氣井泡排藥劑性能評價方法及優(yōu)選應(yīng)用研究

張 騰，高旺斌，劉 洋，馬 林，楊 琴，趙紅亮，藺錦城

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

隨著靖邊氣田的持續(xù)開發(fā)，弱噴產(chǎn)水氣井逐年增多，產(chǎn)量逐漸下降，攜液能力降低，影響氣井產(chǎn)能發(fā)揮。泡沫助排已成為靖邊氣田現(xiàn)階段排水采氣關(guān)鍵技術(shù)之一，年實施井數(shù)500余口；近年來，針對泡沫排水采氣技術(shù)開展了一些研究和應(yīng)用，并取得了一定的成果和認識；但針對泡排藥劑性能評價參數(shù)、評價方法、影響因素等情況及泡排劑優(yōu)選原則尚未開展系統(tǒng)的研究。本文通過調(diào)研及室內(nèi)實驗，得出泡排藥劑性能評價參數(shù)、評價方法、泡排劑性能影響因素及機理，制定泡排劑優(yōu)選原則，指導(dǎo)現(xiàn)場泡沫助排工藝藥劑選型，提高泡沫排水采氣實施效果[1-3]。

1 泡排劑性能評價參數(shù)的確定

在泡沫排水采氣技術(shù)中泡排劑的性能直接決定了排水采氣效果。泡排劑性能的研究涉及到許多因素，本文參照《SY/T 6465-2000泡沫排水采氣用起泡劑評價方法》所規(guī)定的評價指標和評價參數(shù)綜合評價泡排劑的各種性能（見表1）。其中pH、密度、黏度、表面張力和界面張力等主要是作為產(chǎn)品的質(zhì)量控制指標，起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能為起泡劑的性能指標。結(jié)合現(xiàn)場泡排劑選型要求，確定氣田排水采氣用泡排劑的評價指標主要為：泡排劑的起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能，對應(yīng)的評價參數(shù)為：起泡高度、穩(wěn)泡率和攜液量。

表1 《SY/T 6465-2000泡沫排水采氣用起泡劑評價方法》評價指標

2 泡排劑性能評價及關(guān)聯(lián)性研究

氣田常用泡排劑主要有A、B、C、D型液體起泡劑和E、F型固體泡排棒，主要根據(jù)氣田不同區(qū)塊采出水水質(zhì)特征及井身結(jié)構(gòu)選擇加注。

2.1 泡排劑理化性質(zhì)的測定

通過對常用泡排劑理化性質(zhì)進行測定可知（見表2），液體泡排劑pH相差不大，其中只有固體泡排劑E的1%的水溶液呈堿性，使用時會提高產(chǎn)出水的pH，可能會增加高礦化度產(chǎn)出水的結(jié)垢趨勢。將測定結(jié)果與產(chǎn)品說明書進行對比，均為合格品。

2.2 起泡性能評價

泡沫是氣體在液體中的分散體系，產(chǎn)生泡沫的首要條件是氣液接觸。氣田排水采氣用泡排劑體系通常由起泡劑和穩(wěn)泡劑組成。表面活性劑的作用機理和它的化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，主要是依靠非對稱分子的滲入作用，改變體系分子之間的作用能，因而降低其表面張力。表面活性劑的起泡力可用表面活性劑降低水的表面張力的能力來表征，表面活性劑降低水的表面張力強者其起泡力就越強，反之越差。因此，泡排劑的起泡性能主要與表面張力有關(guān)。

采用傾倒法（Ross-Miles法），對溶液和測試溫度進行測試，測定結(jié)果（見圖1）。

由圖1可得：泡沫高度整體隨時間的增加而降低，40℃時，8 min內(nèi)泡沫高度降低幅度較小，70℃時，8 min內(nèi)泡沫高度隨時間降低較快，90℃時，8 min內(nèi)泡沫高度隨時間急劇降低。部分泡排劑3 min時的泡沫高度大于0 min，是由于頂部液體滴完以后泡沫還沒穩(wěn)定，持續(xù)上升引起的。

2.3 穩(wěn)泡性能評價

泡沫的穩(wěn)定性主要與膜的強度有關(guān)，膜的強度可用表面黏度來衡量。表面黏度是指液體表面單分子層內(nèi)的黏度，表面黏度通常由表面活性分子在表面上所構(gòu)成的單分子層產(chǎn)生的。若液膜液體黏度高，在液膜的重力排液變薄過程中液體黏度高可使排液速度減緩，從而起到穩(wěn)定泡沫的作用。因此，要得到穩(wěn)定的泡沫其關(guān)鍵是液膜能否保持恒定，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性。

