泡沫洗井液的研究與應(yīng)用

付亞榮 付麗霞 李造吉 李冬青 曹瑾

（1.華北油田公司第五采油廠；2.華北油田公司采油工藝研究院；3.華北油田公司第一采油廠）

泡沫洗井液的研究與應(yīng)用

付亞榮1付麗霞2李造吉1李冬青1曹瑾3

（1.華北油田公司第五采油廠；2.華北油田公司采油工藝研究院；3.華北油田公司第一采油廠）

為解決油井熱洗時(shí)洗井介質(zhì)污染地層，產(chǎn)量不能及時(shí)恢復(fù)的實(shí)際問題，在分析洗井對地層的傷害機(jī)理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用含有一定數(shù)量的硫酸基和環(huán)氧基，并兼具陰離子和非離子表面活性劑雙重性質(zhì)的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，與極少量的碳氟、硅氟表面活性劑復(fù)配得到一種起泡性能很好的泡沫洗井液。在現(xiàn)場加量為0.5%～1%時(shí)，年300余井次應(yīng)用此液。油井熱洗后平均恢復(fù)期縮短48.6個(gè)百分點(diǎn)，提高了油井的有效時(shí)率，減少了抽油機(jī)無功消耗，實(shí)現(xiàn)年增油約2 600 t。

油井 泡沫 洗井液

油井熱洗是維護(hù)油井正常生產(chǎn)的重要措施，但用清水或污水作熱洗介質(zhì)又存在很多的弊端[1]。由于地層黏土的水化分散及水鎖效應(yīng)，洗井液污染油層，造成油井產(chǎn)量下降甚至不出液的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。例如：晉95-45井正常生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)液量6.9 m3/d，含水痕，熱洗后2 d不出液，到第3 d液量只有1.7 m3，一直到第12 d油井才恢復(fù)正常。造成這種現(xiàn)象的原因[2]是：洗井水進(jìn)入地層，引起黏土膨脹降低地層滲透率，尤其當(dāng)用清水洗井，地層黏土含量高時(shí)，這種矛盾更加突出；洗井水水質(zhì)不合格，機(jī)械雜質(zhì)含量超標(biāo)，雜質(zhì)進(jìn)入地層造成堵塞，或者洗井水和地層水不配伍，生成沉淀；洗井液攜帶能力差，經(jīng)過熱洗在井壁上剝離下來的蠟、膠質(zhì)瀝青、無機(jī)鹽垢等雜質(zhì)不能被順利帶出井筒。基于這種情況，以技術(shù)創(chuàng)新為手段，研制了泡沫洗井液，實(shí)現(xiàn)油井不壓井洗井，現(xiàn)場年300余井次應(yīng)用，油井平均恢復(fù)期縮短48.6個(gè)百分點(diǎn)，年增油約2 600 t。

1 泡沫洗井液的技術(shù)性能

借鑒泡沫壓裂施工中的起泡劑的原理，結(jié)合油井熱洗的實(shí)際情況，應(yīng)用含有一定數(shù)量的硫酸基和環(huán)氧基，并兼具陰離子和非離子表面活性劑雙重性質(zhì)的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，與極少量的碳氟、硅氟表面活性劑復(fù)配得到一種起泡性能很好的洗井液[3]。該液除了較強(qiáng)的乳化、潤濕、發(fā)泡性能外，還具有優(yōu)良的抗硬水性和鈣皂分散性，是一種較為理想的高效率洗井液。其主要技術(shù)性能指標(biāo)包括：淺黃色黏稠液體；密度1.00～1.10 g/cm3（25℃）；表面張力26.8×10－3mN/m （25℃，1.0%水溶液）；發(fā)泡量≥700 mL（25℃，1.0%100 mL）；半衰期≥120 min。洗井液易溶于水，當(dāng)活性物含量70%時(shí)，外觀為淡黃色半透明黏稠液體；當(dāng)pH值7時(shí)能夠很快水解，但在堿性環(huán)境下水解穩(wěn)定性好；刺激性小，10%溶液刺激指數(shù)2.3，適合現(xiàn)場使用；生物降解率為90%以上。

2 泡沫洗井液評價(jià)

2.1 CMC值測定

用表面張力法[4]及電導(dǎo)法測定泡沫洗井液的CMC值，用洗井用水配成質(zhì)量濃度分別為200、450、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000、2 400和3 000 mg/L的泡沫洗井液溶液，調(diào)節(jié)恒溫水浴至45℃，用DMPY-2C型表面張力儀測定此溫度下各溶液的表面張力。結(jié)果表明，表面張力拐點(diǎn)不明顯，在表面張力處作切線，其CMC（臨界膠束濃度）約為800 mg/L。

