氣井泡排藥劑性能評(píng)價(jià)方法及優(yōu)選應(yīng)用研究

張 騰，高旺斌，劉 洋，馬 林，楊 琴，趙紅亮，藺錦城

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

隨著靖邊氣田的持續(xù)開(kāi)發(fā)，弱噴產(chǎn)水氣井逐年增多，產(chǎn)量逐漸下降，攜液能力降低，影響氣井產(chǎn)能發(fā)揮。泡沫助排已成為靖邊氣田現(xiàn)階段排水采氣關(guān)鍵技術(shù)之一，年實(shí)施井?dāng)?shù)500余口；近年來(lái)，針對(duì)泡沫排水采氣技術(shù)開(kāi)展了一些研究和應(yīng)用，并取得了一定的成果和認(rèn)識(shí)；但針對(duì)泡排藥劑性能評(píng)價(jià)參數(shù)、評(píng)價(jià)方法、影響因素等情況及泡排劑優(yōu)選原則尚未開(kāi)展系統(tǒng)的研究。本文通過(guò)調(diào)研及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，得出泡排藥劑性能評(píng)價(jià)參數(shù)、評(píng)價(jià)方法、泡排劑性能影響因素及機(jī)理，制定泡排劑優(yōu)選原則，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)泡沫助排工藝藥劑選型，提高泡沫排水采氣實(shí)施效果[1-3]。

1 泡排劑性能評(píng)價(jià)參數(shù)的確定

在泡沫排水采氣技術(shù)中泡排劑的性能直接決定了排水采氣效果。泡排劑性能的研究涉及到許多因素，本文參照《SY/T 6465-2000泡沫排水采氣用起泡劑評(píng)價(jià)方法》所規(guī)定的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)泡排劑的各種性能（見(jiàn)表1）。其中pH、密度、黏度、表面張力和界面張力等主要是作為產(chǎn)品的質(zhì)量控制指標(biāo)，起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能為起泡劑的性能指標(biāo)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)泡排劑選型要求，確定氣田排水采氣用泡排劑的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為：泡排劑的起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)為：起泡高度、穩(wěn)泡率和攜液量。

表1 《SY/T 6465-2000泡沫排水采氣用起泡劑評(píng)價(jià)方法》評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 泡排劑性能評(píng)價(jià)及關(guān)聯(lián)性研究

氣田常用泡排劑主要有A、B、C、D型液體起泡劑和E、F型固體泡排棒，主要根據(jù)氣田不同區(qū)塊采出水水質(zhì)特征及井身結(jié)構(gòu)選擇加注。

2.1 泡排劑理化性質(zhì)的測(cè)定

通過(guò)對(duì)常用泡排劑理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定可知（見(jiàn)表2），液體泡排劑pH相差不大，其中只有固體泡排劑E的1%的水溶液呈堿性，使用時(shí)會(huì)提高產(chǎn)出水的pH，可能會(huì)增加高礦化度產(chǎn)出水的結(jié)垢趨勢(shì)。將測(cè)定結(jié)果與產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行對(duì)比，均為合格品。

2.2 起泡性能評(píng)價(jià)

泡沫是氣體在液體中的分散體系，產(chǎn)生泡沫的首要條件是氣液接觸。氣田排水采氣用泡排劑體系通常由起泡劑和穩(wěn)泡劑組成。表面活性劑的作用機(jī)理和它的化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，主要是依靠非對(duì)稱分子的滲入作用，改變體系分子之間的作用能，因而降低其表面張力。表面活性劑的起泡力可用表面活性劑降低水的表面張力的能力來(lái)表征，表面活性劑降低水的表面張力強(qiáng)者其起泡力就越強(qiáng)，反之越差。因此，泡排劑的起泡性能主要與表面張力有關(guān)。

采用傾倒法（Ross-Miles法），對(duì)溶液和測(cè)試溫度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定結(jié)果（見(jiàn)圖1）。

由圖1可得：泡沫高度整體隨時(shí)間的增加而降低，40℃時(shí)，8 min內(nèi)泡沫高度降低幅度較小，70℃時(shí)，8 min內(nèi)泡沫高度隨時(shí)間降低較快，90℃時(shí)，8 min內(nèi)泡沫高度隨時(shí)間急劇降低。部分泡排劑3 min時(shí)的泡沫高度大于0 min，是由于頂部液體滴完以后泡沫還沒(méi)穩(wěn)定，持續(xù)上升引起的。

2.3 穩(wěn)泡性能評(píng)價(jià)

泡沫的穩(wěn)定性主要與膜的強(qiáng)度有關(guān)，膜的強(qiáng)度可用表面黏度來(lái)衡量。表面黏度是指液體表面單分子層內(nèi)的黏度，表面黏度通常由表面活性分子在表面上所構(gòu)成的單分子層產(chǎn)生的。若液膜液體黏度高，在液膜的重力排液變薄過(guò)程中液體黏度高可使排液速度減緩，從而起到穩(wěn)定泡沫的作用。因此，要得到穩(wěn)定的泡沫其關(guān)鍵是液膜能否保持恒定，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性。

