低密度負(fù)壓泡沫洗井用泡排劑的室內(nèi)研究

賀占山，宋增亮，鄭繼龍

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

河南油田負(fù)壓泡沫洗井，主要存在以下難點(diǎn)［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(wú)法實(shí)現(xiàn)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(guān)鍵;3)由于井深且井筒容積超過(guò)100 m3，返排時(shí)間大于3 h，返排時(shí)間長(zhǎng);4)采用高礦化度的地層水洗井易導(dǎo)致地層壓差高、洗井液嚴(yán)重漏失及二次污染等。

針對(duì)以上難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)泡沫機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)［4－6］:溫度和壓力對(duì)泡排劑性能影響最大［7］，在低密度負(fù)壓泡沫洗井過(guò)程中，要達(dá)到地層邊洗邊吐的效果，研制一種低密度耐溫負(fù)壓泡沫洗井用泡排劑尤為重要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器及原料

Waring攪拌器，美國(guó)威力牌攪拌器;恒溫箱，溫度誤差范圍(±0.1)℃。

實(shí)驗(yàn)用水為河南油田地層水，礦化度為6138.76 mg/L，其離子組成見(jiàn)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(wú)患子，天津市雄冠科技發(fā)展有限公司;穩(wěn)泡劑WP－A，WP－B，WP－C，均為陰離子表面活性劑，法國(guó)愛(ài)森絮凝劑有限公司。

1.2 泡沫性能評(píng)價(jià)方法

根據(jù)其用途，起泡劑的評(píng)價(jià)方法分類繁多。本研究主要采用Waring Blender法測(cè)定起泡劑的起泡體積和半衰期［8］，評(píng)價(jià)起泡劑的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性能，該方法具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快、藥劑用量少、實(shí)驗(yàn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。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(zhuǎn)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(jì)錄從泡沫中析出100 mL液體所需時(shí)間，即為泡沫的半衰期，反映其穩(wěn)定性。

2 低密度負(fù)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(jié)果見(jiàn)圖1。地層水配制的泡沫起泡體積和半衰期遠(yuǎn)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(duì)起泡體積的影響

2.2 氣源選擇

能使起泡劑發(fā)泡的氣體［2］主要有空氣、天然氣、氮?dú)?、二氧化碳等。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中天然氣和空氣來(lái)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(xiàn)場(chǎng)施工中也很少使用。氮?dú)庠谧⑷脒^(guò)程中雖受制氮及泵入設(shè)備的制約，但其安全無(wú)毒、不爆炸和排出液中氣體不需處理等優(yōu)點(diǎn)是其他氣體無(wú)法取代的。因此，河南油田選擇氮?dú)庾鳛榕菽淳臍庠础?/p>

2.3 起泡劑篩選

目前國(guó)內(nèi)外泡沫洗井用起泡劑種類較多，主要有:陰離子型、陽(yáng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同起泡劑的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性

從表2可知，上述起泡劑中，AOS起泡效果明顯優(yōu)于其他起泡劑。因此，對(duì)AOS起泡和穩(wěn)泡性能進(jìn)行進(jìn)一步的研究，結(jié)果見(jiàn)圖2。起泡劑AOS加量小于0.2%時(shí)，起泡效果不明顯;AOS加量大于0.2%時(shí)，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(shí)，起泡體積增加趨勢(shì)變緩。另可看出，AOS對(duì)穩(wěn)泡能力影響很大，隨AOS加量增加，穩(wěn)泡能力增加;但當(dāng)AOS加量大于0.5%時(shí)，AOS半衰期下降并趨于穩(wěn)定;AOS加量為0.5%時(shí)，半衰期達(dá)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(duì)起泡體積和半衰期的影響

2.4 穩(wěn)泡劑篩選

起泡劑與基液產(chǎn)生的泡沫起泡能力強(qiáng)，但不夠穩(wěn)定，泡沫易破裂，需在泡沫體系中加入穩(wěn)泡劑提高泡沫的穩(wěn)定性。穩(wěn)泡劑根據(jù)其作用方式大致可分為［9］:(1)增強(qiáng)泡沫吸附作用穩(wěn)泡劑。此類穩(wěn)泡劑在泡沫液中主要是通過(guò)協(xié)同作用，使泡沫表面吸附膜強(qiáng)度增大，增加其彈性，減小泡沫透氣性;(2)增黏性穩(wěn)泡劑。此類穩(wěn)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(wěn)定性。固定其他條件，AOS加量為0.5%，考察穩(wěn)泡劑WP－A，WP－B和WP－C加量對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 穩(wěn)泡劑及其加量對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

從圖3可知，分別加入3種穩(wěn)泡劑的泡沫半衰期均隨著穩(wěn)泡劑加量增加而增加，但當(dāng)加量增加至一定值時(shí)，泡沫半衰期增加趨勢(shì)變緩。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，WP－A穩(wěn)泡劑穩(wěn)泡效果較理想，當(dāng)加量為0.6%時(shí)，半衰期為680 min，滿足泡沫洗井時(shí)返排的需要。

2.5 泡沫密度

泡沫密度的確定對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有重要的指導(dǎo)意義［10］。按照 0.5%AOS 起泡劑 +0.6%W －1穩(wěn)泡劑+清水配制泡沫體系，測(cè)定PVT筒體積，再將泡沫體系加入PVT筒，充入氮?dú)庵辆矇毫Γ{(diào)節(jié)溫度至井筒溫度，攪拌30 min后，測(cè)定PVT筒內(nèi)泡沫體系密度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jīng)上述室內(nèi)對(duì)低密度負(fù)壓泡沫洗井用泡排劑篩選實(shí)驗(yàn)，確定了礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的泡沫體系:0.5%AO發(fā)泡劑+0.6%W－1穩(wěn)泡劑+清水+氮?dú)狻４伺菽w系pH值為7.2，與地層水配伍性良好，無(wú)沉淀無(wú)分層，對(duì)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(jié)論

1)針對(duì)低密度負(fù)壓泡沫洗井，以α烯烴磺酸鹽(AOS)為主劑，研制一種低密度負(fù)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(wěn)泡劑+清水+氮?dú)猓菽w系密度為 0.92 g/cm3，AOS 半衰期為 490 s。

2)低密度負(fù)壓泡沫洗井用泡排劑室內(nèi)評(píng)價(jià)表明:該泡排劑在負(fù)壓泡沫洗井中具有較好的起泡、穩(wěn)泡、耐高溫和抗腐蝕能力，在低壓高溫洗井作業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。

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