2.2 界面張力測定

各種濃度的泡沫洗井液的水溶液與冀中含蠟原油（以晉95斷塊原油為例）之間的界面張力值均表現(xiàn)出同一種規(guī)律性，先降低至最低值，然后逐步上升達(dá)到平衡狀態(tài)，見表1。濃度為250～2 000 mg/L的泡沫洗井液的水溶液與晉95原油之間瞬時(shí)界面張力最低值均達(dá)到超低（10-3mN/m數(shù)量級），平衡界面張力值也較低，介于10-1～10-2mN/m數(shù)量級。隨著泡沫洗井液的水溶液濃度的降低，與晉95原油之間的瞬時(shí)界面張力值和平衡界面張力值均呈現(xiàn)降低的趨勢，即在一定的濃度范圍內(nèi)，泡沫洗井液濃度越低，降低界面張力的效果越好。從界面張力測試結(jié)果可以看出，泡沫洗井液濃度在低于臨界膠束濃度（800 mg/L）的500 mg/L左右時(shí)，降低界面張力的效果最好。體系中的表面活性劑通過共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)將兩個(gè)表面活性劑分子的離子頭基連接起來，這種強(qiáng)相互作用有效地阻止了離子頭基同種電荷的相互排斥作用，使極性基實(shí)現(xiàn)了更為緊密的排列；同時(shí)，又不改變離子頭基的親水特性。在油水界面上，表面活性劑的極性基在水相表面緊密分布，迫使碳?xì)浞菢O性鏈在油相呈豎直排列的狀態(tài)；因此，在極低的濃度下便可以大幅度降低油水界面張力。

表1 泡沫洗井液的水溶液與晉95原油之間的動態(tài)界面張力（45℃）

3 現(xiàn)場應(yīng)用

泡沫洗井液現(xiàn)場應(yīng)用情況的好壞，取決于洗井液的表面張力和其入井后的發(fā)泡量。

1）對于油井含有伴生氣，利用伴生氣就能滿足洗井液的發(fā)泡量。

2）對于油井不含伴生氣，考慮地層防膨，引入了銨鹽（常用的防膨劑為KCl），銨鹽是由銨離子(NH4+)和酸根離子組成的化合物。

3）對于油井不含伴生氣，需要防膨，在洗井時(shí)加入一定量的氯化銨，一部分氯化銨受熱分解成氨氣和氯化氫。分解產(chǎn)生的氣體起到了發(fā)泡的作用，一部分氯化銨進(jìn)入地層起到防膨作用。對于不需要防膨的油井，在洗井時(shí)加入一定量的分解溫度為30℃的碳酸氫銨。

現(xiàn)場推薦的用量為0.5%～1.0%。在熱洗時(shí)的10～15 m3水中加入洗井液作為前置即可（或者先將洗井液從油套環(huán)空倒入），然后進(jìn)行正常洗井。

現(xiàn)場使用情況如下：

1）加藥方法簡單，直接加入水罐車或直接從油套環(huán)空加入。

2）恢復(fù)速度快，大部分油井熱洗后，第2 d就開始出油。

3）300余井次應(yīng)用，油井平均恢復(fù)期縮短48.6個(gè)百分點(diǎn)，年增油約2 600 t。

4）油井不存在壓液面或液面稍有回升。

5）應(yīng)用泡沫洗井液每口井增加1 000元的藥劑費(fèi)用。

典型井例1：晉45-56井，不使用泡沫液洗井恢復(fù)期為6 d，從第5 d起含水逐步恢復(fù)；使用不壓井液洗井后，2 d含水直接恢復(fù)到正常。

典型井例2：榆108－42井主要是依靠加藥進(jìn)行日常維護(hù)，2008年3月5日應(yīng)用洗井液洗井后基本未影響油井產(chǎn)量。

4 結(jié)束語

泡沫洗井液中的表面活性劑溶液對地層黏土有一定的防膨作用，同時(shí)由于表面活性劑降低了油水界面張力，能夠增強(qiáng)對石蠟、膠質(zhì)和瀝青的清洗能力，并且表面活性劑產(chǎn)生的細(xì)小泡沫，可以提高洗井液的攜帶能力。在洗井后的一定時(shí)期內(nèi)，通過油管潤濕性的轉(zhuǎn)變，使管柱表面形成親水界面，可以減少膠質(zhì)、瀝青和石蠟的吸附，延長洗井周期。

[1]付亞榮.對油井熱洗清蠟的認(rèn)識[J].江漢采油工藝,1997（1）:13-14.

[2]付亞榮.基于酸性表面活性劑的油井解堵工藝[J].石油鉆采工藝,2007，29(3):46-47.

[3]付亞榮.一種泡沫洗井液及其生產(chǎn)方法[P].專利號ZL 200710117603X.

[4]付亞榮,付麗霞.含黏土原油脫水破乳劑的開發(fā)[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2009，17（7）:23-24.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.002

付亞榮，1987年畢業(yè)于重慶石油學(xué)校，高級工程師，主要從事油田開發(fā)方面的研究，E-mail：cy5-fyr@petrochina.com.cn，地址：河北省辛集市中國石油華北油田第五采油廠，052360。

2011-07-21)