延113氣田耐鹽耐油耐高溫起泡劑研制與現(xiàn)場應用

張紅梅，王麗影，甄延忠

(1.延安大學 石油工程與環(huán)境工程學院；2.延長石油勘探公司 蟠龍采氣廠，陜西 延安 716000)

天然氣井在開采過程中將會出現(xiàn)不同程度的積液問題，導致氣井產(chǎn)量下降[1]，嚴重地將影響氣井的正常生產(chǎn)，目前市面上的起泡劑在耐鹽、耐油和耐高溫性能方面有很大的提高，如成都科技公司[2]研發(fā)的UT-8泡排劑在高礦化度和高溫的條件下有較高的發(fā)泡能力；李謙定等[3]研制出LYB-1泡排劑，對高凝析油氣田的泡排效果顯著；李進等[4]研制的SCF-1泡排劑，在高溫和高乙醇條件下泡排效果較高。但這些泡排劑在高溫、高礦化度和高凝析油的延113氣田中應用效果并不理想，需進行不同的起泡劑復配，研制出適合該氣田的新型起泡劑。

延113氣田位于伊陜斜坡中部，屬于鄂爾多斯盆地。從2018年投產(chǎn)至今，大部分氣井都出現(xiàn)了積液情況，導致產(chǎn)量下降，油套壓差增大，嚴重的甚至出現(xiàn)了水淹情況。該地區(qū)地層水型為氯化鈣型，平均礦化度為24.8 g/L，凝析油含量高于15%，溫度高于90℃，具有高溫、高礦化度和高凝析油的特點。目前采用的UT-6、UT-7型泡排劑不能滿足泡排的要求，為了解決這一難題，本文篩選了10種常見的起泡劑進行研究，挑選出耐鹽、耐油、耐高溫的組分進行復配，得到了同時滿足耐鹽、耐油和耐高溫的泡排劑，解決了延113氣田的泡沫排水技術(shù)難題，同時對其它同類井區(qū)的穩(wěn)產(chǎn)具有一定的借鑒作用。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

陽離子表面活性劑2種：十二烷基三甲基溴化銨(1231)、十六烷基三甲基溴化銨(1631)；陰離子表面活性劑2種：仲烷基磺酸鈉(SAS60)、α-烯基磺酸鈉(AOS)；兩性表面活性劑2種：十二烷基甜菜堿TCJ-11、十四烷基甜菜堿TCJ-8；非離子型2種：非離子氟碳表面活性劑FT-10和FT-5；現(xiàn)場使用的泡排劑UT-6和UT-7；NaCl(代替礦化度)；航空煤油(代替凝析油)。

羅氏泡沫儀；移液管；恒溫攜液儀；玻璃轉(zhuǎn)子流量計(規(guī)格60～600 L/h)；溫度計(精度0.2 ℃)；電子天平(精度0.01 g)；超級恒溫水浴(精度±2 ℃)；電磁式空氣泵(最大排氣量50 L/min)；燒杯(規(guī)格100 mL、1000 mL)；充氣泵；醫(yī)用注射器(10 mL)。

1.2 實驗方法

發(fā)泡能力按照GB/T13173-2008規(guī)定要求，表面活性劑洗滌試驗方法用Ross-Miles法，測定起泡劑的起泡能力以及穩(wěn)泡性能[5]。具體操作步驟：將羅氏泡沫儀預熱到(70±1)℃，用200 mL移液管移取50 mL待測樣液，沿著羅氏泡沫儀管壁放下沖洗管壁，等沖洗完后關閉羅氏泡沫儀下端閥門。緊接著移取待測樣液50 mL沿羅氏泡沫儀管壁放下，底部就形成了液面，最后用移液管移取200 mL待測樣液安放在羅氏泡沫儀上端的中心位置[6-11]，對準液面垂直放下，待樣液放完后立即記下羅氏泡沫儀內(nèi)泡沫上升的高度，即為該實驗樣品的發(fā)泡能力。

