李谦定 卢永斌 李善建 李恒娟

西安石油大学化学化工学院

新型高效泡排剂LYB－1的研制及其性能评价

李谦定 卢永斌 李善建 李恒娟

西安石油大学化学化工学院

目前，我国多数气田已进入开采中后期，多数气井已出现井底积液的情况，普通泡沫排水剂难以满足现阶段天然气开采的需求。为此，通过正交设计实验法优化得到泡排剂的最佳配比，研制出了一种新型高效气井泡排剂——LYB－1。室内试验主要采用罗氏—迈尔斯评价方法，借助现场取得的地层水和凝析油对该泡排剂的起泡能力、携液能力、耐温能力、抗油能力、抗甲醇能力、缓蚀能力以及与地层水的配伍性等进行了系统的研究与分析。试验结果表明，该泡排剂与地层水具有良好的配伍性能和缓蚀性能，不仅具有优良的耐温能力、抗凝析油能力，而且具有较强的抗甲醇能力，是一种环保型的泡排剂。

泡排剂 甲醇 凝析油 缓蚀性能 配伍性 研制 评价 环境保护

我国气田不少已进入开采中后期，多数气井都出现了井底积液现象，有些气井积液后产量急剧下降，甚至被积液淹死［1］。为了提高气田的采收率，采用了多种方法来消除井底积液，包括泡沫排水采气、井下节流排水采气、优选管柱排水采气、柱塞气举排水采气和增压抽吸排水采气等。其中泡沫排水法因投资小、见效快、操作简便等优点已成为解决井底积液的有效措施之一。泡沫排水采气技术是通过将泡排剂注入气井中，井底液体与泡排剂接触后，借助天然气流的搅动，生成大量的含水泡沫，随气流从井底携带到地面，从而达到增产、稳产和延长其自喷期的目的［2］。泡沫排水采气技术的关键在于泡排剂的性能，即在一定的甲醇含量、地层温度、凝析油含量下，要求泡排剂具有尽可能高的起泡能力和携液能力。

1 实验部分

1.1 实验仪器与药品

罗氏—迈尔斯（Ross－Miles）泡沫仪、泡排剂UT－11B、泡排剂HY－3G、泡排剂HY－5G、工业甲醇、凝析油、气田地层水（矿化度4.7×104mg／L，CaCl2型）等。

1.2 评价方法

实验按照标准SY／T 6465—2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》和GB／T 7462—1994《发泡力的测定》对泡排剂的起泡能力和携液能力进行评价。

2 实验结果与讨论

2.1 泡排剂研究

2.1.1 单一表面活性剂筛选

为了研究单一表面活性剂对地层水的起泡能力和携液能力，用倾注法测定了室内自制表面活性剂L－1和L－2以及市面销售的表面活性剂十二烷基本磺酸钠（ABS）、α－烯基磺酸钠（AOS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）、十二烷基磺酸钠（SDS）、辛基酚聚氧乙烯10醚（0P－10）、甜菜碱和铵盐的起泡能力和携液能力，并记录了0 s、30 s、3 min和5 min的泡沫高度及15 min的泡沫携液量（表1）。实验泡排剂溶液浓度为0.5%，总液体量为200 m L，地层水矿化度为4.7×104mg／L，水型为CaCl2型，实验温度为30℃。

由表1可知，样品L－1、L－2、铵盐和甜菜碱具有良好的起泡能力和携液能力，其他样品的起泡能力和携液能力相对较差。样品铵盐泡沫稳定性最好，明显优于其他样品。

表1 单一表面活性剂在地层水中的起泡能力和携液能力测定结果表

2.1.2 复合配方研究

为进一步研究单一表面活性剂之间的复配效果，找出最佳的优化配比，选择单一表面活性剂起泡能力和携液能力较好的L－1（A）、甜菜碱（B）、铵盐（C）和L－2（D）进行优化实验。在优化实验中，采用正交设计实验方法，选取4因素3水平，正交表L9（34）对实验方案进行优化研究，然后采用直观分析法对测定的数据进行处理，可得到LYB－1型泡排剂的最佳配比，实验结果见表2。实验泡排剂溶液浓度为0.5%，总液体量为200 m L，地层水矿化度为4.7×104mg／L，水型为CaCl2型，试验温度为30℃。

表2 L 9（34）正交实验结果及分析表

从表2可知，泡沫的携液量都在150 m L以上，其携液能力（携液能力＝泡沫携带出的液体体积／总泡排剂溶液的体积×100%）［3］都在75%以上。因此，以起始泡高（0 s）为考察指标进行分析，样品L－2（D）是影响实验结果的最主要因素，单一表面活性剂L－1（A）、甜菜碱（B）和铵盐（C）次之，最佳因素水平组合为A3B3C1D3。由于该配比不在原设计的试验方案中，为验证该配比的真实性，以该配比进行起泡能力和携液能力的测定，结果测得该配比的起始泡高度为265 mm，携液量为176.5 m L。与表2中的8号试验结果相比，可证明该配比是9次试验中最优的。因此通过正交设计实验确定泡排剂LYB－1的最佳质量配比为L－1（A）∶甜菜碱（B）∶铵盐（C）∶L－2（D）＝5∶3∶3∶8。

