氟表面活性劑Zonyl(PSJ-3)，陰離子表面活性劑FRS(PSJ-4)，陽離子表面活性劑AF4018-SJ(PSJ-8)，非離子表面活性劑AF4018-Y(PSJ-13)，均為液體，天津市雄冠科技發(fā)展有限公司提供；消泡劑：正丁醇( XP-Ⅰ)、磷酸三丁酯(XP-Ⅱ)、硅醚混合型( XP-Ⅲ)，均為液體，自制。

1.2　儀器

羅氏泡沫儀,東莞市鑫磊儀器廠；電子天平,精度0.001 g；恒溫水箱，揚(yáng)州華寶石油儀器有限公司；表面張力儀，山東同業(yè)分析儀器廠。

2　起泡劑的室內(nèi)篩選

2.1　起泡劑與地層水的配伍性

泡沫排水采氣施工過程中，若注入的起泡劑與地層水不配伍，會(huì)影響泡沫排液采氣的效果，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害。因此,研究起泡劑與地層水的配伍性是泡沫排液采氣的前提。表面活性劑加量(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，下同)為0.3%,考察不同類型起泡劑與地層水間的配伍性，結(jié)果見表1。

表1　起泡劑與地層水配伍性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表1看出，起泡劑PSJ-2和PSJ-13與地層水的配伍性差，均產(chǎn)生沉淀;其他起泡劑與地層水的配伍性良好，且溶解速度較快。

2.2　起泡劑的起泡能力和穩(wěn)定性

選用配伍性良好的起泡劑PSJ-1，PSJ-3，PSJ-4和PSJ-8進(jìn)行起泡能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。起泡劑的評(píng)價(jià)方法主要有攪拌法、氣流法和傾注法等，此實(shí)驗(yàn)采用傾注法進(jìn)行評(píng)價(jià)。水浴溫度120 ℃，將200 mL起泡劑從Ross-Miles管[5]中流下,流入盛有50 mL相同濃度的起泡劑中,記錄流畢200 mL起泡劑時(shí)的泡沫高度H0和5 min時(shí)泡沫高度H5,評(píng)價(jià)起泡劑的起泡性與穩(wěn)定性[6]，結(jié)果見表2。消泡速度(v)計(jì)算公式為:

v=(H0-H5)/5

式中，v反映泡沫消失快慢的參數(shù)，v越大，泡沫消失較快，起泡劑的穩(wěn)定性差。

表2　不同起泡劑起泡能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看出,表面活性劑PSJ-1加入5 min后泡沫很少，未讀出泡沫高度。從表2看出,4種起泡劑在相同溫度和加量，起泡劑的起泡能力和穩(wěn)泡能力不同, PSJ-3和PSJ-8初始起泡高度均在100 mm左右，說明均具有較好的起泡能力，PSJ-3泡沫的消泡速度v為3.56 mm/min，說明起泡劑PSJ-3具有較好的穩(wěn)泡能力。因此，選用PSJ-3表面活性劑作為泡沫起泡劑。

3　起泡劑PSJ-3加量的確定

3.1　PSJ-3加量對(duì)帶水能力的影響

水浴溫度120 ℃下，利用室內(nèi)設(shè)計(jì)的模擬氣井?dāng)y液過程的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)不同加量的起泡劑PSJ-3進(jìn)行帶水能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)[7]，結(jié)果見表3。

表3　起泡劑PSJ-3加量對(duì)帶水能力的影響

從表3可知，PSJ-3加量為0.30%～0.50%時(shí)，起泡劑PSJ-3具有較好的排水能力。因此，初步確定起泡劑PSJ-3加量為0.30%～0.50%。

3.2　起泡劑PSJ-3加量對(duì)起泡能力的影響

固定其他條件，采用傾注法進(jìn)行不同加量起泡劑PSJ-3起泡能力的評(píng)價(jià)，結(jié)果見表4。起泡劑PSJ-3較適宜氣井的實(shí)際情況，其理論使用加量為0.30%～0.45%。