2 結(jié)果與討論

2.1 新型起泡劑組分的篩選

延113氣田的產(chǎn)水分析，儲層地層水為弱酸型，礦化度高于20 g/L，主要以氯化鈣為主；不含硫化物并且凝析油含量波動范圍大，平均含量高于80 mg/L，地層溫度90 ℃到110 ℃?，F(xiàn)有的起泡劑效果差，需要研制耐鹽、耐油和耐溫的新型起泡劑。通過對現(xiàn)在市場上暢銷的起泡劑進行對比，篩選出8種在耐鹽、耐溫和耐油方面性能優(yōu)良的起泡劑，和目前正在使用的2種起泡劑共有10種。通過對起泡劑的發(fā)泡性能、耐鹽性、耐油性和耐溫性進行實驗，篩選出耐鹽、耐油和耐溫組分進行復配，對復配的起泡劑進行現(xiàn)場試驗。

2.1.1 不同濃度起泡劑泡沫性能對比

將10種起泡劑分別配制成0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，1.0%濃度的溶液備用，在室溫(25℃)條件下測試起泡劑的起泡性能隨著濃度的變化規(guī)律。圖1(a)和(b)分別表示0.5 min、3 min時不同起泡劑溶液的發(fā)泡量隨濃度的變化情況。

從圖1可以看出，在相同濃度情況下，不同類型的起泡劑起發(fā)泡量具有顯著的差異。發(fā)泡性能的大致規(guī)律是：陰離子型>兩性型>非離子型>陽離子型，前2種的類型的起泡劑開始發(fā)泡量明顯高于后2種類型的起泡劑，陽離子型的起泡劑起始起泡性能最低。起泡性最好的起泡劑是SAS60，這是因為SAS60所含的磺酸基具有很強的水化能力，厚的水化膜容易在其周圍形成，有利于泡沫的形成和穩(wěn)定。而在具有相同官能團的起泡劑中，兩性型起泡劑TCJ-11和TCJ-8和非離子型起泡劑FT-5和FT-10，開始發(fā)泡能力的差別主要與起泡劑的分子結(jié)構(gòu)有關[12-17]。所有起泡劑在濃度為0.5%時，起泡性能開始穩(wěn)定，增加濃度起泡性能變化不大，因此后續(xù)試驗使用濃度為0.5%的起泡劑。

圖1 起泡高度隨濃度的變化情況

2.1.2 礦化度對不同起泡劑起泡性能的影響

將10種起泡劑按質(zhì)量分數(shù)0.5%配制成起泡劑溶液，常溫下測試不同起泡劑在不同礦化度(2000～25000 mg/L)試驗水中的發(fā)泡高度。分別記錄0.5 min、3 min時的發(fā)泡高度，結(jié)果如圖2(a)和(b)所示。

由圖2可知，礦化度的成倍增加對TCJ-11、TCJ-8、FT-5、1631、UT-6這5種起泡劑的起始發(fā)泡量基本無影響；鹽的加入對AOS、FT-10、1231這3種起泡劑的起始發(fā)泡量具有增強作用，在鹽的濃度高于20 g/L時，泡沫高度普遍下降。SAS60和UT-7這2種起泡劑的起泡性能隨著鹽濃度的增大而降低，耐鹽性差?？傮w來說，礦化度對起泡劑的穩(wěn)定性影響不大，大部分起泡劑的耐鹽性都相對較好，AOS、1231和兩性甜菜堿型起泡劑都具有好的耐鹽性。綜合考慮，挑選AOS為耐鹽組分。

圖2 起泡劑泡沫高度隨礦化度的變化

2.1.3 凝析油對不同起泡劑起泡性能的影響

將10種起泡劑配制成質(zhì)量分數(shù)0.5%的溶液，常溫下測試不同起泡劑在航空煤油(代替現(xiàn)場凝析油)含量0%～30%試驗水中的發(fā)泡情況。分別記錄0.5 min、3 min時的發(fā)泡高度，結(jié)果如圖3(a)和(b)所示。

由圖3可知，凝析油對起泡劑TCJ-11、TCJ-8、UT-7、FT-10、1231、UT-6和1631的穩(wěn)定性影響較大，凝析油的加入降低了其泡沫的穩(wěn)定性；SAS60、AOS和FT-5具有相對較好耐油性能；凝析油的加入使FT-10在5 min之內(nèi)起泡量幾乎為零，說明其耐油性差。考慮到FT-5含有氟元素，氟元素是電負性最強的元素，它具有高氧化勢、高電離能，綜合考慮挑選FT-5為耐油組分。