采用傾倒法（Ross-Miles法）評價泡沫穩(wěn)定性，計算泡排劑的穩(wěn)泡率，結(jié)果（見表3）。

表2 氣田常用泡排劑理化性質(zhì)測定結(jié)果

圖1 不同溫度下泡沫高度隨時間變化圖（蒸餾水）

由表3可得：泡排劑在相同溶劑中，隨著溫度的升高，穩(wěn)泡率逐漸降低，在相同溫度下不同溶液中，除泡排劑E外在50 g/L礦化水中，其余5種穩(wěn)泡率變化差別不大。

2.4 攜液性能評價

用50 g/L的礦化水配制0.25%的泡排劑溶液和用蒸餾水配制0.25%的泡排劑溶液，參照《SY/T 5761-1995排水采氣用起泡劑CT5-2》實驗條件，用190 mL泡排劑溶液與10 mL石油醚混合，倒入發(fā)泡管，測試溫度下恒溫10 min，打開壓縮泵，以壓力為0.05 MPa，流量為290 mL/min進行鼓氣，記錄泡沫從進入泡沫收集器開始后15 min內(nèi)泡沫攜帶液體的體積，實驗結(jié)果（見表4）。

由表4可得：泡排劑在礦化水中的攜液能力略大于在蒸餾水中的攜液能力，隨著溫度的升高，泡排劑的攜液量略有增加。

由泡排劑的攜液性能測定方法可得，測定氣速、壓力相同，故泡沫從產(chǎn)生到離開起泡管的時間是一定值。因此，泡排劑的攜液性能與泡沫質(zhì)量（由液膜厚度反映）和泡沫排水速度有關(guān)。

2.5 評價參數(shù)之間的關(guān)系

對不同溫度下各種泡排劑的起泡性能、穩(wěn)泡率和攜液量進行對比，以期得出各個性能指標之間的關(guān)系。對比結(jié)果（見圖2）。

由圖2可得：在不同溫度下，泡排劑的起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能之間沒有明顯關(guān)聯(lián)關(guān)系。泡排劑起泡性能好，并不能得出泡排劑的穩(wěn)定性能和攜液性能好，反之亦然。例如在40℃下泡排劑E和泡排劑F的起泡性能較其他泡排劑更好，然而攜液量低于其他泡排劑。在70℃下泡排劑D和泡排劑F的起泡性能和穩(wěn)泡性能相差不大，但攜液量相差很大。因此，泡排劑的各個性能指標之間沒有直接相關(guān)性。

3 泡排劑優(yōu)選

決定起泡性能的是表面張力，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性，泡排劑的攜液性能與液膜厚度和泡沫排水速度有關(guān)，三個評價參數(shù)之間沒有直接的相關(guān)性。結(jié)合現(xiàn)場精細管理的需求，對于各類生產(chǎn)情況進行泡排劑優(yōu)選（見表5）：

（1）低產(chǎn)低壓氣井主要考慮泡排劑的起泡能力，推介A類泡排劑；

（2）采氣管線排水主要考慮泡排劑低溫情況下的穩(wěn)泡能力，推介A、D類泡排劑；

（3）大產(chǎn)水氣井主要考慮泡排劑的攜液能力，推介A、B、D 類泡排劑；

（4）一般類型氣井以上泡排劑性能均可使用。

4 結(jié)論

（1）通過室內(nèi)實驗，評價了泡排劑的起泡高度、穩(wěn)泡率和攜液率，對應(yīng)分析了藥劑的起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能，明確了泡排劑的起泡性能主要與表面張力有關(guān)，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性，泡排劑的攜液性能主要與泡沫質(zhì)量（由液膜厚度反映）和泡沫排水速度有關(guān)。

表3 泡排劑在不同溶劑中不同溫度下的穩(wěn)泡率

表4 0.25%泡排劑在不同溶劑中攜液量測定結(jié)果

圖2 不同溫度下蒸餾水中不同泡排劑的性能比較

表5 不同泡排劑現(xiàn)場實踐效果統(tǒng)計表

（2）進行常用泡排劑的性能相關(guān)性分析，得出泡排劑三個評價參數(shù)之間沒有直接的相關(guān)性。

（3）針對現(xiàn)場不同類型氣井及生產(chǎn)情況，相應(yīng)的選擇泡排藥劑型號。