泡排剂耐盐抗油性能的优化

马智国，邹巧育，胡 敏，林海萍

（1.陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710302；2.西安石油大学，陕西西安 710065）

天然气井在开采过程中由于边水、底水的推进作业措施等会造成井筒内不断积水，从而使产气量不断下降，甚至压死气井[1]。为了提高气田的采收率，人们采用了多种方法来消除井底积液，包括泡沫排水采气、井下节流排水采气、优选管柱排水采气、柱塞气举排水采气和增压抽吸排水采气等。其中泡沫排水采气技术由于具有诸多优点，近年来在国内外采气工业中得到了广泛的应用。该技术是将一定量的泡排剂注入气井中，井底积液与泡排剂接触后，借助天然气流的搅动，生成大量低密度含水泡沫，随气流从井底被携带到地面，从而达到排水、稳产、增产和延长气井自喷期的目的[2～3]。泡沫排水采气的关键在于泡排剂的性能，即在一定的地层水矿化度、甲醇、凝析油含量及地层温度下，要求泡排剂有尽可能好的起泡能力、适中的泡沫稳定性和较大的携液量。

1 实验部分

1.1 主要药品与实验方法

泡排剂YUZ，实验室自制；甜菜碱A、甜菜碱B、甜菜碱C、甜菜碱D，均为工业级，由上海诺颂实业有限公司提供；FC（全氟烷基甜菜碱）、氧化胺，工业级，武汉海德化工发展有限公司化学试剂厂；凝析油，长庆油田分公司采气二厂现场样品；氯化钠、无水氯化钙，分析纯，郑州派尼化学试剂厂；OlympusBH-2 光学显微镜，日本Olympus 公司；ESB-V 电子表面平衡张力仪，KYOWA SCITIFIC CO. LTD；罗氏-迈尔斯（Ross-Miles）泡排仪，实验室自制。

1.2 评价方法

实验按照标准SY/T6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》和GB/T7462-1994《发泡力的测定》对泡排剂的起泡能力和携液能力进行评价。参照标准SY/T5370-1999《表面及界面张力测定方法》对泡排剂的表面张力进行测定。

2 实验结果与讨论

2.1 复配添加剂的筛选

通过考察泡排剂YUZ 与单一表面活性剂的配比为9：1 时在含10 %凝析油自来水中的泡沫高度及携液量，采用直观分析法初步筛选出与YUZ 复配最优的表面活性剂，实验结果（见表1）。实验泡排剂溶液浓度为0.5 %，温度为30 ℃。

由表1 可知，泡排剂YUZ 与FC 的复配无论是泡沫高度，还是携液量都优于其他配方。而且与单剂YUZ相比，复配后稳泡效果和携液量都有很大提高。因此，确定泡排剂YUZ 和FC 进行复配。

表1 不同配方在含10 %凝析油的自来水中的起泡高度及携液量

2.2 FC 添加剂量的确定

为了进一步确定泡排剂YUZ 与FC 的最佳配比，在含30 %凝析油的自来水中，对其进行了一系列配比梯度实验。实验结果（见表2）。实验泡排剂溶液浓度为0.5 %，实验温度30 ℃。

表2 在含30 %凝析油的自来水中初选配方的不同配比的泡沫高度及携液量

由表2 可知，随着YUZ 在二者配比中量的增大，起泡高度及携液量呈先增后减的趋势，稳泡能力稍有下降。当配比为18:1 时，稳泡能力相对于配比为9:1时，稍有降低，但是泡沫高度和携液量都优于其他配比，因此由表2 确定泡排剂代号为YUZ-1，其最佳配比为YUZ：FC=18：1。

2.3 泡排剂YUZ-1的各项性能评价

2.3.1 泡沫微观结构 用矿化度为5×104mg/L 的配液用水分别配制质量分数为0.5 %的YUZ 和YUZ-1 泡排剂溶液，在8 000 r/min 的转速下搅拌3 min，然后用电子显微镜放大100 倍观察泡沫微观结构，实验结果（见图1，图2）。

由图1 和图2 可以看出，泡排剂YUZ-1 相对于泡排剂YUZ，产生的泡沫分布比较均匀，多呈现为规则的六边形，液膜有一定的厚度和韧性，Plateau 边界排液速度比较慢，因而YUZ-1 形成的泡沫比YUZ 形成的泡沫稳定[4]。

图1 YUZ 的微观结构

图2 YUZ-1 的微观结构

图3 YUZ 的表面张力测试曲线

图4 YUZ-1 的表面张力测试曲线

2.3.2 表面张力测定 由图3 可知，当泡排剂YUZ 溶液浓度小于0.2 %时，表面张力随着泡排剂溶液浓度的增加而降低，当浓度达到0.2 %时，表面张力降到最低32.2 mN/m，当浓度超过0.2 %时，表面张力基本保持不变。由图4 可知，当泡排剂YUZ-1 溶液浓度小于0.12 %时，表面张力随着泡排剂溶液浓度的增加而降低，当浓度达到0.12%时，表面张力降到最低21.7 mN/m，当泡排剂溶液浓度超过0.12 %时，表面张力基本保持不变。这说明泡排剂YUZ-1 在浓度大于0.12 %时，可有效降低地层水的表面张力，使水在天然气流的搅动下容易分散、发泡，大液滴变成细小的液珠，生成大量低密度水泡沫，进而有利于气水流态由举升效果差的气泡流或段塞流向易举升的雾状流或段塞流转变，减少气液的滑脱损失[5]。而泡排剂YUZ 要达到相同的效果其浓度要大于0.2 %。