2.1.4 溫度對不同起泡劑起泡性能的影響

將10種起泡劑按質(zhì)量分數(shù)0.5%配制成溶液，測試不同起泡劑在20℃、40℃、60℃、80℃對泡沫性能的影響。分別記錄0.5 min、3 min時的發(fā)泡高度，結(jié)果如圖4(a)和(b)所示。

圖3 起泡劑泡沫高度隨凝析油的變化情況

圖4 不同起泡劑起泡高度隨溫度的變化情況

由圖4可知，起泡劑的穩(wěn)定性受溫度的影響較大，當溫度超過60℃時，穩(wěn)定性降低的較快，在3min之內(nèi)大部分起泡劑的起泡量幾乎為零。究其原因：一是隨著溫度的升高，液膜水分的加速蒸發(fā)使得液膜變薄，排液速度也加快，容易造成泡沫的破滅；二是起泡劑的自身分子結(jié)構(gòu)所致，在高溫下親水基的水合作用會降低，而且碳鏈與碳鏈之間的作用力也降低，進而起泡劑分子間的締合作用減弱，最終導致起泡性與穩(wěn)泡性降低。兩性型甜菜堿起泡劑TCJ-8的耐溫性最好。綜合考慮，選擇甜菜堿型TCJ-8起泡劑為耐溫組分。

2.2 新型起泡劑的研制

將起泡劑ɑ-烯基磺酸鈉(AOS)、十四烷基甜菜堿TCJ-8、非離子氟碳表面活性劑FT-5分別標號為1#、2#、3#。對1#、2#、3#進行一定比例的配置，配置成0.5%溶液，在礦化度為25000 mg/L，含15%凝析油，溫度60℃的條件下，進行發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性測試，結(jié)果如圖5所示。

圖5 復配后發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性測試分析

從實驗數(shù)據(jù)分析，1#、2#、3#號起泡劑按照1∶2∶0、1∶2∶1、1∶1∶2、2∶1∶1、2∶2∶1的比例復配的起泡性的穩(wěn)定性俱佳，其中2∶2∶1組合的性能綜合最好，泡沫含水率最低，可作為新起泡劑的復配比例。新型起泡劑是陰離子-非離子-兩性型表面活性劑復配體系，用低溫透射電鏡觀察復配體系存在協(xié)同作用[18，19]，從粗糙的、厚大的變成較小的緊密的膠束吸附膜，進而泡沫性能提高。

3 起泡劑現(xiàn)場試驗及效果分析

現(xiàn)場篩選出YB319-D06井、YB319-D07井作為試驗井，理論起泡劑加注量與井筒液面的比值為5‰，設計每次處理井筒油管和環(huán)空內(nèi)液量3 m3，處理液柱高度500 m。起泡劑的原液加注量為15 L，原液按照20%濃度進行配比注入，配液為75 L，從環(huán)空注入，泡排周期為7 d一次，采用泡排車加注工藝。

采用現(xiàn)用的起泡劑UT-6對YB319-D06井和YB319-D06進行14 d的泡排，停止泡排兩個月后再用復配的新型起泡劑進行14 d的泡排，對泡排數(shù)據(jù)進行分析對比，UT-6起泡劑YB319-D06井和YB319-D06井的油套壓差縮小量10%，產(chǎn)量增加量超過15%；新型泡排劑YB319-D06井和YB319-D06井的油套壓差縮小量超過30%，產(chǎn)量增加量超過50%，泡排效果好。

4 結(jié)論

(1)通過對10種起泡劑的性能篩選，挑選出耐鹽組分AOS，耐油組分FT-5和耐溫組分TCJ-8，進行復配，挑選出性能最優(yōu)的組合2∶2∶1，成為新型起泡劑的組成。

(2)在現(xiàn)場進行實驗，新型起泡劑效果顯著，油套壓差縮小量超過30%，產(chǎn)量增加量超過50%。