表4　起泡劑PSJ-3加量對(duì)起泡能力的影響

3.3　PSJ-3加量對(duì)緩蝕性能的影響

在120 ℃下利用掛片腐蝕儀進(jìn)行PSJ-3的緩蝕性能評(píng)價(jià)，考察起泡劑PSJ-3溶液對(duì)鋼片的緩蝕率和腐蝕速率的影響，結(jié)果見表5。

表5　起泡劑PSJ-3加量對(duì)緩蝕性能的影響

從表5可知，加入0.30% PSJ-3的溶液對(duì)鋼片的腐蝕速率為0.314 8 g/(m2·h),緩蝕率達(dá)49.6%。

3.4　PSJ-3加量對(duì)表面張力的影響

起泡劑的表面張力主要表征泡沫的表面活性，其主要影響起泡劑的起泡能力、穩(wěn)泡能力及泡沫的強(qiáng)度和厚度等，表面張力低，氣液兩相易混合，產(chǎn)生更多的泡沫。用地層水配制起泡劑溶液，地層水體積為50 mL，考察PSJ-3加量對(duì)表面張力的影響，結(jié)果見表6。

表6　PSJ-3加量對(duì)表面張力的影響

從表6看出，在地層水中加入起泡劑PST-3后，表面張力明顯降低，不同加量的PSJ-3表面張力均為35 mN/m左右，說明起泡劑PSJ-3加量對(duì)表面張力影響不大。

綜上所述，起泡劑PSJ-3能適應(yīng)泡沫助排的要求，與生產(chǎn)井地層水混合后，在井下溫度、壓力條件下不產(chǎn)生堵塞。PST-3加量以0.30%為宜。另外起泡劑PSJ-3具有緩蝕功能作用，可降低地層水和氣體對(duì)鋼管的腐蝕，延長其使用壽命。

4　消泡劑的篩選

利用傾注法對(duì)室內(nèi)現(xiàn)有的3種消泡劑進(jìn)行消泡時(shí)間和抑泡時(shí)間測定，采用地層水，分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%的3種消泡劑溶液，取0.30%的起泡劑PSJ-3溶液200 mL加入裝置，鼓氣，泡沫上升500 mL時(shí)，加入20 mL 0.10%消泡劑溶液，同時(shí)計(jì)時(shí)，泡沫全部消失后，記錄消泡時(shí)間。將100 mL 0.30%的起泡劑和20 mL 0.10%消泡劑的混合溶液加入裝置，鼓氣，同時(shí)計(jì)時(shí)，泡沫上升至500 mL時(shí)，記錄抑泡時(shí)間。結(jié)果見表7。

表7　消泡劑消泡能力的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表7可知，消泡劑XP-Ⅱ消泡速度較快，但抑泡時(shí)間較短；消泡劑XP-Ⅰ和XP-Ⅲ抑泡時(shí)間相同，但消泡劑XP-Ⅲ消泡速度相對(duì)較快，綜合考慮起泡劑和消泡劑間配伍性，選擇消泡劑XP-Ⅲ作為氣田的消泡劑。通過消泡劑XP-Ⅲ性能測試結(jié)果，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)以0.10%為宜。

5　結(jié)論

1)通過室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，選用起泡劑PSJ-3，其加量為0.30%；消泡劑為XP-Ⅲ，其最佳加量為0.10%。

2)在地層水中加入起泡劑PSJ-3，可大幅降低溶液的表面張力，且在高礦化度條件下具有良好的起泡能力和攜液能力。PSJ-3能適應(yīng)泡沫助排的要求，與生產(chǎn)井地層水混合后，在井下溫度、壓力條件下不產(chǎn)生堵塞。且其具有緩蝕功能，可降低地層水和氣體對(duì)鋼管的腐蝕，延長使用壽命。

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