2.3.3 耐盐性能 实验室以CaCl2和NaCl 的质量比为1:4 配制了不同矿化度的配液用水进行实验，实验结果（见表3），泡排剂溶液浓度为0.5 %，实验温度30 ℃。

由表3 可知，随着矿化度的增大，泡沫高度和携液量都呈下降趋势，在矿化度为25×104mg/L 时，泡沫起泡高度还可以达到80 mm，5 min 后为35 mm，携液量仍可达到166 mL。其携液能力大于80 %，其中携液能力=（泡沫携带出的液体体积/总泡排剂溶液的体积）×100 %。由表3 可以看出，泡排剂YUZ-1 无论是泡沫高度还是携液量，明显优于泡排剂YUZ，说明泡排剂YUZ 的耐盐能力得到了改善。

表3 不同矿化度中样品的起泡能力实验结果对比

2.3.4 耐油性能 凝析油具有较强的消泡作用，易使泡沫性能变差，而在天然气井的开采过程中，井底积液常含有一定量的凝析油。因此，要求泡排剂具有一定的抗凝析油能力[6]。实验考察了YUZ-1 在不同凝析油含量的矿化度为5×104mg/L 的配液用水中的起泡能力和携液能力（见表4）。泡排剂溶液浓度为0.5 %，实验温度30 ℃。

表4 不同凝析油含量下样品的起泡能力实验结果对比

由表4 可知，在30 ℃时，泡排剂YUZ-1 在不含凝析油的配液用水中的泡沫高度及携液量最好。随着凝析油含量的增加，泡沫高度逐渐降低，当凝析油含量达20 %时，起泡高度仍然可以达到85 mm，5 min 后还剩下40 mm，携液量也随凝析油含量的增加而减少，当凝析油含量为20%时，携液量仍能达到102 mL。由表4 可知，泡排剂YUZ-1 无论是泡沫高度还是携液量均优于泡排剂YUZ，说明泡排剂YUZ 的抗油性能得到了优化。

2.3.5 耐温性能 温度较高时易使泡沫的稳定性变差，由于当温度升高时，气泡中分子运动加剧，气体膨胀、液体蒸汽压增加，从而导致液膜变薄；而且随着温度的升高，泡排剂表面黏度降低，使得泡沫易破裂。因此一般情况下随着温度的升高泡沫稳定性下降[7～8]。为了评价泡排剂的耐温能力，用含油量为10 %、矿化度为5×104mg/L 的配液用水配制0.5 %的泡排剂溶液，测定了该泡排剂在不同温度下的泡沫高度和携液量，实验结果（见图5）。

图5 YUZ-1 在不同温度下的起泡能力和携液量

由图5 可知，随着温度的升高，起泡高度呈现上升趋势，5 min 时的泡高呈现先上升后下降的趋势，携液量一直在降低。70 ℃时，5 min 时的泡高达到最高，为135 mm。当温度升到90 ℃时，起始泡高达到最大，为180 mm，这是由于随着温度的上升，泡沫膨胀使体积变大，因而起始泡高呈现上升趋势；但是5 min 时的泡高仅达到100 mm，这是因为随着时间的延长，液膜水分被蒸发、液膜变薄变脆，最终破裂，导致泡沫稳定性下降；但是其携液量仍能达到148 mL。

2.3.6 缓蚀能力 气井的油管与地层水接触后会使井底油管等金属材料产生腐蚀。因此需要测定该泡排剂的缓蚀能力[9]。在50 ℃下，用N80 钢片，采用1#井现场水样配制0.5 %泡排剂溶液，采用挂片失重方法，考察泡排剂溶液的腐蚀性，实验结果（见表5）。

试验中，试验挂片均较为光亮，无明显的腐蚀斑点或者是腐蚀沟痕，由表5 可知，两种泡排剂的腐蚀速率均小于空白时的腐蚀速率，而且泡排剂YUZ-1 的腐蚀速率小于泡排剂YUZ 的腐蚀速率，说明泡排剂的加入不会加重或者加速管材的腐蚀，而且对井底油管具有一定的保护作用[10]。

3 结论

（1）通过考察泡排剂YUZ 与单一表面活性剂的配比为9：1 时的泡沫高度及携液量，确定泡排剂YUZ 与FC 的复配最优；再对其做一系列配比梯度，最终确定泡排剂YUZ-1 的最佳配比为YUZ：FC=18：1。

表5 泡排剂YB 的腐蚀性及其对比试验

（2）通过对两种泡排剂的耐盐抗油能力的研究与分析，充分说明泡排剂YUZ 的耐盐抗油能力得到了优化。

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