泡排井用起泡剂室内评价及影响因素研究

阎晓雨 敬加强 晏梓洋 等

摘 要：起泡剂作为泡排工艺的核心化学助剂，在现场实际应用前，对其各项性能的评价是必不可少的一个环节。本文对目前使用较为广泛的UT-11C型起泡剂开展了室内研究，采用经典的静态评价方法，并结合自行设计的泡沫管流可视化实验装置进行动态评价。研究结果表明：该型起泡剂起泡和稳泡性能良好，起泡基液浓度、温度和矿化度对起泡剂有较为明显的影响，起泡剂浓度5‰、温度40 ℃时起泡性能最佳，而在矿化度高于60 g/L的环境中泡沫稳定性极差。通过静态、动态评价实验方法的综合考查，能够更加全面的认识起泡剂性能。

关 键 词：泡沫排水；起泡剂；影响因素；评价实验

中图分类号：TE 357 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）03-0526-04

Abstract： Foaming agent is the core chemical additive of the foam drainage gas recovery technology； its evaluation performance is an essential part before field application. In this paper， taking UT-11C foaming agent as research objective， combined with self-designed foam pipe-flow visual experimental apparatus， dynamic evaluation on UT-11C foaming agent was carried out by using classical static evaluation method. The research results indicate that， this foaming agent has good foamability and stability； its properties can be obviously affected by the concentration， temperature and salinity of base fluid. This foaming agent has the best performance under the condition of the concentration 5‰ and temperature 40 ℃.On the other hand， when the salinity is higher than 60 g/L， the foam stability is poor.

Key words： Foam drainage gas recovery； Foaming agent； Influence factors； Evaluating experiments

在气田开发的过程中，为解决因地层水侵入导致的产量下降或停产的问题，优选泡沫排水工艺，即通过向井底注入表面活性剂使得井内水分散成低密度泡沫，增强气井带水能力，将地层水带出井口升举到地面。泡排工艺具有排液量大、较深井况适宜性强、地面及环境条件要求低、设计简单、投资小、效益好、加注灵活且免修期长等优点[1，2]。

起泡剂作为泡排工艺的核心化学助剂，其性能优劣决定着泡排井能否实现稳产、增产和延长自喷期的目标[3]。起泡剂性能的常规评价手段，属于静态评价，包括气流法、Ross-Miles法、搅拌法等。本文引入自行设计搭建的泡沫管流可视化实验装置，针对在某气田广泛应用的UT-11C型起泡剂，采用动静结合的评价方法，开展系统的性能评价。

1 实验设计

1.1 起泡剂基本性能

泡沫排水采气是一个从井底到井筒再到地面的长距离、复杂过程，因此对于起泡剂性能的考查也是多方面的：起泡能力强，携液量大，泡沫稳定性适中，与地层介质良好配伍[4-6]。

1.2 起泡剂性能评价方法

室内静态评价选用搅拌法（Waring-Blender法[7]），是将定量的试液置于一定规格的刻度容器内，再用搅拌器搅拌一段时间，记录泡沫高度和析出液体时间，可用于衡量泡沫体系起泡能力、稳定性两方面的性能，实验装置选用GJ-1型高速搅拌机。

表面张力：参照SY/T 6465-2000推荐使用圆环法测定试液的表面张力，选用DT-102型全自动界面张力仪进行实验。

室内动态评价选用泡沫管流可视化实验装置，该套装置由气体控制系统、起泡基液控制系统、泡沫生成系统、管流测试系统、数据采集系统等五部分组成。它能够实现在多气液比、多工况设定条件下的泡沫生成、流动、测定、收集等功能，模拟气-液-泡沫流体在管道内的流动，满足起泡剂的动态起泡能力、携液性能、半衰期等的测定。

1.3 实验内容

实验以起泡高度、半衰期及起泡基液的表面张力作为起泡剂评价主要指标，具体实验分为两部分：（1）在不同浓度、温度、pH值及地层水矿化度条件下，采用静态评价测定UT-11C型起泡剂的起泡能力、半衰期及表面张力，分析各因素对其起泡性能的影响；（2）根据静态评价结果，选择影响程度明显的因素，利用泡沫管流可视化实验装置，进一步研究在流动过程中各因素的影响情况。

2 实验结果与讨论

2.1 静态评价实验

2.1.1 浓度影响

在常温下，将UT-11C起泡剂分别配置两组质量分数为1‰、2‰、5‰、8‰、10‰的100 mL起泡基液。其中一组采用高速搅拌法测定泡沫体积V0和半衰期t1/2，取另一组基液测定其表面张力，结果如图1。

随着起泡剂浓度的增大，体系的发泡量先以较为明显的趋势增加，浓度5‰时达到最大起泡量，随后增加的趋势变缓，并出现发泡量一定程度的下降。不同浓度下每100 mL起泡基液起泡体积均达到550 mL以上，起泡剂起泡效果较好；泡沫体系的半衰期达到4.0 min以上，在实验浓度范围内，半衰期受起泡剂浓度影响较小；随着溶液中起泡剂浓度的增加，溶液表面张力大幅下降，在浓度5‰左右达到最低值，5‰后表面张力变化不大。因此，起泡剂浓度在5‰时，能够达到最佳起泡效果。

2.1.2 温度影响

取UT-11C型起泡剂，分别配置两组质量分数为2‰，温度为5、10、20、40、60 ℃的100 mL起泡基液。其中一组采用高速搅拌法测定泡沫体积V0和半衰期t1/2，取另一组基液测定其表面张力，结果如图2。

