海上M氣井泡沫排液體系篩選及性能評價

胡 雪，鄭繼龍，趙 軍，陳 平，吳彬彬，劉浩洋

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，天津300452

海上K 氣田主力產(chǎn)氣層位分為兩套生產(chǎn)氣層：主力氣組Y1Ⅰ砂體分布穩(wěn)定，有效厚度4.4 ～11.2 m；非主力氣組Y1Ⅱ砂體非均質(zhì)性較強，有效厚度1.6～10.4 m，儲層孔隙度為21%～25%，平均滲透率為100 mD。該氣田北側(cè)下層系先后共7 口井投產(chǎn)，其中4 口井相繼遭水淹停噴，無水采氣期1年，無水采出程度僅為7%；2 口井在生產(chǎn)，日產(chǎn)氣28萬方，采氣速度1.3%，累計產(chǎn)氣43.0億方，采出程度53.6%。南側(cè)4 口水淹停噴井均為Y1Ⅰ氣組單采井，北側(cè)A1井見水出砂關(guān)停；2 口在生產(chǎn)井均為Y1Ⅰ+Y1Ⅱ氣組合采井，目前均帶水生產(chǎn)，F(xiàn) 生產(chǎn)測井確認Y1Ⅱ產(chǎn)水，M井懷疑Y1Ⅱ產(chǎn)水。

K氣田F、M井帶水生產(chǎn)，F(xiàn)產(chǎn)水來自Y1Ⅱ，生產(chǎn)位置高，含水較低，M 產(chǎn)水來自Y1Ⅱ可能性較大，井口壓力4.2～4.3 MPa，各井不同程度存在遞減，需維持穩(wěn)定生產(chǎn)。K 氣田目前產(chǎn)氣1.320×105m3/d，產(chǎn)水80.5 m3/d，初步判斷井底積液可能在水平段，在頂部封隔器總成與井眼之間可能存在積液，約為716 m。

綜上所述，M 氣井積液停噴風險較大，鄰井干擾嚴重，現(xiàn)場需要向井內(nèi)注入能遇水產(chǎn)生大量泡沫的泡排劑，基于井筒氣流的攪動作用，井筒積液與泡排劑將在井筒中生成大量低密度泡沫，從而改變井筒流體流態(tài)，實現(xiàn)井筒積液的舉升。

1 泡沫排液采氣原理

泡沫排液采氣技術(shù)主要是向氣井中注入一定質(zhì)量濃度的泡排劑，泡排劑進入井筒后與井筒內(nèi)的積液充分混合，在井筒中受到產(chǎn)出氣的攪動作用，從而形成低密度含水泡沫，含水泡沫能有效減少井底回壓，同時能防止井筒積液“滑脫”，從而提高氣井排液能力，增加氣井產(chǎn)能。泡沫排液采氣技術(shù)主要是借助于地層能量將井內(nèi)積液從井筒內(nèi)舉升排出，此項技術(shù)具有成本低、投資小、工藝簡單等優(yōu)勢。

該項技術(shù)適用范圍較廣，當氣井的日產(chǎn)液量≤100 m3/d、井深≤3 500 m、井底溫度≤120 ℃時，均可采用該項技術(shù)將井筒內(nèi)積液排出。

2 實驗部分

2.1 實驗條件

地層溫度：84.3 ℃。

實驗用水：海上K 氣田M 氣井地層水，礦化度19 546.3 mg/L，屬于碳酸氫鈉水型，地層水水質(zhì)分析情況如表1所示。

表1 K氣田M氣井地層水水質(zhì)分析

2.2 實驗藥劑及儀器

NaCl（分析純），天津市津東天正精細化學試劑廠；泡排劑F20201（工業(yè)級），東營市百揚石油科技有限公司；泡排劑F20202（工業(yè)級），陜西森瑞石油技術(shù)開發(fā)有限公司；泡排劑F20203（工業(yè)級），青島利德油田服務(wù)有限公司；泡排劑F20204（工業(yè)級），陜西馭騰實業(yè)有限公司；泡排劑F20205（工業(yè)級），濟南旭創(chuàng)化工科技有限公司。

