延113气田耐盐耐油耐高温起泡剂研制与现场应用

2021-04-12张红梅王丽影甄延忠

延安大学学报（自然科学版） 2021年1期

张红梅，王丽影，甄延忠

(1.延安大学石油工程与环境工程学院；2.延长石油勘探公司蟠龙采气厂，陕西延安 716000)

天然气井在开采过程中将会出现不同程度的积液问题，导致气井产量下降[1]，严重地将影响气井的正常生产，目前市面上的起泡剂在耐盐、耐油和耐高温性能方面有很大的提高，如成都科技公司[2]研发的UT-8泡排剂在高矿化度和高温的条件下有较高的发泡能力；李谦定等[3]研制出LYB-1泡排剂，对高凝析油气田的泡排效果显著；李进等[4]研制的SCF-1泡排剂，在高温和高乙醇条件下泡排效果较高。但这些泡排剂在高温、高矿化度和高凝析油的延113气田中应用效果并不理想，需进行不同的起泡剂复配，研制出适合该气田的新型起泡剂。

延113气田位于伊陕斜坡中部，属于鄂尔多斯盆地。从2018年投产至今，大部分气井都出现了积液情况，导致产量下降，油套压差增大，严重的甚至出现了水淹情况。该地区地层水型为氯化钙型，平均矿化度为24.8 g/L，凝析油含量高于15%，温度高于90℃，具有高温、高矿化度和高凝析油的特点。目前采用的UT-6、UT-7型泡排剂不能满足泡排的要求，为了解决这一难题，本文筛选了10种常见的起泡剂进行研究，挑选出耐盐、耐油、耐高温的组分进行复配，得到了同时满足耐盐、耐油和耐高温的泡排剂，解决了延113气田的泡沫排水技术难题，同时对其它同类井区的稳产具有一定的借鉴作用。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

阳离子表面活性剂2种：十二烷基三甲基溴化铵(1231)、十六烷基三甲基溴化铵(1631)；阴离子表面活性剂2种：仲烷基磺酸钠(SAS60)、α-烯基磺酸钠(AOS)；两性表面活性剂2种：十二烷基甜菜碱TCJ-11、十四烷基甜菜碱TCJ-8；非离子型2种：非离子氟碳表面活性剂FT-10和FT-5；现场使用的泡排剂UT-6和UT-7；NaCl(代替矿化度)；航空煤油(代替凝析油)。

罗氏泡沫仪；移液管；恒温携液仪；玻璃转子流量计(规格60～600 L/h)；温度计(精度0.2 ℃)；电子天平(精度0.01 g)；超级恒温水浴(精度±2 ℃)；电磁式空气泵(最大排气量50 L/min)；烧杯(规格100 mL、1000 mL)；充气泵；医用注射器(10 mL)。

1.2 实验方法

发泡能力按照GB/T13173-2008规定要求，表面活性剂洗涤试验方法用Ross-Miles法，测定起泡剂的起泡能力以及稳泡性能[5]。具体操作步骤：将罗氏泡沫仪预热到(70±1)℃，用200 mL移液管移取50 mL待测样液，沿着罗氏泡沫仪管壁放下冲洗管壁，等冲洗完后关闭罗氏泡沫仪下端阀门。紧接着移取待测样液50 mL沿罗氏泡沫仪管壁放下，底部就形成了液面，最后用移液管移取200 mL待测样液安放在罗氏泡沫仪上端的中心位置[6-11]，对准液面垂直放下，待样液放完后立即记下罗氏泡沫仪内泡沫上升的高度，即为该实验样品的发泡能力。

2 结果与讨论

2.1 新型起泡剂组分的筛选

延113气田的产水分析，储层地层水为弱酸型，矿化度高于20 g/L，主要以氯化钙为主；不含硫化物并且凝析油含量波动范围大，平均含量高于80 mg/L，地层温度90 ℃到110 ℃。现有的起泡剂效果差，需要研制耐盐、耐油和耐温的新型起泡剂。通过对现在市场上畅销的起泡剂进行对比，筛选出8种在耐盐、耐温和耐油方面性能优良的起泡剂，和目前正在使用的2种起泡剂共有10种。通过对起泡剂的发泡性能、耐盐性、耐油性和耐温性进行实验，筛选出耐盐、耐油和耐温组分进行复配，对复配的起泡剂进行现场试验。

2.1.1 不同浓度起泡剂泡沫性能对比

将10种起泡剂分别配制成0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，1.0%浓度的溶液备用，在室温(25℃)条件下测试起泡剂的起泡性能随着浓度的变化规律。图1(a)和(b)分别表示0.5 min、3 min时不同起泡剂溶液的发泡量随浓度的变化情况。

从图1可以看出，在相同浓度情况下，不同类型的起泡剂起发泡量具有显著的差异。发泡性能的大致规律是：阴离子型>两性型>非离子型>阳离子型，前2种的类型的起泡剂开始发泡量明显高于后2种类型的起泡剂，阳离子型的起泡剂起始起泡性能最低。起泡性最好的起泡剂是SAS60，这是因为SAS60所含的磺酸基具有很强的水化能力，厚的水化膜容易在其周围形成，有利于泡沫的形成和稳定。而在具有相同官能团的起泡剂中，两性型起泡剂TCJ-11和TCJ-8和非离子型起泡剂FT-5和FT-10，开始发泡能力的差别主要与起泡剂的分子结构有关[12-17]。所有起泡剂在浓度为0.5%时，起泡性能开始稳定，增加浓度起泡性能变化不大，因此后续试验使用浓度为0.5%的起泡剂。

