劉廣峰，高 燕，張俊璟，陳姍姍，李雪嬌

(1.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249;2.康菲石油公司，德克薩斯州 休斯頓 77079;3.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 605007)

引 言

泡沫排水采氣是蘇里格氣田有效的采氣技術(shù)［1－8］。目前，泡排劑在單一抗鹽、抗油及抗溫等方面性能有一定提高，但對(duì)于產(chǎn)出水礦化度與凝析油含量均較高的高溫深井而言，上述泡排劑均無(wú)法滿(mǎn)足工況要求。蘇里格氣田S75井區(qū)產(chǎn)出水水型為CaCl2型，平均總礦化度為21923.87 mg/L，陰離子中Cl－含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。地層水的鈉氯系數(shù)大部分小于0.5，為CaCl2－Ⅴ型，脫硫系數(shù)為0.08～14.60，脫硫作用比較徹底。S75井區(qū)平均井深為3525 m，井溫、凝析油含量較高。針對(duì)S75井區(qū)高礦化度、高溫、高凝析油含量的特點(diǎn)有必要研究新型的泡排劑。

1 泡排劑研制及評(píng)價(jià)

1.1 泡排劑初選

根據(jù)單種起泡劑與穩(wěn)泡劑篩選實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出性能較好的起泡劑和穩(wěn)泡劑，同時(shí)增加常規(guī)聚合物型增黏劑作為助劑。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)復(fù)配體系的泡沫性能，找出優(yōu)勢(shì)復(fù)配比，最后獲得5種配方(表1)。

表1 泡排劑主劑、助劑及穩(wěn)泡劑復(fù)配比

1.2 抗鹽性能評(píng)價(jià)

地層水的礦化度對(duì)泡沫具有較強(qiáng)的消泡作用［9－10］。圖1為模擬地層水礦化度(鈣離子濃度為10000 mg/L)對(duì)泡排劑起泡及穩(wěn)泡性能的影響?？梢钥闯?，地層水礦化度增加，使 FDA1、FDA2、FDA3、FDA4四種泡排劑起泡、穩(wěn)泡性能略有降低，對(duì)FDA5性能影響較大，當(dāng)?shù)V化度大于10×104mg/L時(shí)，起泡高度和穩(wěn)泡高度大幅降低。

圖2為鈣離子含量對(duì)泡排劑起泡及穩(wěn)泡性能的影響?？梢钥闯?，礦化度一定時(shí)(16×104mg/L)，F(xiàn)DA1、FDA2、FDA3、FDA4 泡排劑起泡性能及穩(wěn)泡性能均隨地層水中鈣離子含量增加而略有降低。相對(duì)而言，對(duì)FDA5的起泡性能影響相對(duì)較大，當(dāng)鈣離子含量達(dá)8000 mg/L以上時(shí)，泡排劑FDA5的起泡性能及穩(wěn)泡性能大幅降低。

圖1 起泡高度隨礦化度變化曲線(xiàn)

圖2 起泡高度隨鈣離子濃度變化曲線(xiàn)

1.3 抗油性能評(píng)價(jià)

在天然氣開(kāi)采過(guò)程中，井底積液中經(jīng)常含有一定量的凝析油，凝析油具有較強(qiáng)的消泡作用，易使泡沫性能變差［11］。實(shí)驗(yàn)采用模擬地層水樣，鈣離子含量為10000 mg/L，總礦化度為16×104mg/L，采用93號(hào)汽油進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)溫度為90℃。采用羅氏泡沫儀測(cè)試不同含油量條件下泡排劑起泡性能(表2)。

由表2可知，F(xiàn)DA1泡排劑抗油性能最佳，油含量為30%時(shí)，起泡高度仍達(dá)到140 mm，且隨時(shí)間延長(zhǎng)，泡沫會(huì)上升至羅氏泡沫儀上端口。FDA4泡排劑抗油性次之，F(xiàn)DA2與FDA3泡排劑抗油性能相對(duì)較差，雖然初始起泡高度較大，但穩(wěn)泡效果較差。FDA5即使在油含量較低的情況下也無(wú)法形成有效泡沫。

表2 泡排劑抗油性能

1.4 抗溫性能評(píng)價(jià)

將配置好的起泡劑放入老化罐內(nèi)高溫24 h，老化溫度為150℃，然后采用羅氏泡沫儀對(duì)老化后起泡劑的起泡性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)溫度為90℃(表3)。由表3可知，上述5種泡排劑都具有良好的抗溫性能，在150℃高溫老化24 h后起泡性能基本沒(méi)有明顯變化。

