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低密度负压泡沫洗井用泡排剂的室内研究

2014-10-08贺占山宋增亮郑继龙

精细石油化工进展 2014年4期
关键词:排剂泡剂洗井

贺占山,宋增亮,郑继龙

(1.中国石化河南油田分公司采油二厂,河南南阳 473000;2.中海油能源发展工程技术分公司三采公司,天津 300452)

河南油田负压泡沫洗井,主要存在以下难点[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,无法实现悬浮物返吐;2)井深使泡沫携带悬浮物困难,如何将悬浮物从井筒带出尤为关键;3)由于井深且井筒容积超过100 m3,返排时间大于3 h,返排时间长;4)采用高矿化度的地层水洗井易导致地层压差高、洗井液严重漏失及二次污染等。

针对以上难点,通过对泡沫机理的研究发现[4-6]:温度和压力对泡排剂性能影响最大[7],在低密度负压泡沫洗井过程中,要达到地层边洗边吐的效果,研制一种低密度耐温负压泡沫洗井用泡排剂尤为重要。

1 实验

1.1 仪器及原料

Waring搅拌器,美国威力牌搅拌器;恒温箱,温度误差范围(±0.1)℃。

实验用水为河南油田地层水,矿化度为6138.76 mg/L,其离子组成见表1。

表1 河南油田地层水离子组成

十二烷基硫酸钠(K-12)、辛基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基苯磺酸钠(ABS)、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)、十二烷基磺酸钠(AS)、离子型和非离子型表面活性剂 CT5-2、α烯烃磺酸盐(AOS)、两性离子型起泡剂无患子,天津市雄冠科技发展有限公司;稳泡剂WP-A,WP-B,WP-C,均为阴离子表面活性剂,法国爱森絮凝剂有限公司。

1.2 泡沫性能评价方法

根据其用途,起泡剂的评价方法分类繁多。本研究主要采用Waring Blender法测定起泡剂的起泡体积和半衰期[8],评价起泡剂的起泡能力和泡沫稳定性能,该方法具有操作简单、测试速度快、药剂用量少、实验周期短等优点。在室温条件下,将一定量的起泡剂溶液200 mL加入Waring Blender搅拌器中搅拌3 min(转速7500 r/min),将起泡剂溶液立即加入1000 mL量筒中读取泡沫体积,考察起泡剂的起泡能力,再纪录从泡沫中析出100 mL液体所需时间,即为泡沫的半衰期,反映其稳定性。

2 低密度负压泡沫洗井用泡排剂配方的确定

2.1 泡沫基液选择

河南油田基液一般采用地层水和清水。采用地层水和清水分别配制起泡剂OP-1溶液,考察其起泡性能,结果见图1。地层水配制的泡沫起泡体积和半衰期远低于清水配制的。因此,选用清水作为基液配制起泡剂。

图1 泡沫基液对起泡体积的影响

2.2 气源选择

能使起泡剂发泡的气体[2]主要有空气、天然气、氮气、二氧化碳等。在现场施工过程中天然气和空气来源便捷,但洗井施工的气源均在油气井附近,存在安全隐患;而二氧化碳由于制备工艺及成本等因素的制约,现场施工中也很少使用。氮气在注入过程中虽受制氮及泵入设备的制约,但其安全无毒、不爆炸和排出液中气体不需处理等优点是其他气体无法取代的。因此,河南油田选择氮气作为泡沫洗井的气源。

2.3 起泡剂筛选

目前国内外泡沫洗井用起泡剂种类较多,主要有:阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型起泡剂。固定其他条件,起泡剂加量(质量分数,下同)0.5%,将温度提高至油藏温度60℃,考察不同起泡剂的半衰期和泡沫体积,结果见表2。

表2 不同起泡剂的起泡能力和泡沫稳定性

从表2可知,上述起泡剂中,AOS起泡效果明显优于其他起泡剂。因此,对AOS起泡和稳泡性能进行进一步的研究,结果见图2。起泡剂AOS加量小于0.2%时,起泡效果不明显;AOS加量大于0.2%时,起泡剂起泡体积随起泡剂加量增加而升高,AOS加量大于0.5%时,起泡体积增加趋势变缓。另可看出,AOS对稳泡能力影响很大,随AOS加量增加,稳泡能力增加;但当AOS加量大于0.5%时,AOS半衰期下降并趋于稳定;AOS加量为0.5%时,半衰期达最大值,为490 s。因此,AOS加量以0.5%为宜。

图2 起泡剂AOS加量对起泡体积和半衰期的影响

2.4 稳泡剂筛选

起泡剂与基液产生的泡沫起泡能力强,但不够稳定,泡沫易破裂,需在泡沫体系中加入稳泡剂提高泡沫的稳定性。稳泡剂根据其作用方式大致可分为[9]:(1)增强泡沫吸附作用稳泡剂。此类稳泡剂在泡沫液中主要是通过协同作用,使泡沫表面吸附膜强度增大,增加其弹性,减小泡沫透气性;(2)增黏性稳泡剂。此类稳泡剂主要是提高泡沫液相黏度,减缓泡沫的排液速率,提高泡沫稳定性。固定其他条件,AOS加量为0.5%,考察稳泡剂WP-A,WP-B和WP-C加量对泡沫稳定性的影响,结果见图3。

图3 稳泡剂及其加量对泡沫稳定性的影响

从图3可知,分别加入3种稳泡剂的泡沫半衰期均随着稳泡剂加量增加而增加,但当加量增加至一定值时,泡沫半衰期增加趋势变缓。实验结果表明,WP-A稳泡剂稳泡效果较理想,当加量为0.6%时,半衰期为680 min,满足泡沫洗井时返排的需要。

2.5 泡沫密度

泡沫密度的确定对现场施工具有重要的指导意义[10]。按照 0.5%AOS 起泡剂 +0.6%W -1稳泡剂+清水配制泡沫体系,测定PVT筒体积,再将泡沫体系加入PVT筒,充入氮气至井筒压力,调节温度至井筒温度,搅拌30 min后,测定PVT筒内泡沫体系密度。通过实验测得泡沫体系密度为0.92 g/cm3,此泡沫液密度完全满足洗井液的需要。

经上述室内对低密度负压泡沫洗井用泡排剂筛选实验,确定了矿场实验的泡沫体系:0.5%AO发泡剂+0.6%W-1稳泡剂+清水+氮气。此泡沫体系pH值为7.2,与地层水配伍性良好,无沉淀无分层,对金属的腐蚀速率 <0.076 mm/a;AOS半衰期为490 s,起泡体积为920 mL。

3 结论

1)针对低密度负压泡沫洗井,以α烯烃磺酸盐(AOS)为主剂,研制一种低密度负压泡沫洗井用泡排剂,确定了最佳配方:0.5%AOS起泡剂+0.6%WP-A稳泡剂+清水+氮气,泡沫体系密度为 0.92 g/cm3,AOS 半衰期为 490 s。

2)低密度负压泡沫洗井用泡排剂室内评价表明:该泡排剂在负压泡沫洗井中具有较好的起泡、稳泡、耐高温和抗腐蚀能力,在低压高温洗井作业中具有良好的应用前景。

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