大牛地氣田乳化物形成機理、防治方法研究及應(yīng)用

楊林江　溫宏剛　張玉璽

（中國石化華北油氣分公司采氣一廠，陜西　榆林　719002）

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大牛地氣田乳化物形成機理、防治方法研究及應(yīng)用

楊林江溫宏剛張玉璽

（中國石化華北油氣分公司采氣一廠，陜西榆林719002）

摘要隨著大牛地氣田近10年的開采，氣井壓力逐漸降低，攜液能力減弱，在借助泡排劑輔助氣井排液的同時又會導(dǎo)致氣井產(chǎn)出液出現(xiàn)不同程度的乳化，嚴重影響了整個生產(chǎn)流程的正常運轉(zhuǎn)。為此，研究了乳化物的形成機理，通過實驗研究明確了溫度、凝析油含量、泡排劑濃度、甲醇濃度等對乳化物形成的影響程度。研究結(jié)果表明：①加入泡排劑后無法避免乳化物的形成；②隨凝析油含量升高乳化物穩(wěn)定性減弱；③隨泡排劑量增加，乳化物含量變化不大，但乳化物穩(wěn)定性增強；④溫度升高到30℃以上乳化物靜置后半小時內(nèi)破乳率可達80%左右；⑤甲醇濃度30%為乳化物含量和穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)折點，超過30%后，含醇乳化物穩(wěn)定性呈減弱趨勢。⑥現(xiàn)場應(yīng)用中使乳化物溫度升高到30℃以上、滿足泡排要求的前提下最大限度降低泡排劑濃度、滿足氣井解防堵要求的前提下最大限度降低甲醇濃度可以有效削弱乳化物穩(wěn)定性、降低乳化物含量。

關(guān)鍵詞乳化物破乳凝析油泡排劑甲醇

修訂回稿日期：2015－10－25

重大專項：本文為國家科技重大專項，編號為2011ZX05045。

0　引言

在泡沫排水采氣中，氣井產(chǎn)出液長期存在不易被帶出井筒的乳化物，嚴重影響井底積液的排出，削弱了泡排效果，限制了氣井的生產(chǎn)能力，同時也加大了污水處理和回收凝析油的難度，嚴重影響了整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行，成為制約天然氣生產(chǎn)中的一大難題。K.J.Lissant、K.J.Mayth、Robert Aveyard 和H.M.Princen等學(xué)者采用不同方法從不同角度對乳化物進行了研究［1-2］，但是不能完全解釋所有的試驗現(xiàn)象，沒有對乳化物的各種影響因素進行系統(tǒng)研究，也沒有給出生產(chǎn)中防治乳化物的方法和建議。因此有必要對乳化物形成機理及影響乳化物形成的因素進行深入研究，進而提出乳化物的防治及應(yīng)用方法解決實際采氣生產(chǎn)中的乳化難題。

1　乳化物形成機理

泡排劑由兩種不同基團組成，一種是親水基團，與水分子作用力強；另一種是親油基團，與水分子相斥，當溶液中存在凝析油時，疏水基朝向油，親水基朝向水，大幅降低了油和液體之間的界面張力，形成了具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的乳化物［3］。

從乳化物形成機理分析可知，乳狀液有著巨大的比表面，屬熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，不會自發(fā)形成，要得到穩(wěn)定的乳狀液必須有乳化劑的存在，在泡沫排水采氣中，往往需要向氣井中加入泡排劑，因氣井積液中含有水和凝析油，這就無法避免乳化物的形成，泡排劑既充當了起泡劑的作用，同時又充當了乳化劑的作用，泡排和乳化這對矛盾將同時存在于整個生產(chǎn)流程之中，可以通過削弱乳化物的穩(wěn)定性，提高泡排效果，減少乳化物的產(chǎn)生。

2　乳化物影響因素實驗研究

選取大牛地氣田采出水、泡排劑、凝析油、甲醇開展試驗研究。試驗器材選用羅氏泡排儀、恒溫器、攪拌器、燒杯、玻璃棒、移液管、錐形瓶等。

2.1試驗方法

本試驗的影響因素主要包括溫度、凝析油含量、泡排劑含量以及甲醇濃度。研究某一影響因素時把該因素作為可調(diào)節(jié)變量，并控制其他因素穩(wěn)定，測定不同時刻泡排劑體積變化量判斷該影響因素對乳化物的影響程度。