BSA423S 型電子天平，賽多利斯公司；LB20ES 型吳茵剪切機，北京探礦工程研究所；TRACKER H&Foamscan HT 型泡沫掃描儀，法國泰克利斯公司。

泡排采氣動態(tài)性能模擬實驗裝置，實驗室自制，主要由發(fā)泡劑體系注入部分、氮氣注入部分、井筒模型部分、恒溫加熱部分、油藏模擬部分和輔助配套部分組成。該裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 自制泡排采氣動態(tài)性能模擬實驗裝置結(jié)構(gòu)示意

2.3 實驗方法

2.3.1 與地層水的配伍性方法

使用K 氣田M 氣井的產(chǎn)出水配制5%的泡排劑溶液，放置于烘箱中，并設(shè)置溫度為地層條件下84.3 ℃，10 h后觀察溶液的狀態(tài)。

2.3.2 起泡性能評價方法

1）攪拌法：用K 氣田M 氣井的地層水配制0.5%的5 種泡排劑溶液各200 mL，使用吳茵剪切機在5 000 r/min 速度下剪切90 s 后，迅速倒入1 000 mL 量筒中，觀察起泡體積和泡排劑析出100 mL 時的體積（以量筒的讀數(shù)計），并計算泡沫綜合值。

2）泡沫掃描儀法：用K 氣田M 氣井的地層水配制0.5%的5 種泡排劑溶液各100 mL，設(shè)置泡沫掃描儀相關(guān)參數(shù)，使用泡沫掃描儀測定起泡高度變化趨勢及攜液量變化趨勢。

2.3.3 泡排劑最佳濃度篩選

分別配制質(zhì)量分數(shù)為0.l%、0.3%、0.5%、0.7%的泡排劑目標液，在84.3 ℃條件下使用泡沫掃描儀對不同濃度的泡排劑的起泡性能進行評價。

2.3.4 泡排劑耐鹽性能評價

用不同礦化度的NaCl 溶液配制質(zhì)量分數(shù)為0.5%的泡排劑溶液，使用泡沫掃描儀在84.3 ℃溫度下對不同濃度泡排劑的起泡性能進行評價。

2.3.5 泡排劑攜液能力評價

自主研發(fā)的泡排劑動態(tài)性能評價方法是：以5 L/min 的流速向泡排采氣動態(tài)性能模擬實驗裝置的底部砂管中注入空氣，模擬注氣端；底部砂管另一端分別注入不同體積的K 氣田M 氣井地層水，模擬水體侵入。使用點滴法向可視化帶刻度的油管中滴加0.5%的泡排劑溶液，記錄每次井筒剩余液量，計算排液效率。排液效率是泡沫排液后對井筒積液的攜帶能力，即攜液能力，其計算見式（1）～（2）。

3 泡排劑優(yōu)選及性能評價

3.1 與地層水的配伍性評價結(jié)果

泡排劑中的一些基團可能與Ca2+、Mg2+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，最終影響排液效果，因此首先考察泡排劑與地層水的配伍性。在84.3 ℃的烘箱中放置10 h后，溶液均未產(chǎn)生沉淀以及絮狀物，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：該體系與地層水的配伍性良好。

圖2 泡排劑與地層水的配伍性

3.2 泡排劑篩選及發(fā)泡能力評價結(jié)果

在水平井的泡沫排水采氣中，由于受到井筒工藝的影響，可能會增加泡沫排液采氣施工難度，影響泡排效果。研究表明，使用發(fā)泡力和穩(wěn)泡性好的起泡劑能提高水平井斜井段的攜液效果［1］。在吳茵剪切機中對5 種泡排劑采用攪拌法考察起泡性能［2］，對泡排劑進行初篩選，實驗結(jié)果見表2。