2.2 泡排剂LYB－1的各项性能评价

在采用泡沫排水采气技术时，要求泡排剂具有一定的耐温能力、缓蚀能力、抗凝析油能力、抗甲醇能力和与地层水配伍性良好等。因此，需要对所研制出来的LYB－1型泡排剂进行各项性能评价。

2.2.1 耐温能力

通常温度升高，泡排剂溶液的黏度降低，泡沫易破裂，致使泡沫起泡能力和携液能力变差。为了评价该泡排剂的耐温能力，用地层水配制0.5%泡排剂溶液，测定了该泡排剂在不同温度下的起泡能力和携液能力（图1）。

图1 泡排剂LYB－1在不同温度下的起泡能力图

由图1中曲线可知，随温度的升高，泡排剂LYB－1的起始泡高、3 min泡高和5 min泡高均逐渐降低，但30 s泡高首先增加，在70℃时达到最大值275 mm，然后逐渐降低。在90℃时，泡沫的起始泡高仍能达到113 mm，3 min后降低到62 mm。这是由于温度较高时，液膜的水分蒸发加快，液膜之间的排斥力减弱，致使液膜强度降低，泡沫稳定性下降［4］。从图2中可以看出，随温度的升高，其携液能力逐渐降低。在30℃时，泡沫的携液量为176.5 m L，在90℃时，其携液量降低到119.8 m L，这表明泡排剂LYB－1具有良好的耐温能力。

图2 泡排剂LYB－1在不同温度、凝析油含量和甲醇含量下的携液能力图

2.2.2 抗凝析油能力

在天然气开采过程中，井底积液经常含有一定量的凝析油，但由于凝析油具有较强的消泡作用，易使泡沫性能变差［5］。因此，要求泡排剂具有一定的抗凝析油能力。如图3所示，30℃时测定了该泡排剂溶液浓度为0.5%在含有不同浓度凝析油的地层水中的起泡能力和携液能力。

图3 泡排剂LYB－1在不同浓度凝析油含量下的起泡性能图

从图3可以看出，在30℃时，不含凝析油地层水的泡沫起泡性能最好，起始泡高最高为265 mm，5 min后降到215 mm。但随着凝析油含量的增加，凝析油的消泡作用逐渐增强，泡沫高度均逐渐降低。当凝析油含量达到上限20%时，泡沫的起始泡高仍能达到116 mm，3 min后降低到10 mm，但仍能满足天然气开采的要求。由图2可以看出，随着凝析油含量的增加，泡沫携液量都逐渐减少，当凝析含油量为20%时，泡沫携液量仍能达到103.6 m L。以上数据表明泡排剂LYB－1具有良好的抗凝析油能力。

2.2.3 抗甲醇能力

向气井中注入甲醇，既可以起到防冻的作用，又可以防止井内管柱和集输流程的水合物堵塞，从而在一定程度上影响了液体泡排剂在气井使用的成功率。因此，要求泡排剂具有一定的抗甲醇能力。如图4所示，30℃时测定了该泡排剂溶液浓度为0.5%在含有不同浓度甲醇的地层水中的起泡能力和携液能力。

图4 泡排剂LYB－1在不同浓度甲醇含量下的起泡性能图

从图4可知，泡排剂溶液不含甲醇时，泡沫高度最高且稳定。但随着甲醇含量的增加，泡沫高度都出现了先降低后增加再降低的趋势。甲醇含量从10%增加到30%时，泡沫高度都呈上升趋势。当甲醇含量为30%时，起始泡高最高达到235 mm，5 min泡高降到25 mm。这是由于甲醇含量达到一定值时，可以降低表面活性剂溶液的表面张力，从而增加了泡沫的起泡能力和携液能力［6］。甲醇含量为40%时，起始泡高仍能达到110 mm，说明该泡排剂具有较强的起泡能力。当甲醇含量超过上限40%时，泡沫高度都随之降低。这是由甲醇的分子结构所决定，甲醇分子间受力不平衡，在液膜表面上排列疏松，形成的新液膜极不稳定，在极短的时间内就发生破裂［7］。从图2中可以看出，甲醇含量从10%增加到30%时，泡沫的携液量从156.8 m L增加到最大值165.2 m L。当甲醇含量达到上限40%时，泡沫的携液量为152.2 m L，其携液能力仍能在75%以上，这充分说明泡排剂LYB－1抗甲醇能力极佳。