泡沫体积随着温度的升高，呈较快增长的趋势，在40 ℃时，泡沫体积达到624 mL，起泡效果最好；超过40 ℃后，泡沫的起泡量又随着温度升高，呈现缓慢下降的趋势。而随着温度升高，泡沫体系半衰期呈显著下降的趋势，泡沫稳定性变差。虽然溶液表面张力随温度升高而下降，但分析认为较高温度下表面活性增强，有利于增强泡沫发泡性能。

2.1.3 pH值影响

取UT-11C型起泡剂，分别配置两组质量分数为2‰，pH值为2、4、6、8、10的100 mL起泡基液。其中一组采用高速搅拌法测定泡沫体积V0和半衰期t1/2，取另一组基液测定其表面张力，结果如图3。

起泡剂在酸性、中性或者碱性条件下，起泡性能均未出现明显变化，起泡量均能够达到600 mL以上，起泡效果良好，起泡性能基本不受pH的影响；泡沫体系半衰期维持在3.5 min以上，泡沫稳定性受溶液酸碱性影响不大；溶液表面张力保持在29.20 mN/m左右，基本不受溶液酸碱性影响。

2.1.4 矿化度影响

根据现场地层水水型，取UT-11C型起泡剂，分别配置两组质量分数为2‰，矿化度为20 000、40 000、60 000、80 000、100 000的100 mL起泡基液。其中一组采用高速搅拌法测定泡沫体积V0和半衰期t1/2，取另一组基液测定其表面张力，结果如图4。

随地层水矿化度越高，起泡剂起泡能力略有增强，但增幅不大；泡沫半衰期随矿化度增大而减小，在高矿化度中泡沫稳定性减弱，在矿化度高于

60 000 mg/L的环境中泡沫稳定性极差。因矿化度增加，表面张力减小，在高矿化度中达到超低表面张力。通过与浓度2‰的非矿化水起泡基液的起泡性能比较，发现在矿化水存在情况下的起泡量及半衰期都明显偏小。

2.2 动态评价实验

根据静态评价实验结果，起泡剂浓度、温度和地层水矿化度是对起泡剂性能影响较大的因素。其中，由于单一气井地层水矿化度在一定生产周期内波动很小，且经过使用前的配伍性测试的起泡剂均能适应气井的地层工况。因此矿化度不作为动态实验因素，以下对起泡剂浓度和温度在流动状态下的起泡性能进行分析。

2.2.1 浓度影响

取UT-11C型起泡剂，分别配置质量分数为1‰、2‰、5‰的起泡基液。通过泡沫管流可视化实验装置，测试泡沫液流经D25管道的平均压差ΔP和生成的泡沫高度HD0，结果如图5、6。

从图中可以看出，同一气液比条件下，起泡基液浓度越高，流经管道的压力损失也越大，在管道末端产生的泡沫量也越多。高浓度泡沫总体上流动压差和泡沫量大于低浓度泡沫，其中在低气液比时，三种浓度起泡液流动压差、泡沫量均有波动，分析认为在低气液比范围，泡沫流体经历了从段塞流、波动流、分层流等多种流态，对泡沫流动压差和泡沫量造成了影响，而在大气液比情况下，三种浓度起泡液的流态基本保持分层流动，流动压差已比较接近，泡沫量也趋于平稳。

2.2.2 温度影响

取UT-11C型起泡剂，分别配置质量分数为1‰，温度为20、40、60 ℃的起泡基液。通过泡沫管流可视化实验装置，测试泡沫液流经DN25管道的平均压差ΔP和生成的泡沫高度HD0，结果如图7、8。

分析图表可知，泡沫流体经管道后，温度对流动压力损失和末端产生泡沫量影响都较小。在气液比从小到大的变化过程中，三种温度泡沫液的流动压差和泡沫量始终都处在交叉变动且变动幅度不大的状态，说明在实际生产中泡沫从井底反出后，由于地面工艺装置均处于大气温度下，故井底温度波动并不会影响泡排井的正常生产。

3 结 论

通过对UT-11C型起泡剂室内的静态、动态评价，较为全面的认识了该型起泡剂的基本性能。

（1）UT-11C起泡剂起泡性能良好，起泡速度较快，其产生泡沫稳定性、泡沫携液能力较好，抗酸碱性能力较高。

（2）浓度对起泡性能的影响，在静态、动态评价实验中均表现为起泡基液浓度越高，产生的泡沫量越大，说明浓度是泡排工艺中较为重要的一个影响因素。

（3）温度则在静态和动态评价中，展现出不同的影响趋势，静态实验中温度对起泡量有明显的促进，但到达一定温度后趋于平缓；在动态实验中，起泡基液的温度差异并未影响到管流中泡沫液的变化。

（4）起泡剂室内评价作为泡沫排水采气工艺中必不可少的一个环节，应采取静态和动态实验相结合的评价方法，以综合考查起泡剂性能，为现场运用提供更加全面的技术支撑。

参考文献：

[1]春兰，魏文兴.国内外排水采气工艺现状[J].吐哈油气，2004，9（3）：255-261.

[2]杨继盛.采气工艺基础[M].北京：石油工业出版社，1992：402.

[3]马成华.一种高温泡排剂的实验室评价[J].精细石油化工进展，2007（12）.

[4]牟春国.苏里格气田气井产水分析及新型泡排剂试验[J].石油化工应用，2012，31（4）：24.

[5]宋吉锋.苏里格气田苏20区块泡排剂选型及加注制度优化研究[D].西安：西安石油大学，2013.

[6]廖锐全，曾庆恒，杨玲.采气工程 [M].第2版.北京：石油工业出版社，2012：135.

[7]程文学，邢晓凯，左丽丽，等.液体泡沫性能测试方法综述[J].油田化学，2014，31（1）：153.