采用傾倒法（Ross-Miles法）評(píng)價(jià)泡沫穩(wěn)定性，計(jì)算泡排劑的穩(wěn)泡率，結(jié)果（見(jiàn)表3）。

表2 氣田常用泡排劑理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

圖1 不同溫度下泡沫高度隨時(shí)間變化圖（蒸餾水）

由表3可得：泡排劑在相同溶劑中，隨著溫度的升高，穩(wěn)泡率逐漸降低，在相同溫度下不同溶液中，除泡排劑E外在50 g/L礦化水中，其余5種穩(wěn)泡率變化差別不大。

2.4 攜液性能評(píng)價(jià)

用50 g/L的礦化水配制0.25%的泡排劑溶液和用蒸餾水配制0.25%的泡排劑溶液，參照《SY/T 5761-1995排水采氣用起泡劑CT5-2》實(shí)驗(yàn)條件，用190 mL泡排劑溶液與10 mL石油醚混合，倒入發(fā)泡管，測(cè)試溫度下恒溫10 min，打開(kāi)壓縮泵，以壓力為0.05 MPa，流量為290 mL/min進(jìn)行鼓氣，記錄泡沫從進(jìn)入泡沫收集器開(kāi)始后15 min內(nèi)泡沫攜帶液體的體積，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表4）。

由表4可得：泡排劑在礦化水中的攜液能力略大于在蒸餾水中的攜液能力，隨著溫度的升高，泡排劑的攜液量略有增加。

由泡排劑的攜液性能測(cè)定方法可得，測(cè)定氣速、壓力相同，故泡沫從產(chǎn)生到離開(kāi)起泡管的時(shí)間是一定值。因此，泡排劑的攜液性能與泡沫質(zhì)量（由液膜厚度反映）和泡沫排水速度有關(guān)。

2.5 評(píng)價(jià)參數(shù)之間的關(guān)系

對(duì)不同溫度下各種泡排劑的起泡性能、穩(wěn)泡率和攜液量進(jìn)行對(duì)比，以期得出各個(gè)性能指標(biāo)之間的關(guān)系。對(duì)比結(jié)果（見(jiàn)圖2）。

由圖2可得：在不同溫度下，泡排劑的起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能之間沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)關(guān)系。泡排劑起泡性能好，并不能得出泡排劑的穩(wěn)定性能和攜液性能好，反之亦然。例如在40℃下泡排劑E和泡排劑F的起泡性能較其他泡排劑更好，然而攜液量低于其他泡排劑。在70℃下泡排劑D和泡排劑F的起泡性能和穩(wěn)泡性能相差不大，但攜液量相差很大。因此，泡排劑的各個(gè)性能指標(biāo)之間沒(méi)有直接相關(guān)性。

3 泡排劑優(yōu)選

決定起泡性能的是表面張力，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性，泡排劑的攜液性能與液膜厚度和泡沫排水速度有關(guān)，三個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)之間沒(méi)有直接的相關(guān)性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)管理的需求，對(duì)于各類生產(chǎn)情況進(jìn)行泡排劑優(yōu)選（見(jiàn)表5）：

（1）低產(chǎn)低壓氣井主要考慮泡排劑的起泡能力，推介A類泡排劑；

（2）采氣管線排水主要考慮泡排劑低溫情況下的穩(wěn)泡能力，推介A、D類泡排劑；

（3）大產(chǎn)水氣井主要考慮泡排劑的攜液能力，推介A、B、D 類泡排劑；

（4）一般類型氣井以上泡排劑性能均可使用。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)了泡排劑的起泡高度、穩(wěn)泡率和攜液率，對(duì)應(yīng)分析了藥劑的起泡性能、穩(wěn)泡性能和攜液性能，明確了泡排劑的起泡性能主要與表面張力有關(guān)，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性，泡排劑的攜液性能主要與泡沫質(zhì)量（由液膜厚度反映）和泡沫排水速度有關(guān)。

表3 泡排劑在不同溶劑中不同溫度下的穩(wěn)泡率

表4 0.25%泡排劑在不同溶劑中攜液量測(cè)定結(jié)果

圖2 不同溫度下蒸餾水中不同泡排劑的性能比較

表5 不同泡排劑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐效果統(tǒng)計(jì)表

（2）進(jìn)行常用泡排劑的性能相關(guān)性分析，得出泡排劑三個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)之間沒(méi)有直接的相關(guān)性。

（3）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同類型氣井及生產(chǎn)情況，相應(yīng)的選擇泡排藥劑型號(hào)。