納米粒子泡排劑在大牛地低含硫氣井中的應(yīng)用及評(píng)價(jià)

楊易駿 ，王錦昌 ，周瑞立 ，王 萍 ，羅 曦 ，袁本福 ，房曉軍，吳偉然 ，徐衛(wèi)峰 ，羅旭術(shù)

（1.中國石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006；2.中國石化華北油氣分公司采氣一廠，陜西榆林 719000）

大牛地奧陶系風(fēng)化殼為典型的“低壓、低孔、低滲”致密碳酸鹽巖氣藏，有儲(chǔ)層埋深較深（3 000 m～3 600 m）、溫度較高（80℃～90℃）的特點(diǎn)[1]。由于沉積原因，目前奧陶系風(fēng)化殼氣藏31.9%的氣井不同程度含有H2S，其中微含硫7口、低含硫21口、中含硫2口，根據(jù)氣藏分類標(biāo)準(zhǔn)SY/T6168-1995可知，其整體屬于低、微含硫氣藏[2]。

隨著開發(fā)的不斷深入，氣井壓力、產(chǎn)量逐漸降低，33%的含硫井產(chǎn)氣量低于臨界攜液流量，需要加注泡排劑輔助帶液生產(chǎn)。但由于大牛地奧陶系風(fēng)化殼氣藏規(guī)模開發(fā)后，采用前置酸加砂酸壓工藝進(jìn)行儲(chǔ)層改造，使其產(chǎn)出液具有高礦化度（平均143 300 mg/L）、偏酸性（pH為5.5～6）等特點(diǎn)；同時(shí)在生產(chǎn)過程中需加注除硫劑、緩蝕阻垢劑、水合物抑制劑等多種藥劑，最終造成現(xiàn)用泡排劑排液效果較差。為解決奧陶系風(fēng)化殼氣藏低含硫氣井的泡沫排液?jiǎn)栴}，引進(jìn)納米粒子泡排劑，剖析了其作用機(jī)理、評(píng)價(jià)了其基本性能。并通過2口井（H2S 含量 12 mg/m3～150 mg/m3）的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，該納米粒子泡排劑能夠改善大牛地低含硫氣井的排液效果，達(dá)到降低油套壓差、降壓帶液頻率，提高產(chǎn)氣量、生產(chǎn)時(shí)率的目的。

1 納米粒子泡排劑作用機(jī)理[3-5]

納米粒子泡排劑是由陰離子（磺酸基團(tuán)）表面活性劑、兩性離子表面活性劑及氟碳表面活性劑進(jìn)行復(fù)配而成，同時(shí)加入改性的納米二氧化硅球作為固態(tài)穩(wěn)泡劑，從而使該泡排劑體系具有優(yōu)異的抗溫（≤150℃）、抗鹽（≤250 000 mg/L）、抗酸（H2S≤2 000 mg/m3）及抗油（≤30%）性能。

其中帶有磺酸基的高效Gemini雙子表面活性劑由兩個(gè)雙親分子的離子頭基經(jīng)連接基團(tuán)通過化學(xué)鍵連接而成的，其溶解度受電解質(zhì)和溶液pH值范圍限制小，從而提高了體系的抗溫、抗鹽及抗酸性；氟碳表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)既疏水又疏油，能夠顯著降低油水界面張力，從而提高體系在油水混合相中的泡沫穩(wěn)定性，達(dá)到極佳抗油效果；納米二氧化硅球作為固體穩(wěn)泡劑，可以吸附在氣水界面形成穩(wěn)定的空間壁壘，阻止氣泡的聚并和歧化，且其可與表面活性劑之間發(fā)生協(xié)同作用，從而提高體系泡沫穩(wěn)定性。

2 納米粒子泡排劑性能評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證納米粒子泡排劑在大牛地奧陶系風(fēng)化殼低含硫氣井中的適應(yīng)性，按照Q/SH4006 03-2014《大牛地氣田泡沫排水采氣工藝作業(yè)規(guī)范》要求對(duì)其配伍性、起泡、穩(wěn)泡及攜液等性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。室內(nèi)試驗(yàn)用的水樣取自現(xiàn)場(chǎng)低含硫氣井X2（H2S含量53 mg/m3～150 mg/m3、pH為5.5、礦化度161 000 mg/L）的產(chǎn)出液，試驗(yàn)用藥劑均取自大牛地氣田現(xiàn)場(chǎng)。

2.1 配伍性評(píng)價(jià)