2.2凝析油含量、溫度對乳化物影響試驗測定結(jié)果

不添加甲醇，在相同泡排劑濃度3%下開展實驗，從圖1、圖2可以看出：①相同條件下，隨含油量升高，乳化物體積呈增加趨勢，乳化物穩(wěn)定性減弱，自破乳能力增強。這也證明在實際生產(chǎn)過程中，氣井含凝析油量越多，乳化現(xiàn)象就越嚴重。②

相同條件下，隨溫度升高，乳化物的穩(wěn)定性逐漸減弱，30℃以上乳化物靜置后自破乳能力較強，半小時內(nèi)破乳率可達80%左右。在實際生產(chǎn)過程中，從井底經(jīng)井筒、地面管線再到站內(nèi)直至污水拉運到凈化廠的過程中，污水溫度呈現(xiàn)由高到低的變化，乳化物呈從無到有的變化，穩(wěn)定性也將發(fā)生顯著的變化。

圖1　試驗溫度30℃對乳化物影響圖

圖2　試驗溫度80℃對乳化物影響圖

2.3泡排劑濃度對乳化物影響試驗測定結(jié)果

不添加甲醇，在相同溫度20℃下開展實驗，從實驗數(shù)據(jù)可以看出：相同條件下，隨泡排劑量增加，乳化物含量變化不大，但乳化物穩(wěn)定性增強。這是因為氣井的含油量相對穩(wěn)定，當泡排劑量與所有凝析油形成乳化物后，增加泡排劑量因受到含油量的限制并不會導(dǎo)致乳化物含量的增加。泡排劑形成的膠束之間、膠束與乳化物之間因靜電力而相斥，導(dǎo)致乳化物穩(wěn)定性增強。

2.4甲醇濃度、溫度對乳化物影響試驗測定結(jié)果

添加甲醇，在相同泡排劑濃度下開展實驗，從圖3、圖4、圖5可以看出：①與空白樣相比，加入甲醇后乳化物變黏稠，形成似棉絮狀的穩(wěn)定乳化物，靜置不易破乳。②相同條件下，溫度超過30℃含醇乳化物比不含醇乳化物體積高出3倍。隨溫度升高，乳化物穩(wěn)定性呈減弱趨勢。③相同條件下，隨甲醇濃度升高，乳化物含量升高，穩(wěn)定性增強。甲醇濃度超過30%后，含醇乳化物穩(wěn)定性呈減弱趨勢［4］。

圖3　不同甲醇濃度乳化物變化圖（80℃）

圖4　不同甲醇濃度乳化物變化圖（30℃）

圖5　不同甲醇濃度乳化物變化圖（20℃）

3　乳化物防治方法及應(yīng)用

天然氣開采過程中影響乳化物的各種因素可以分為如下兩類：①可控因素有乳化物處理溫度、甲醇濃度、泡排劑濃度；②不可控因素有氣井溫度、外界環(huán)境溫度、凝析油含量。

可以通過控制可控因素達到防治乳化物的目的。根據(jù)上面的實驗可以發(fā)現(xiàn)，控制乳化物溫度、泡排劑濃度、甲醇濃度可以有效地改變?nèi)榛锏男再|(zhì)，進而達到防治乳化物的目的。

依據(jù)實驗結(jié)論把可能存在乳化物的整個生產(chǎn)流程分為氣井、集氣站、污水處理站3部分，深入分析這3個部分的異同，進而提出符合天然氣生產(chǎn)特點的乳化物防治及應(yīng)用方法。

