泡沫排水采气用排水剂室内筛选及性能评价

杨安国，郑继龙，李　娟

(1. 中国石化河南油田石油工程技术研究院，河南南阳 450000;2. 中海油能源发展工程技术公司三次采油分公司，天津 300452)

随着气井开采程度的加深,地层压力不断衰减，井筒出现大量积液，导致产量下降。研究发现泡沫排水采气技术消除积液效果较明显。

泡沫排水采气工艺原理[1-2]：从油套环空处将起泡剂注入，采用表面活性剂作为起泡剂，起泡剂与井筒中积液在天然气的搅拌下，产生大量泡沫，生成的泡沫在井筒中被连续举升,泡沫柱底部的液体不断补充, 直至将井底积水排净[3]。此外,起泡剂能将井筒中泥沙和淤渣等排出,达到清洗井筒,实现增产的目的[4]。

泡沫排水采气成功的关键在于起泡剂的起泡性、稳泡性和携液能力等。本研究利用罗氏泡沫仪对泡沫排水采气用排水剂进行室内筛选及性能评价，主要对起泡剂的起泡性、稳泡性、携液能力、配伍性、表面活性和腐蚀性等进行评价。

1　实验

1.1　原料

实验用水:室内配制气井地层水，总矿化度为10 000 mg/L,CaCl2水型，经0.45 μm微孔滤膜过滤；表面活性剂：氟碳表面活性剂TF3721(PSJ-1)、UT-6(PSJ-2)，全氟表面活性剂Zonyl(PSJ-3)，阴离子表面活性剂FRS(PSJ-4)，阳离子表面活性剂AF4018-SJ(PSJ-8)，非离子表面活性剂AF4018-Y(PSJ-13)，均为液体，天津市雄冠科技发展有限公司提供；消泡剂：正丁醇( XP-Ⅰ)、磷酸三丁酯(XP-Ⅱ)、硅醚混合型( XP-Ⅲ)，均为液体，自制。

1.2　仪器

罗氏泡沫仪,东莞市鑫磊仪器厂；电子天平,精度0.001 g；恒温水箱，扬州华宝石油仪器有限公司；表面张力仪，山东同业分析仪器厂。

2　起泡剂的室内筛选

2.1　起泡剂与地层水的配伍性

泡沫排水采气施工过程中，若注入的起泡剂与地层水不配伍，会影响泡沫排液采气的效果，甚至导致严重的储层伤害。因此,研究起泡剂与地层水的配伍性是泡沫排液采气的前提。表面活性剂加量(以质量分数计，下同)为0.3%,考察不同类型起泡剂与地层水间的配伍性，结果见表1。

表1　起泡剂与地层水配伍性的实验结果

从表1看出，起泡剂PSJ-2和PSJ-13与地层水的配伍性差，均产生沉淀;其他起泡剂与地层水的配伍性良好，且溶解速度较快。

2.2　起泡剂的起泡能力和稳定性

选用配伍性良好的起泡剂PSJ-1，PSJ-3，PSJ-4和PSJ-8进行起泡能力评价实验。起泡剂的评价方法主要有搅拌法、气流法和倾注法等，此实验采用倾注法进行评价。水浴温度120 ℃，将200 mL起泡剂从Ross-Miles管[5]中流下,流入盛有50 mL相同浓度的起泡剂中,记录流毕200 mL起泡剂时的泡沫高度H0和5 min时泡沫高度H5,评价起泡剂的起泡性与稳定性[6]，结果见表2。消泡速度(v)计算公式为:

v=(H0-H5)/5

式中，v反映泡沫消失快慢的参数，v越大，泡沫消失较快，起泡剂的稳定性差。

表2　不同起泡剂起泡能力实验结果

从实验现象看出,表面活性剂PSJ-1加入5 min后泡沫很少，未读出泡沫高度。从表2看出,4种起泡剂在相同温度和加量，起泡剂的起泡能力和稳泡能力不同, PSJ-3和PSJ-8初始起泡高度均在100 mm左右，说明均具有较好的起泡能力，PSJ-3泡沫的消泡速度v为3.56 mm/min，说明起泡剂PSJ-3具有较好的稳泡能力。因此，选用PSJ-3表面活性剂作为泡沫起泡剂。