由于大牛地氣田越冬生產(chǎn)期間，低含硫氣井生產(chǎn)工況極其苛刻，需要加注除硫劑、緩蝕阻垢劑、水合物抑制劑等多種藥劑維持正常生產(chǎn)，因此亟需評(píng)價(jià)納米粒子泡排劑與地層水及各種藥劑的配伍性。

圖1 初始狀態(tài)下的地層水樣及3%泡排溶液

2.1.1 與地層水配伍性 為評(píng)價(jià)納米粒子泡排劑與奧陶系風(fēng)化殼氣藏地層水樣的配伍性能，取低含硫氣井X2地層水水樣配制3%的泡排劑溶液，室溫下靜置24 h后，泡排劑溶液顯示均一、無分層、無沉淀現(xiàn)象（初始狀態(tài)下及靜置24 h后的地層水樣與3%泡排溶液分別見圖1、圖2）。說明該泡排劑與現(xiàn)場(chǎng)采出水水樣配伍性良好。

2.1.2 與現(xiàn)用主劑的配伍性 目前大牛地奧陶系風(fēng)化殼氣藏已初步形成低含硫氣井井筒除硫技術(shù)，成功保障了低含硫氣井產(chǎn)能的有效釋放。為防止納米粒子泡排劑與現(xiàn)用除硫劑發(fā)生反應(yīng)，造成氣井堵塞影響生產(chǎn)。按照現(xiàn)場(chǎng)加注藥劑配比（1：1、1：2、1：3）要求，分別量取納米粒子泡排劑及現(xiàn)用除硫劑進(jìn)行復(fù)配，室溫下靜置24 h后，復(fù)配藥劑顯示均一、無分層、無沉淀現(xiàn)象（初始狀態(tài)下及靜置24 h后的復(fù)配藥劑分別見圖3、圖4）。說明該泡排劑與現(xiàn)場(chǎng)用除硫劑配伍性良好。

圖2 靜置24 h后的地層水樣及3%泡排溶液

2.1.3 與現(xiàn)用輔劑的配伍性 為評(píng)價(jià)納米粒子泡排劑與低含硫氣井現(xiàn)用輔助藥劑的配伍性能，按照現(xiàn)場(chǎng)加注藥劑配比（1：1：8）要求，分別量取納米粒子泡排劑、現(xiàn)用輔助藥劑（甲醇、緩蝕劑、阻垢劑）、清水配制成150 mL～250 mL的混合溶液，室溫下靜置24 h后，混合溶液顯示均一、無分層、無沉淀現(xiàn)象（初始狀態(tài)下及靜置24 h后的高效泡排、現(xiàn)用輔劑及清水混合液分別見圖5、圖6）。說明該泡排劑與現(xiàn)用輔劑及清水配伍性良好。

2.2 起泡、穩(wěn)泡性能評(píng)價(jià)

分別量取0.75 mL的納米粒子泡排劑及現(xiàn)場(chǎng)用泡排劑Y，加入250 mL低含硫氣井X2的地層水中，得到藥劑濃度為3‰的待測(cè)樣液。在70℃條件下，將配制好的待測(cè)樣液裝在羅氏泡沫管內(nèi)，用滴液法測(cè)定泡排劑的起泡及穩(wěn)泡性能。測(cè)試結(jié)果（見表1）。

圖3 高效泡排與現(xiàn)用除硫劑復(fù)配藥劑（初始）

圖4 高效泡排與現(xiàn)用除硫劑復(fù)配藥劑（24 h后）

圖5 高效泡排、現(xiàn)用輔劑及清水混合液（初始）

圖6 高效泡排、現(xiàn)用輔劑及清水混合液（24 h后）

表1 納米粒子泡排劑及現(xiàn)用泡排劑起泡、穩(wěn)泡性能（pH為5.5、70℃、礦化度161 000 mg/L）

表2 納米粒子高效及現(xiàn)用泡排劑攜液性能（pH為5.5、70℃、礦化度161 000 mg/L）

通過表1試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可以看出：在高酸、高鹽的環(huán)境下，納米粒子泡排劑初始發(fā)泡高度為155 mm、5 min后泡沫高度為140 mm、10 min后泡沫高度為130 mm，其起泡、穩(wěn)泡性能均優(yōu)于現(xiàn)用泡排劑Y。

2.3 攜液性能評(píng)價(jià)

分別量取0.75 mL的納米粒子泡排劑及現(xiàn)場(chǎng)用泡排劑Y，加入250 mL低含硫氣井X2的地層水中，得到藥劑濃度為3‰的待測(cè)樣液。在70℃條件下，將配制好的待測(cè)樣液裝在Ross Mile恒溫?cái)y液儀，用氣流法測(cè)定泡排劑的攜液性能；此外用同樣的方法，測(cè)試納米粒子泡排劑4‰濃度下的攜液能力。測(cè)試結(jié)果（見表2）。

