高溫高壓條件下泡排劑評價方法

劉 慧

（中石化華北油氣分公司石油工程技術研究院，鄭州450000）

0 引 言

泡沫排水采氣工藝廣泛應用于國內各大氣田產水氣井開發(fā)中，主要是向井筒中加入泡排劑（起泡劑），通過氣流攪動產生泡沫，從而降低流體密度，降低表界面張力，提高氣井排液效果。

泡排劑在應用過程中易受應用環(huán)境影響［1-3］，如地層水礦化度、地層溫度、凝析油含量等，不同壓力條件下泡排劑發(fā)泡形態(tài)及綜合性能評價，泡排劑高溫條件下性能評價與篩選，低壓氣井泡排劑研發(fā)等，將成為未來研究的主要方向，這些研究的開展與實施均建立在高溫高壓泡排劑評價方法成熟基礎上［4-10］。

泡排劑常溫常壓條件下評價方法較多［11-13］，主要可參考行業(yè)標準SY／T5761-1995《排水采氣用起泡劑CT5-2》［14］、SY／T 6465-2000《泡沫排水采氣用起泡劑評價方法》［15］，其評價內容主要為泡排劑的起泡性、穩(wěn)泡性、攜液能力。本文參考常溫常壓測試方法，在高溫高壓條件下，對重力擊打發(fā)泡法、通氣發(fā)泡兩種方法進行了測試。

1 重力擊打發(fā)泡法

1.1 測試原理

高溫高壓條件下重力擊打發(fā)泡原理與常溫常壓泡排劑測試原理相同，向發(fā)泡管底部加注待測液，距離液面一定高度傾注室內加注同樣液體，打開旋塞，使待測液自由落體垂直下落，在發(fā)泡管內液體中擊打產生泡沫，傾注室完全下落產生泡沫初始高度為發(fā)泡力，5 min后泡沫高度為穩(wěn)泡力。不同的是實驗裝置可加溫加壓，實驗裝置見圖1。

圖1 重力擊打發(fā)泡法設備流程圖

1.2 測試方法適用性分析

1.2.1 測試條件

實驗藥劑：藥劑A和B為同一廠家生產的兩種類型泡排劑，B為耐溫泡排劑。

實驗1測試條件：溫度25℃，壓力大氣壓，待測藥劑A濃度0．3%。

實驗2測試條件：溫度25℃，壓力1 MPa，待測藥劑A濃度0．3%。

實驗3測試條件：溫度110℃，壓力4 MPa，待測藥劑A濃度0．3%。

1.2.2 測試結果

重力擊打發(fā)泡法實驗結果見圖2。由圖可見：①實驗1，下落的液柱集中，在底部略有分散，但仍可擊打出大量泡沫；②實驗2，下落液柱分散，導致液體沖擊力降低，下部擊打出的泡沫量明顯減少；③ 實驗3，下落液柱進一步分散，其分散液滴更小，接近底部時液體完全霧化，僅能擊打出極少泡沫。

圖2 重力擊打發(fā)泡法測試結果

通過實驗可知，在高溫高壓條件下，重力擊打發(fā)泡法產生泡沫量明顯低于常溫常壓條件，產生泡沫高度過低，不便于發(fā)泡力及穩(wěn)泡力的測試。因此，重力擊打發(fā)泡法不適用于高溫高壓條件下泡排劑性能測試。

2 通氣發(fā)泡法

2.1 測試原理

通氣發(fā)泡原理：發(fā)泡管內承裝一定量液體，通過向發(fā)泡管底部通入氣體，產生泡沫。發(fā)泡時間為泡沫由一高度升高至另一高度所需時間，以發(fā)泡時間表征泡排劑的發(fā)泡力，發(fā)泡時間越短，即單位時間內泡沫量越多，可提升排液速度，泡排劑性能越好；消泡時間為泡沫由一高度消減至另一高度所需時間，以消泡時間表征泡排劑穩(wěn)泡力，消泡時間越長，泡沫穩(wěn)定性越好，泡排劑攜帶液體能力越好。