3　起泡剂PSJ-3加量的确定

3.1　PSJ-3加量对带水能力的影响

水浴温度120 ℃下，利用室内设计的模拟气井携液过程的实验装置，对不同加量的起泡剂PSJ-3进行带水能力评价实验[7]，结果见表3。

表3　起泡剂PSJ-3加量对带水能力的影响

从表3可知，PSJ-3加量为0.30%～0.50%时，起泡剂PSJ-3具有较好的排水能力。因此，初步确定起泡剂PSJ-3加量为0.30%～0.50%。

3.2　起泡剂PSJ-3加量对起泡能力的影响

固定其他条件，采用倾注法进行不同加量起泡剂PSJ-3起泡能力的评价，结果见表4。起泡剂PSJ-3较适宜气井的实际情况，其理论使用加量为0.30%～0.45%。

表4　起泡剂PSJ-3加量对起泡能力的影响

3.3　PSJ-3加量对缓蚀性能的影响

在120 ℃下利用挂片腐蚀仪进行PSJ-3的缓蚀性能评价，考察起泡剂PSJ-3溶液对钢片的缓蚀率和腐蚀速率的影响，结果见表5。

表5　起泡剂PSJ-3加量对缓蚀性能的影响

从表5可知，加入0.30% PSJ-3的溶液对钢片的腐蚀速率为0.314 8 g/(m2·h),缓蚀率达49.6%。

3.4　PSJ-3加量对表面张力的影响

起泡剂的表面张力主要表征泡沫的表面活性，其主要影响起泡剂的起泡能力、稳泡能力及泡沫的强度和厚度等，表面张力低，气液两相易混合，产生更多的泡沫。用地层水配制起泡剂溶液，地层水体积为50 mL，考察PSJ-3加量对表面张力的影响，结果见表6。

表6　PSJ-3加量对表面张力的影响

从表6看出，在地层水中加入起泡剂PST-3后，表面张力明显降低，不同加量的PSJ-3表面张力均为35 mN/m左右，说明起泡剂PSJ-3加量对表面张力影响不大。

综上所述，起泡剂PSJ-3能适应泡沫助排的要求，与生产井地层水混合后，在井下温度、压力条件下不产生堵塞。PST-3加量以0.30%为宜。另外起泡剂PSJ-3具有缓蚀功能作用，可降低地层水和气体对钢管的腐蚀，延长其使用寿命。

4　消泡剂的筛选

利用倾注法对室内现有的3种消泡剂进行消泡时间和抑泡时间测定，采用地层水，分别配制质量分数为0.10%的3种消泡剂溶液，取0.30%的起泡剂PSJ-3溶液200 mL加入装置，鼓气，泡沫上升500 mL时，加入20 mL 0.10%消泡剂溶液，同时计时，泡沫全部消失后，记录消泡时间。将100 mL 0.30%的起泡剂和20 mL 0.10%消泡剂的混合溶液加入装置，鼓气，同时计时，泡沫上升至500 mL时，记录抑泡时间。结果见表7。

表7　消泡剂消泡能力的评价实验结果

从表7可知，消泡剂XP-Ⅱ消泡速度较快，但抑泡时间较短；消泡剂XP-Ⅰ和XP-Ⅲ抑泡时间相同，但消泡剂XP-Ⅲ消泡速度相对较快，综合考虑起泡剂和消泡剂间配伍性，选择消泡剂XP-Ⅲ作为气田的消泡剂。通过消泡剂XP-Ⅲ性能测试结果，其质量分数以0.10%为宜。

5　结论

1)通过室内评价实验，选用起泡剂PSJ-3，其加量为0.30%；消泡剂为XP-Ⅲ，其最佳加量为0.10%。

2)在地层水中加入起泡剂PSJ-3，可大幅降低溶液的表面张力，且在高矿化度条件下具有良好的起泡能力和携液能力。PSJ-3能适应泡沫助排的要求，与生产井地层水混合后，在井下温度、压力条件下不产生堵塞。且其具有缓蚀功能，可降低地层水和气体对钢管的腐蚀，延长使用寿命。

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