表2 泡排劑起泡性能指標（攪拌法）

由表2可以看出：泡排劑F20205 在發(fā)泡能力、穩(wěn)泡性及攜液量等方面均優(yōu)于其他4 種起泡劑。這主要是由于該泡排劑為陰-非離子表面活性劑復配而成，因此其穩(wěn)泡性以及發(fā)泡性能較好?；谏鲜龇治觯瑑?yōu)選F20205泡排劑開展下一步的研究。

3.3 泡排劑最佳濃度篩選結(jié)果

采用K 氣田M 氣井地層水樣，在84.3 ℃條件下使用泡沫掃描儀對不同濃度的F20205 泡排劑的相關(guān)性能進行評價［3］，結(jié)果見圖3～4和表3。

圖3 泡排劑F20205在不同質(zhì)量分數(shù)下的積液體積差變化趨勢

圖4 泡排劑F20205在不同質(zhì)量分數(shù)下的泡沫攜液量變化趨勢

表3 不同質(zhì)量分數(shù)下泡排劑F20205泡沫性能指標

由圖3～4 可以看出：在84.3 ℃條件下，不同質(zhì)量分數(shù)的泡排劑F20205的發(fā)泡高度、穩(wěn)泡能力及攜液量變化規(guī)律基本一致，質(zhì)量分數(shù)越大，各性能指標值越大。開始鼓氣后，泡排劑迅速發(fā)泡，積液體積差和攜液量急劇升高，同時達到峰值后，積液體積差略有回落，泡沫攜液量則先急后緩快速下降，在測試結(jié)束（10 min）時攜液量趨近于0。

由表3可知：泡排劑F20205 質(zhì)量分數(shù)低于0.5%時，泡沫綜合值隨著質(zhì)量分數(shù)提高而明顯增加；當質(zhì)量分數(shù)高于0.5%時，泡沫綜合值略有增加?？紤]到現(xiàn)場施工成本因素，室內(nèi)推薦泡排劑F20205質(zhì)量分數(shù)為0.5%。

3.4 耐鹽能力評價結(jié)果

通過前文所研究得到的最佳體系配方，對該體系的耐鹽性能進行評價［4-6］。在油藏溫度（84.3 ℃）配制不同礦化度起泡劑溶液200 mL，采用泡沫掃描儀法［7-10］進行泡排劑排液能力及泡沫綜合值評價研究，結(jié)果見圖5。

圖5 最佳體系配方在不同礦化度下的泡沫性能

由圖5可以看出：礦化度對泡排劑樣品的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性的影響較小。

3.5 泡排劑攜液能力評價結(jié)果

使用自制泡排采氣動態(tài)性能模擬實驗裝置模擬注氣和水體侵入，測定泡排劑加入后產(chǎn)生泡沫的穩(wěn)定能力和攜液能力。參照2.3 節(jié)實驗方法中泡排劑攜液能力評價方法，對泡排劑的攜液能力進行評價，實驗結(jié)果見表4。

表4 泡排劑攜液能力評價數(shù)據(jù)

由表4可以看出：在相同的實驗條件下，排液效率隨井筒積液量的降低呈現(xiàn)先增加后緩慢降低的趨勢，且井筒剩余液量隨井筒積液量的變化不大。這主要是由于在井筒深度和注氣速度一定的條件下，泡沫排液效率受泡沫生成速度和泡沫質(zhì)量的影響比較大。當井筒積液量較大時，注氣速度低，嚴重影響生泡速度；當井筒積液量較小時，氣液比變大，泡沫中氣體含量增大，所形成的泡沫不均一，從而嚴重影響泡沫質(zhì)量。實驗所篩選的目標井的泡排劑體系在最佳使用質(zhì)量分數(shù)為0.5%時，其對目標井的井筒積液排液效率超過75.0%。

4 結(jié)論

1）K 氣田M 氣井條件下篩選出泡排劑是F20205，質(zhì)量分數(shù)為0.5%時，其具有較好的起泡和穩(wěn)泡性能，且具有良好的耐鹽性能。

2）基于自主研發(fā)的泡排劑動態(tài)性能評價方法進行攜液效率評價實驗，質(zhì)量分數(shù)為0.5%的泡排劑F20205攜液效率超過75%。