由表2可知，在高酸、高鹽的環(huán)境下，納米粒子泡排劑攜液率為94%，而現(xiàn)用泡排劑Y的攜液率僅為85%，說明納米粒子泡排劑具有較強(qiáng)的攜液性能，且在一定范圍內(nèi)隨著藥劑濃度的增加、攜液能力越強(qiáng)。

綜上所述，納米粒子泡排劑與大牛地氣田低含硫氣井地層水及現(xiàn)用藥劑配伍性良好，且在高酸、高鹽的環(huán)境下，其起泡、穩(wěn)泡及攜液能力均比現(xiàn)用泡排劑強(qiáng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 選井情況

為驗(yàn)證納米粒子泡排劑在大牛地奧陶系風(fēng)化殼氣藏低含硫氣井的輔助帶液能力及適應(yīng)性，根據(jù)泡沫排水采氣技術(shù)應(yīng)用條件（產(chǎn)氣量介于臨界攜液流量與攜泡流量之間），選取2口低含硫化氫且存在井筒積液的氣井開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)井基本情況（見表3）。

3.2 試驗(yàn)效果分析

對(duì)表3中選取的2口存在積液且含硫化氫氣井開展了納米粒子泡排劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)前后各井壓力、產(chǎn)量變化（見圖 7、圖 8）。

由圖7、圖8可知：X1井泡排試驗(yàn)前平均油壓為3.0 MPa、平均套壓4.2 MPa，套油壓差1.2 MPa，生產(chǎn)時(shí)率82.74%，平均產(chǎn)氣3 368 m3/d，平均產(chǎn)液4.11 m3/d，降壓帶液頻繁（0.88天1次），采取2天1次井口排車套注。納米粒子泡排劑5 L～10 L后，平均油壓2.95 MPa、平均套壓4.31 MPa，套油壓差1.36 MPa，生產(chǎn)時(shí)率86.46%，平均產(chǎn)氣3 871 m3/d、平均產(chǎn)液3.44 m3/d。與空白試驗(yàn)相比，油套壓差相當(dāng)，產(chǎn)氣量增加503 m3/d，生產(chǎn)時(shí)率提高3.72%，表明納米粒子泡排劑一定程度上提高了氣井的帶液能力，取得了良好的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)效果。2018年在大牛地奧陶系風(fēng)化殼氣藏共進(jìn)行2口低含硫氣井（H2S 含量 12 mg/m3～150 mg/m3）納米粒子泡排劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，有效率100%，試驗(yàn)期間均取得了一定的增產(chǎn)效果（見表4）。

表3 試驗(yàn)井基本情況

表4 2口低含硫氣井納米粒子高效泡排試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)表

圖7 X1井納米粒子泡排劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中采氣曲線

圖8 X2井納米粒子泡排劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中采氣曲線

4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

由納米粒子泡排劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程可知，其成本費(fèi)主要包括人工勞務(wù)費(fèi)、化排車運(yùn)行費(fèi)、藥劑成本及運(yùn)輸費(fèi)，通過計(jì)算可得：2口井試驗(yàn)總成本費(fèi)為0.78萬元。2口低含硫氣井開展納米粒子泡排劑先導(dǎo)試驗(yàn)后均取得一定的增產(chǎn)效果，日增產(chǎn)氣量1 017 m3、累計(jì)增產(chǎn)氣量2.440 8×104m3，天然氣價(jià)按照1.16元/立方米計(jì)算，日創(chuàng)效0.12萬元、累計(jì)創(chuàng)效2.83萬元，作業(yè)成本僅為0.78萬元，投入產(chǎn)出比為1：3.6。

5 結(jié)論

（1）室內(nèi)評(píng)價(jià)顯示，納米粒子泡排劑與大牛地低含硫氣井地層水及現(xiàn)用藥劑配伍性良好，其抗酸、抗鹽性能均比現(xiàn)用泡排劑優(yōu)異。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，2口低含硫氣井試驗(yàn)后，日增氣量 1 017 m3，累計(jì)增氣量 2.440 8×104m3，作業(yè)成本低廉，投入產(chǎn)出比可觀，取得了良好的增產(chǎn)效果及經(jīng)濟(jì)效益。

（3）通過室內(nèi)評(píng)價(jià)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了納米粒子泡排劑在大牛地含硫氣井中具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了低含硫氣井經(jīng)濟(jì)有效排采目的，可在奧陶系風(fēng)化殼氣藏中規(guī)?；瘧?yīng)用。