海上M气井泡沫排液体系筛选及性能评价

胡 雪，郑继龙，赵 军，陈 平，吴彬彬，刘浩洋

1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452；2.海洋石油高效开发国家重点实验室，天津300452

海上K 气田主力产气层位分为两套生产气层：主力气组Y1Ⅰ砂体分布稳定，有效厚度4.4 ～11.2 m；非主力气组Y1Ⅱ砂体非均质性较强，有效厚度1.6～10.4 m，储层孔隙度为21%～25%，平均渗透率为100 mD。该气田北侧下层系先后共7 口井投产，其中4 口井相继遭水淹停喷，无水采气期1年，无水采出程度仅为7%；2 口井在生产，日产气28万方，采气速度1.3%，累计产气43.0亿方，采出程度53.6%。南侧4 口水淹停喷井均为Y1Ⅰ气组单采井，北侧A1井见水出砂关停；2 口在生产井均为Y1Ⅰ+Y1Ⅱ气组合采井，目前均带水生产，F 生产测井确认Y1Ⅱ产水，M井怀疑Y1Ⅱ产水。

K气田F、M井带水生产，F产水来自Y1Ⅱ，生产位置高，含水较低，M 产水来自Y1Ⅱ可能性较大，井口压力4.2～4.3 MPa，各井不同程度存在递减，需维持稳定生产。K 气田目前产气1.320×105m3/d，产水80.5 m3/d，初步判断井底积液可能在水平段，在顶部封隔器总成与井眼之间可能存在积液，约为716 m。

综上所述，M 气井积液停喷风险较大，邻井干扰严重，现场需要向井内注入能遇水产生大量泡沫的泡排剂，基于井筒气流的搅动作用，井筒积液与泡排剂将在井筒中生成大量低密度泡沫，从而改变井筒流体流态，实现井筒积液的举升。

1 泡沫排液采气原理

泡沫排液采气技术主要是向气井中注入一定质量浓度的泡排剂，泡排剂进入井筒后与井筒内的积液充分混合，在井筒中受到产出气的搅动作用，从而形成低密度含水泡沫，含水泡沫能有效减少井底回压，同时能防止井筒积液“滑脱”，从而提高气井排液能力，增加气井产能。泡沫排液采气技术主要是借助于地层能量将井内积液从井筒内举升排出，此项技术具有成本低、投资小、工艺简单等优势。

该项技术适用范围较广，当气井的日产液量≤100 m3/d、井深≤3 500 m、井底温度≤120 ℃时，均可采用该项技术将井筒内积液排出。

2 实验部分

2.1 实验条件

地层温度：84.3 ℃。

实验用水：海上K 气田M 气井地层水，矿化度19 546.3 mg/L，属于碳酸氢钠水型，地层水水质分析情况如表1所示。

表1 K气田M气井地层水水质分析

2.2 实验药剂及仪器

NaCl（分析纯），天津市津东天正精细化学试剂厂；泡排剂F20201（工业级），东营市百扬石油科技有限公司；泡排剂F20202（工业级），陕西森瑞石油技术开发有限公司；泡排剂F20203（工业级），青岛利德油田服务有限公司；泡排剂F20204（工业级），陕西驭腾实业有限公司；泡排剂F20205（工业级），济南旭创化工科技有限公司。

BSA423S 型电子天平，赛多利斯公司；LB20ES 型吴茵剪切机，北京探矿工程研究所；TRACKER H&Foamscan HT 型泡沫扫描仪，法国泰克利斯公司。

泡排采气动态性能模拟实验装置，实验室自制，主要由发泡剂体系注入部分、氮气注入部分、井筒模型部分、恒温加热部分、油藏模拟部分和辅助配套部分组成。该装置结构示意图如图1所示。

图1 自制泡排采气动态性能模拟实验装置结构示意

2.3 实验方法

2.3.1 与地层水的配伍性方法

使用K 气田M 气井的产出水配制5%的泡排剂溶液，放置于烘箱中，并设置温度为地层条件下84.3 ℃，10 h后观察溶液的状态。

2.3.2 起泡性能评价方法

1）搅拌法：用K 气田M 气井的地层水配制0.5%的5 种泡排剂溶液各200 mL，使用吴茵剪切机在5 000 r/min 速度下剪切90 s 后，迅速倒入1 000 mL 量筒中，观察起泡体积和泡排剂析出100 mL 时的体积（以量筒的读数计），并计算泡沫综合值。

2）泡沫扫描仪法：用K 气田M 气井的地层水配制0.5%的5 种泡排剂溶液各100 mL，设置泡沫扫描仪相关参数，使用泡沫扫描仪测定起泡高度变化趋势及携液量变化趋势。