2.2.4 缓蚀能力

气井的油管与地层水接触后会使井底油管等金属材料产生腐蚀。因此需要测定该泡排剂的缓蚀能力。在90℃下，用N80油管钢制成长约3 cm、宽1.5 cm、厚0.35 cm的钢片，放入地层水和0.5%泡排剂溶液中浸泡72 h，采用挂片失重方法，测定0.5%泡排剂溶液和地层水对N80钢片的缓蚀能力。试验结果表明，地层水对N80钢片的腐蚀速率为0.288 4 mm／a，0.5%的泡排剂溶液对N80钢片腐蚀速率降低到0.058 8 mm／a，缓蚀率为79.6%，这表明泡排剂LYB－1具有优良的缓蚀能力，因而对井底油管具有一定的保护作用。

2.2.5 泡排剂与地层水的配伍性试验

考虑到泡排剂能否和气井地层水发生反应而产生沉淀，造成地层堵塞，影响排水效果。因此，要求泡排剂与气井地层水具有良好的配伍性能。用地层水分别配制0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%的泡排剂溶液，室温下静止48 h后，结果显示泡排剂溶液均一透明，无沉淀产生和分层现象。从而说明该泡排剂与气井地层水配伍性良好。

2.3 抗甲醇能力对比

为了充分说明泡排剂LYB－1具有较强的抗甲醇能力，30℃时将该泡排剂与现场应用较多的泡排剂UT－11B、HY－5G和HY－3G进行了对比，试验结果见表3。表3数据表明，泡排剂LYB－1具有较强的抗甲醇能力，明显优于其他3种泡排剂。

表3 不同型号泡排剂抗甲醇能力对比表

3 结论

1）通过对9种单一表面活性剂起泡能力和携液能力的研究，筛选出4种起泡能力和携液能力较好的单一表面活性剂L－1、L－2、铵盐和甜菜碱，通过正交设计实验方法确定泡排剂LYB－1的最佳质量配比为L－1∶铵盐∶甜菜碱∶L－2＝5∶3∶3∶8。

2）该泡排剂不但具有优良的缓蚀能力，而且与地层水配伍性良好。

3）通过对该泡排剂的耐温能力、抗凝析油能力及抗甲醇能力的研究与分析，充分说明了所研究出来的泡排剂具有良好的耐温能力、抗凝析油能力和较强的抗甲醇能力。

4）该泡排剂与现场应用较多的UT－11B、HY－5G和HY－3G泡排剂进行了抗甲醇能力对比，结果表明该泡排剂具有较强的抗甲醇能力，明显优于其他3种泡排剂。

［1］杨川东.采气工程［M］.北京：石油工业出版社，1997：119.

［2］鄢友军，李农.新型抗高温高矿化度的泡沫排水剂［J］.天然气勘探与开发，2003，26（4）：26－31.

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Development and performance evaluation of a new efficient foam discharging agent LYB－1

Li Qianding，Lu Yongbin，Li Shanjian，Li Hengjuan
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Xi＇an Shiyou University，Xi＇an，Shaanxi 710065，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 6，pp.49－52，6／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Liquid loading appears in most gas wells as many mature gas fields in China have entered the medium or post stage.As a result，regular foam drainage agent can not satisfy the requirement for natural gas exploitation.For this reason，the prime ratio is optimized by the orthogonal experimental design and a novel high－efficiency foam drainage agent LYB－1 is developed.The Ross－Miles evaluation method is used in laboratory tests.With the aid of formation water and condensate oil from the worksite，a systematic study and analysis is carried out on the capacities of foamability，unloading，temperature tolerance，oil resistance，methanol resistance，corrosion inhibition of the foam drainage agent and its compatibility with formation water.The test results show that this novel foam drainage agent has a good compatibility with formation water and a good corrosion inhibition.In addition，it is also proved to be environmentally friendly with a good temperature tolerance and a strong resistance of condensate oil ＆methanol.

foam drainage agent，methanol，condensate oil，corrosion inhibition，compatibility，preparation，evaluation，environmental protection

李谦定，1959年生，教授；长期从事基础化学教学和应用化学研究工作。地址：（710065）陕西省西安市电子二路东段18号。电话：（029）88382321。E－mail：qdli＠xsyu.edu.cn

李谦定等.新型高效泡排剂LYB－1的研制及其性能评价.天然气工业，2011，31（6）：49－52.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.009

（修改回稿日期 2011－03－30 编辑 韩晓渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.009

Li Qianding，professor，born in 1959，is mainly engaged in teaching of basic chemistry and research of applied chemistry.

Add：No.18，Dianzi＇er Rd.，Xi＇an，Shaanxi 710065，P.R.China

Tel：＋86－29－8838 2321 E－mail：qdli＠xsyu.edu.cn