图1 起泡高度随浓度的变化情况

2.1.2 矿化度对不同起泡剂起泡性能的影响

将10种起泡剂按质量分数0.5%配制成起泡剂溶液，常温下测试不同起泡剂在不同矿化度(2000～25000 mg/L)试验水中的发泡高度。分别记录0.5 min、3 min时的发泡高度，结果如图2(a)和(b)所示。

由图2可知，矿化度的成倍增加对TCJ-11、TCJ-8、FT-5、1631、UT-6这5种起泡剂的起始发泡量基本无影响；盐的加入对AOS、FT-10、1231这3种起泡剂的起始发泡量具有增强作用，在盐的浓度高于20 g/L时，泡沫高度普遍下降。SAS60和UT-7这2种起泡剂的起泡性能随着盐浓度的增大而降低，耐盐性差。总体来说，矿化度对起泡剂的稳定性影响不大，大部分起泡剂的耐盐性都相对较好，AOS、1231和两性甜菜碱型起泡剂都具有好的耐盐性。综合考虑，挑选AOS为耐盐组分。

图2 起泡剂泡沫高度随矿化度的变化

2.1.3 凝析油对不同起泡剂起泡性能的影响

将10种起泡剂配制成质量分数0.5%的溶液，常温下测试不同起泡剂在航空煤油(代替现场凝析油)含量0%～30%试验水中的发泡情况。分别记录0.5 min、3 min时的发泡高度，结果如图3(a)和(b)所示。

由图3可知，凝析油对起泡剂TCJ-11、TCJ-8、UT-7、FT-10、1231、UT-6和1631的稳定性影响较大，凝析油的加入降低了其泡沫的稳定性；SAS60、AOS和FT-5具有相对较好耐油性能；凝析油的加入使FT-10在5 min之内起泡量几乎为零，说明其耐油性差。考虑到FT-5含有氟元素，氟元素是电负性最强的元素，它具有高氧化势、高电离能，综合考虑挑选FT-5为耐油组分。

2.1.4 温度对不同起泡剂起泡性能的影响

将10种起泡剂按质量分数0.5%配制成溶液，测试不同起泡剂在20℃、40℃、60℃、80℃对泡沫性能的影响。分别记录0.5 min、3 min时的发泡高度，结果如图4(a)和(b)所示。

图3 起泡剂泡沫高度随凝析油的变化情况

图4 不同起泡剂起泡高度随温度的变化情况

由图4可知，起泡剂的稳定性受温度的影响较大，当温度超过60℃时，稳定性降低的较快，在3min之内大部分起泡剂的起泡量几乎为零。究其原因：一是随着温度的升高，液膜水分的加速蒸发使得液膜变薄，排液速度也加快，容易造成泡沫的破灭；二是起泡剂的自身分子结构所致，在高温下亲水基的水合作用会降低，而且碳链与碳链之间的作用力也降低，进而起泡剂分子间的缔合作用减弱，最终导致起泡性与稳泡性降低。两性型甜菜碱起泡剂TCJ-8的耐温性最好。综合考虑，选择甜菜碱型TCJ-8起泡剂为耐温组分。

2.2 新型起泡剂的研制

将起泡剂ɑ-烯基磺酸钠(AOS)、十四烷基甜菜碱TCJ-8、非离子氟碳表面活性剂FT-5分别标号为1#、2#、3#。对1#、2#、3#进行一定比例的配置，配置成0.5%溶液，在矿化度为25000 mg/L，含15%凝析油，温度60℃的条件下，进行发泡能力和泡沫稳定性测试，结果如图5所示。

图5 复配后发泡能力和泡沫稳定性测试分析

从实验数据分析，1#、2#、3#号起泡剂按照1∶2∶0、1∶2∶1、1∶1∶2、2∶1∶1、2∶2∶1的比例复配的起泡性的稳定性俱佳，其中2∶2∶1组合的性能综合最好，泡沫含水率最低，可作为新起泡剂的复配比例。新型起泡剂是阴离子-非离子-两性型表面活性剂复配体系，用低温透射电镜观察复配体系存在协同作用[18，19]，从粗糙的、厚大的变成较小的紧密的胶束吸附膜，进而泡沫性能提高。

3 起泡剂现场试验及效果分析

现场筛选出YB319-D06井、YB319-D07井作为试验井，理论起泡剂加注量与井筒液面的比值为5‰，设计每次处理井筒油管和环空内液量3 m3，处理液柱高度500 m。起泡剂的原液加注量为15 L，原液按照20%浓度进行配比注入，配液为75 L，从环空注入，泡排周期为7 d一次，采用泡排车加注工艺。

采用现用的起泡剂UT-6对YB319-D06井和YB319-D06进行14 d的泡排，停止泡排两个月后再用复配的新型起泡剂进行14 d的泡排，对泡排数据进行分析对比，UT-6起泡剂YB319-D06井和YB319-D06井的油套压差缩小量10%，产量增加量超过15%；新型泡排剂YB319-D06井和YB319-D06井的油套压差缩小量超过30%，产量增加量超过50%，泡排效果好。