1）氣井。氣井內(nèi)主要是降低乳化物的黏度，以此達到利于氣井攜液、避免限制氣井產(chǎn)能、防治井底積液侵入地層造成水鎖等儲層傷害的目的。根據(jù)實驗，從氣井泡排劑氣泡要求和生產(chǎn)中經(jīng)濟因素考慮可以采取以下兩種措施：①優(yōu)化注醇制度，及時開展停醇。由實驗可知甲醇濃度低于30%，乳化物變黏稠，形成似棉絮狀的穩(wěn)定乳化物，靜置不易破乳。甲醇濃度超過30%后，含醇乳化物穩(wěn)定性呈減弱趨勢，但高含醇濃度即不經(jīng)濟又不環(huán)保。因此在滿足氣井解防堵要求的前提下最大限度地降低甲醇濃度既可以有效地削弱乳化物穩(wěn)定性，同時又能降低乳化物含量。②優(yōu)化泡排制度、減少泡排劑注入量。由實驗可知隨泡排劑量增加，乳化物含量變化不大，但乳化物穩(wěn)定性增強，因此，在滿足泡排要求的前提下最大限度地降低泡排劑濃度既經(jīng)濟又能降低乳化物穩(wěn)定性。

2）集氣站。對于已經(jīng)形成的乳化物可以進行預(yù)處理使乳化物破乳，集氣站內(nèi)實現(xiàn)污水和凝析油定期分車運到污水處理站，減輕污水處理站的處理壓力。根據(jù)實驗可以在油水緩沖罐加裝加熱裝置，使污水溫度升高到30℃以上，降低乳化物的穩(wěn)定性，實現(xiàn)初次破乳。

3）污水處理站。污水處理站針對乳化物的處理手段比較單一，一般通過添加破乳劑達到破乳回收凝析油的目的，該方法的優(yōu)點是針對性強，見效快，但是具有經(jīng)濟投入大、不環(huán)保、加藥勞動強度大等缺點。根據(jù)實驗提出：污水處理裝置采取加熱工藝，使乳化物溫度升高到30℃以上，減弱乳化物的穩(wěn)定性，使乳化物自破乳，達到經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)省勞力的目的。

4　結(jié)論

1）泡排劑由親水基團和親油基團兩種不同基團組成，溶液中同時存在凝析油、泡排劑、水時便可形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的乳化物，為了滿足氣井排液，生產(chǎn)中無法避免乳化物的形成。

2）相同條件下，隨含油量增加，乳化物體積增大，乳化物穩(wěn)定性減弱，自破乳能力增強。

3）隨溫度升高，乳化物的穩(wěn)定性逐漸減弱，不含醇乳化物在30℃以上靜置后半小時內(nèi)自破乳率可達80%左右。

4）受氣井含油量限制，隨泡排量增加，乳化物含量變化不大，但乳化物穩(wěn)定性增強。

5）甲醇濃度低于30%時乳化物變粘稠，靜置不易破乳，溫度超過30℃含醇乳化物體積比不含醇時高出3倍，且乳化物穩(wěn)定性強，甲醇濃度超過30%后，含醇乳化物穩(wěn)定性呈減弱趨勢。

6）從氣井泡排劑起泡要求和生產(chǎn)中經(jīng)濟、環(huán)保因素考慮，停醇和減少泡排劑加入量是最好的減少乳化物的方法。

7）集氣站油水緩沖罐加裝加熱裝置，使污水溫度升高到30℃以上，降低乳化物的穩(wěn)定性，實現(xiàn)一次破乳，集氣站內(nèi)實現(xiàn)污水和凝析油定期分車拉運。

8）溫度在30℃以上時自破乳能力較強，通過改造工藝流程采用物理升溫法破乳，提高凝析油回收率。

參考文獻

［1］Lissant K J.Structure of high-internal-phase-ratio emul?sions［J］.J Colloid Interface Sci，1974，47（2）：415-423.

［2］Princen H M.Highly concentrated emulsions.I.Cylindrical systems［J］.J Colloid interface Sci，1979，71（1）：55-56.

［3］吳超.化學(xué)抑塵劑的基礎(chǔ)研究及其在礦山中的應(yīng)用［D］.長沙：中南大學(xué)，2000.

［4］鄧創(chuàng)國，趙玉，劉偉，等.澀北氣田低溫泡排劑的研制及應(yīng)用［J］.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟，2013，7（3）：24-26.

（編輯：李臻）

作者簡介：楊林江（1986－），助理工程師，從事采氣工藝研究工作。E-mail：yljfort@163.com。

doi：10.3969／j.issn.2095-1132.2016.01.013

文獻標識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）01-0043-03