低密度負壓泡沫洗井用泡排劑的室內研究

賀占山，宋增亮，鄭繼龍

(1.中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽 473000;2.中海油能源發展工程技術分公司三采公司，天津 300452)

河南油田負壓泡沫洗井，主要存在以下難點［1－3］:1)由于泡沫在井筒中存在密度差，井筒中泡沫密度下降快，無法實現懸浮物返吐;2)井深使泡沫攜帶懸浮物困難，如何將懸浮物從井筒帶出尤為關鍵;3)由于井深且井筒容積超過100 m3，返排時間大于3 h，返排時間長;4)采用高礦化度的地層水洗井易導致地層壓差高、洗井液嚴重漏失及二次污染等。

針對以上難點，通過對泡沫機理的研究發現［4－6］:溫度和壓力對泡排劑性能影響最大［7］，在低密度負壓泡沫洗井過程中，要達到地層邊洗邊吐的效果，研制一種低密度耐溫負壓泡沫洗井用泡排劑尤為重要。

1 實驗

1.1 儀器及原料

Waring攪拌器，美國威力牌攪拌器;恒溫箱，溫度誤差范圍(±0.1)℃。

實驗用水為河南油田地層水，礦化度為6138.76 mg/L，其離子組成見表1。

表1 河南油田地層水離子組成

十二烷基硫酸鈉(K－12)、辛基苯酚聚氧乙烯醚(OP－10)、十二烷基苯磺酸鈉(ABS)、十六烷基三甲基溴化銨(HTAB)、十二烷基磺酸鈉(AS)、離子型和非離子型表面活性劑 CT5－2、α烯烴磺酸鹽(AOS)、兩性離子型起泡劑無患子，天津市雄冠科技發展有限公司;穩泡劑WP－A，WP－B，WP－C，均為陰離子表面活性劑，法國愛森絮凝劑有限公司。

1.2 泡沫性能評價方法

根據其用途，起泡劑的評價方法分類繁多。本研究主要采用Waring Blender法測定起泡劑的起泡體積和半衰期［8］，評價起泡劑的起泡能力和泡沫穩定性能，該方法具有操作簡單、測試速度快、藥劑用量少、實驗周期短等優點。在室溫條件下，將一定量的起泡劑溶液200 mL加入Waring Blender攪拌器中攪拌3 min(轉速7500 r/min)，將起泡劑溶液立即加入1000 mL量筒中讀取泡沫體積，考察起泡劑的起泡能力，再紀錄從泡沫中析出100 mL液體所需時間，即為泡沫的半衰期，反映其穩定性。

2 低密度負壓泡沫洗井用泡排劑配方的確定

2.1 泡沫基液選擇

河南油田基液一般采用地層水和清水。采用地層水和清水分別配制起泡劑OP－1溶液，考察其起泡性能，結果見圖1。地層水配制的泡沫起泡體積和半衰期遠低于清水配制的。因此，選用清水作為基液配制起泡劑。

圖1 泡沫基液對起泡體積的影響

2.2 氣源選擇

能使起泡劑發泡的氣體［2］主要有空氣、天然氣、氮氣、二氧化碳等。在現場施工過程中天然氣和空氣來源便捷，但洗井施工的氣源均在油氣井附近，存在安全隱患;而二氧化碳由于制備工藝及成本等因素的制約，現場施工中也很少使用。氮氣在注入過程中雖受制氮及泵入設備的制約，但其安全無毒、不爆炸和排出液中氣體不需處理等優點是其他氣體無法取代的。因此，河南油田選擇氮氣作為泡沫洗井的氣源。

2.3 起泡劑篩選

目前國內外泡沫洗井用起泡劑種類較多，主要有:陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性離子型起泡劑。固定其他條件，起泡劑加量(質量分數，下同)0.5%，將溫度提高至油藏溫度60℃，考察不同起泡劑的半衰期和泡沫體積，結果見表2。

表2 不同起泡劑的起泡能力和泡沫穩定性

從表2可知，上述起泡劑中，AOS起泡效果明顯優于其他起泡劑。因此，對AOS起泡和穩泡性能進行進一步的研究，結果見圖2。起泡劑AOS加量小于0.2%時，起泡效果不明顯;AOS加量大于0.2%時，起泡劑起泡體積隨起泡劑加量增加而升高，AOS加量大于0.5%時，起泡體積增加趨勢變緩。另可看出，AOS對穩泡能力影響很大，隨AOS加量增加，穩泡能力增加;但當AOS加量大于0.5%時，AOS半衰期下降并趨于穩定;AOS加量為0.5%時，半衰期達最大值，為490 s。因此，AOS加量以0.5%為宜。

圖2 起泡劑AOS加量對起泡體積和半衰期的影響

2.4 穩泡劑篩選

起泡劑與基液產生的泡沫起泡能力強，但不夠穩定，泡沫易破裂，需在泡沫體系中加入穩泡劑提高泡沫的穩定性。穩泡劑根據其作用方式大致可分為［9］:(1)增強泡沫吸附作用穩泡劑。此類穩泡劑在泡沫液中主要是通過協同作用，使泡沫表面吸附膜強度增大，增加其彈性，減小泡沫透氣性;(2)增黏性穩泡劑。此類穩泡劑主要是提高泡沫液相黏度，減緩泡沫的排液速率，提高泡沫穩定性。固定其他條件，AOS加量為0.5%，考察穩泡劑WP－A，WP－B和WP－C加量對泡沫穩定性的影響，結果見圖3。

圖3 穩泡劑及其加量對泡沫穩定性的影響

從圖3可知，分別加入3種穩泡劑的泡沫半衰期均隨著穩泡劑加量增加而增加，但當加量增加至一定值時，泡沫半衰期增加趨勢變緩。實驗結果表明，WP－A穩泡劑穩泡效果較理想，當加量為0.6%時，半衰期為680 min，滿足泡沫洗井時返排的需要。

2.5 泡沫密度

泡沫密度的確定對現場施工具有重要的指導意義［10］。按照 0.5%AOS 起泡劑 +0.6%W －1穩泡劑+清水配制泡沫體系，測定PVT筒體積，再將泡沫體系加入PVT筒，充入氮氣至井筒壓力，調節溫度至井筒溫度，攪拌30 min后，測定PVT筒內泡沫體系密度。通過實驗測得泡沫體系密度為0.92 g/cm3，此泡沫液密度完全滿足洗井液的需要。

經上述室內對低密度負壓泡沫洗井用泡排劑篩選實驗，確定了礦場實驗的泡沫體系:0.5%AO發泡劑+0.6%W－1穩泡劑+清水+氮氣。此泡沫體系pH值為7.2，與地層水配伍性良好，無沉淀無分層，對金屬的腐蝕速率 ＜0.076 mm/a;AOS半衰期為490 s，起泡體積為920 mL。

3 結論

1)針對低密度負壓泡沫洗井，以α烯烴磺酸鹽(AOS)為主劑，研制一種低密度負壓泡沫洗井用泡排劑，確定了最佳配方:0.5%AOS起泡劑+0.6%WP－A穩泡劑+清水+氮氣，泡沫體系密度為 0.92 g/cm3，AOS 半衰期為 490 s。

2)低密度負壓泡沫洗井用泡排劑室內評價表明:該泡排劑在負壓泡沫洗井中具有較好的起泡、穩泡、耐高溫和抗腐蝕能力，在低壓高溫洗井作業中具有良好的應用前景。

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