2.3.3 泡排剂最佳浓度筛选

分别配制质量分数为0.l%、0.3%、0.5%、0.7%的泡排剂目标液，在84.3 ℃条件下使用泡沫扫描仪对不同浓度的泡排剂的起泡性能进行评价。

2.3.4 泡排剂耐盐性能评价

用不同矿化度的NaCl 溶液配制质量分数为0.5%的泡排剂溶液，使用泡沫扫描仪在84.3 ℃温度下对不同浓度泡排剂的起泡性能进行评价。

2.3.5 泡排剂携液能力评价

自主研发的泡排剂动态性能评价方法是：以5 L/min 的流速向泡排采气动态性能模拟实验装置的底部砂管中注入空气，模拟注气端；底部砂管另一端分别注入不同体积的K 气田M 气井地层水，模拟水体侵入。使用点滴法向可视化带刻度的油管中滴加0.5%的泡排剂溶液，记录每次井筒剩余液量，计算排液效率。排液效率是泡沫排液后对井筒积液的携带能力，即携液能力，其计算见式（1）～（2）。

3 泡排剂优选及性能评价

3.1 与地层水的配伍性评价结果

泡排剂中的一些基团可能与Ca2+、Mg2+发生反应产生沉淀，最终影响排液效果，因此首先考察泡排剂与地层水的配伍性。在84.3 ℃的烘箱中放置10 h后，溶液均未产生沉淀以及絮状物，结果如图2所示。由图2可知：该体系与地层水的配伍性良好。

图2 泡排剂与地层水的配伍性

3.2 泡排剂筛选及发泡能力评价结果

在水平井的泡沫排水采气中，由于受到井筒工艺的影响，可能会增加泡沫排液采气施工难度，影响泡排效果。研究表明，使用发泡力和稳泡性好的起泡剂能提高水平井斜井段的携液效果［1］。在吴茵剪切机中对5 种泡排剂采用搅拌法考察起泡性能［2］，对泡排剂进行初筛选，实验结果见表2。

表2 泡排剂起泡性能指标（搅拌法）

由表2可以看出：泡排剂F20205 在发泡能力、稳泡性及携液量等方面均优于其他4 种起泡剂。这主要是由于该泡排剂为阴-非离子表面活性剂复配而成，因此其稳泡性以及发泡性能较好。基于上述分析，优选F20205泡排剂开展下一步的研究。

3.3 泡排剂最佳浓度筛选结果

采用K 气田M 气井地层水样，在84.3 ℃条件下使用泡沫扫描仪对不同浓度的F20205 泡排剂的相关性能进行评价［3］，结果见图3～4和表3。

图3 泡排剂F20205在不同质量分数下的积液体积差变化趋势

图4 泡排剂F20205在不同质量分数下的泡沫携液量变化趋势

表3 不同质量分数下泡排剂F20205泡沫性能指标

由图3～4 可以看出：在84.3 ℃条件下，不同质量分数的泡排剂F20205的发泡高度、稳泡能力及携液量变化规律基本一致，质量分数越大，各性能指标值越大。开始鼓气后，泡排剂迅速发泡，积液体积差和携液量急剧升高，同时达到峰值后，积液体积差略有回落，泡沫携液量则先急后缓快速下降，在测试结束（10 min）时携液量趋近于0。

由表3可知：泡排剂F20205 质量分数低于0.5%时，泡沫综合值随着质量分数提高而明显增加；当质量分数高于0.5%时，泡沫综合值略有增加。考虑到现场施工成本因素，室内推荐泡排剂F20205质量分数为0.5%。

3.4 耐盐能力评价结果

通过前文所研究得到的最佳体系配方，对该体系的耐盐性能进行评价［4-6］。在油藏温度（84.3 ℃）配制不同矿化度起泡剂溶液200 mL，采用泡沫扫描仪法［7-10］进行泡排剂排液能力及泡沫综合值评价研究，结果见图5。

图5 最佳体系配方在不同矿化度下的泡沫性能

由图5可以看出：矿化度对泡排剂样品的起泡能力和泡沫稳定性的影响较小。

3.5 泡排剂携液能力评价结果

使用自制泡排采气动态性能模拟实验装置模拟注气和水体侵入，测定泡排剂加入后产生泡沫的稳定能力和携液能力。参照2.3 节实验方法中泡排剂携液能力评价方法，对泡排剂的携液能力进行评价，实验结果见表4。

表4 泡排剂携液能力评价数据

由表4可以看出：在相同的实验条件下，排液效率随井筒积液量的降低呈现先增加后缓慢降低的趋势，且井筒剩余液量随井筒积液量的变化不大。这主要是由于在井筒深度和注气速度一定的条件下，泡沫排液效率受泡沫生成速度和泡沫质量的影响比较大。当井筒积液量较大时，注气速度低，严重影响生泡速度；当井筒积液量较小时，气液比变大，泡沫中气体含量增大，所形成的泡沫不均一，从而严重影响泡沫质量。实验所筛选的目标井的泡排剂体系在最佳使用质量分数为0.5%时，其对目标井的井筒积液排液效率超过75.0%。

4 结论

1）K 气田M 气井条件下筛选出泡排剂是F20205，质量分数为0.5%时，其具有较好的起泡和稳泡性能，且具有良好的耐盐性能。

2）基于自主研发的泡排剂动态性能评价方法进行携液效率评价实验，质量分数为0.5%的泡排剂F20205携液效率超过75%。