表3 泡排劑抗老化性能

1.5 攜液性能評(píng)價(jià)

對(duì) FDA1、FDA2、FDA3、FDA4 抗鹽、抗油、耐溫性能較好的泡排劑進(jìn)行攜液性能評(píng)價(jià)(表4)。地層水礦化度為16×104mg/L，實(shí)驗(yàn)溫度為20℃。在無(wú)油條件下，泡排劑加量為0.25%，在凝析油條件下，泡排劑加量為0.30%。由表4可知:在蒸餾水條件下，4種泡排劑具有較強(qiáng)的攜液能力;在高礦化度、高鈣條件下，攜液能力雖然有所下降，但下降幅度較小，仍具有較強(qiáng)的攜液能力;隨汽油含量增加，泡排劑攜液能力相繼下降，當(dāng)汽油含量達(dá)到20%以上時(shí)，F(xiàn)DA2、FDA32種泡排劑完全失去排液能力，F(xiàn)DA1與FDA4抗油性能較強(qiáng)，含汽油達(dá)到40%時(shí)，仍具有較強(qiáng)的攜液能力。

表4 泡排劑攜液能力

綜合上述實(shí)驗(yàn)，5種泡排劑中FDA1在高礦化度、高溫、高凝析油含量條件下的起泡性能及攜液性能最好。

2 以全井為控制條件的積液判斷

氣井要達(dá)到連續(xù)排液的條件是氣流上升速度不小于臨界攜液流速［12］。Turner模型的控制條件取在井口，也有學(xué)者認(rèn)為以井底為控制條件［13］。因此，本文以全井為控制條件，將全井的實(shí)際流速與臨界攜液流速進(jìn)行比較。

以S75－66－34x井為例，最小臨界攜液流量采用李閩的橢球形模型公式［14］。

氣井?dāng)y液的最小流速為:

式中:vg為臨界攜液流速，m/s;σ為氣液表面張力，mN/m;ρ1為地層液密度，kg/m3;ρg為天然氣密度，kg/m3。

天然氣密度ρg=3484.4，相對(duì)密度 γg為 0.56，σ =60 ×10－5N/m，代入式(1):

式中:p為氣體壓力，MPa;Z為偏差因子;T為氣體溫度，K。

由于氣水比大于2000 m3/m3，屬于高氣水比氣井。井口到井底壓力分布采用Cullender－Smith修正方法進(jìn)行計(jì)算，將井的相關(guān)參數(shù)帶入式(2)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。從井底到井深為1000 m處實(shí)際流速均小于臨界攜液流速，表明S75－66－34x氣井已經(jīng)發(fā)生積液。利用同樣的方法計(jì)算S75井區(qū)其他井的積液情況，其中15口井已經(jīng)積液。

圖3 S75－66－34x井積液情況判斷

3 泡排劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果分析

2014年對(duì)15口氣井進(jìn)行FDA1泡排劑泡沫排水采氣現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，累計(jì)增產(chǎn)氣量92.86×104m3，油套壓差平均降低0.87 MPa，平均日產(chǎn)氣增幅為35.2%。

以S75－77－24井為例，其生產(chǎn)層位為盒8、山1和山2段，常規(guī)配產(chǎn)為1.2×104m3/d。2014年6月8日至9月20日，由套管加注泡排劑，濃度為0.5%，加注量為15 L/d，加注周期為2 d，油壓為3.93 MPa，套壓為7.88 MPa。泡排前日產(chǎn)氣量平均為 0.38×104m3/d，油套壓差平均為 4.44 MPa，泡排后日產(chǎn)氣量為0.58×104m3/d，增加了52.6%，油套壓差為3.54 MPa，下降了20.3%。

4 結(jié)論

(1)經(jīng)過(guò)對(duì)起泡劑、穩(wěn)泡劑及助劑的初選，得到5種配方。從抗鹽、抗油、抗溫及攜液性能方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，以FDA1泡排劑效果最好，在礦化度為16×104mg/L、凝析油含量為50%、150℃下有較好起泡和穩(wěn)泡性能，在礦化度為16×104mg/L、凝析油含量為40%時(shí)有較好的攜液能力。

(2)為精確計(jì)算氣井積液情況，應(yīng)以全井為控制條件，計(jì)算井筒各處的臨界攜液流速并與實(shí)際流速對(duì)比來(lái)進(jìn)行判斷。

(3)對(duì)S75井區(qū)15口井進(jìn)行FDA1泡排劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，累計(jì)增產(chǎn)氣量為92.86×104m3，平均日產(chǎn)氣增幅為35.2%，效果顯著。

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