2.2 測試方法適用性分析

2.2.1 測試條件

利用通氣法對泡排劑性能進行測試，測試條件見表1。

表1 通氣法測試條件

2.2.2 實驗現(xiàn)象

（1）現(xiàn)象1。實驗4通氣發(fā)泡測試過程見圖3。實驗4通氣速度為8 L／min，氣流速度過快，6 s即達到發(fā)泡管最大容積，且上部泡沫上升過程中出現(xiàn)泡沫聚并，小泡沫變?yōu)榇笈菽?，泡沫聚并對泡沫穩(wěn)定性測試存在影響，泡沫穩(wěn)定性測試見圖4。

由于：①通氣速度過快，泡沫迅速占滿整個發(fā)泡管，不便于記錄時間；② 通氣速度過快，氣流擾動大，發(fā)泡管上部起泡易聚并，進而影響泡沫穩(wěn)定性測定。因此，高溫高壓泡排劑測試應在低流速下進行。

（2）現(xiàn)象2。實驗5通氣速度降至1 L／min時，發(fā)泡過程見圖5。泡沫細小致密，泡沫穩(wěn)定性不受泡沫聚并影響。

圖3 實驗4通氣發(fā)泡測試過程

圖4 實驗4消泡過程

圖5 通氣速度1 L／min時發(fā)泡過程

（3）現(xiàn)象3。泡沫開始產生時，由于壓力、流速等手動調控參數(shù)不穩(wěn)，對泡沫生成速率影響大，因此實驗數(shù)據(jù)錄取泡沫高度140～240 mm泡沫生成時間。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

（1）由實驗5、實驗6數(shù)據(jù)可知（見表2），通氣速度、泡排劑型號、濃度、測試溫度相同條件下，壓力越高，發(fā)泡時間越長。主要由于壓力越高泡沫越細密，因此測試高壓條件泡排劑性能時，要嚴格控制測試壓力。

表2 起泡性能原始數(shù)據(jù)記錄

由實驗6、實驗7數(shù)據(jù)可知，通氣速度、泡排劑型號、濃度、測試壓力相同條件下，溫度越高，發(fā)泡速度越快，因此測試高溫條件泡排劑性能時，要嚴格控制測試溫度。

（2）由實驗8、實驗9數(shù)據(jù)可知，通氣速度、泡排劑型號、濃度、測試溫度相同條件下，壓力越高，穩(wěn)泡性越強（見表3）。

表3 穩(wěn)泡性能原始數(shù)據(jù)記錄

由實驗9、實驗10數(shù)據(jù)可知，通氣速度、泡排劑型號、濃度、測試壓力相同條件下，溫度越高，消泡速度越快。

由實驗10、實驗11可知，處于較低壓環(huán)境的泡排劑B消泡時間更長，穩(wěn)泡性更好，說明在110℃條件下，泡排劑B的穩(wěn)泡性能更好、更適用。該方法對于區(qū)分高溫高壓條件下泡排劑穩(wěn)泡性能有一定作用。

3 通氣測攜液能力評價方法

該方法與常溫常壓條件下測試泡排劑攜液能力的方法原理相同。通過向發(fā)泡管底部通入氣體產生泡沫，泡沫不斷增多，最后溢出發(fā)泡管并進入接收器中，測試接收到的液體體積與原體積之比，為攜液率。

根據(jù)攜液性能測試原理，分別調整通氣速度為1、4、8 L／min，測定氣體攜液率，實驗數(shù)據(jù)見表4。當通氣速度為1、4 L／min時，氣體流動過緩，攜液率測試時間過長，不能當天完成測試任務，因此調整通氣速度為8 L／min。通氣速度為8 L／min條件下，攜出液體體積79 mL，剩余液體體積31 mL，攜液率為71．8%。

表4 攜液性能實驗設計

4 結 語

高壓條件下，自由下落的液體受氣流阻力影響增大，液滴分散無法有效擊打發(fā)泡，重力擊打發(fā)泡方法不適用于泡排劑性能測定。高壓條件下，泡沫穩(wěn)定性增強，泡沫不易消減；高溫條件下，泡沫穩(wěn)定性降低、消泡快。通氣發(fā)泡法可用于高溫高壓條件下泡排劑性能評價與篩選。