气井泡排药剂性能评价方法及优选应用研究

张 腾，高旺斌，刘 洋，马 林，杨 琴，赵红亮，蔺锦城

（中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边 718500）

随着靖边气田的持续开发，弱喷产水气井逐年增多，产量逐渐下降，携液能力降低，影响气井产能发挥。泡沫助排已成为靖边气田现阶段排水采气关键技术之一，年实施井数500余口；近年来，针对泡沫排水采气技术开展了一些研究和应用，并取得了一定的成果和认识；但针对泡排药剂性能评价参数、评价方法、影响因素等情况及泡排剂优选原则尚未开展系统的研究。本文通过调研及室内实验，得出泡排药剂性能评价参数、评价方法、泡排剂性能影响因素及机理，制定泡排剂优选原则，指导现场泡沫助排工艺药剂选型，提高泡沫排水采气实施效果[1-3]。

1 泡排剂性能评价参数的确定

在泡沫排水采气技术中泡排剂的性能直接决定了排水采气效果。泡排剂性能的研究涉及到许多因素，本文参照《SY/T 6465-2000泡沫排水采气用起泡剂评价方法》所规定的评价指标和评价参数综合评价泡排剂的各种性能（见表1）。其中pH、密度、黏度、表面张力和界面张力等主要是作为产品的质量控制指标，起泡性能、稳泡性能和携液性能为起泡剂的性能指标。结合现场泡排剂选型要求，确定气田排水采气用泡排剂的评价指标主要为：泡排剂的起泡性能、稳泡性能和携液性能，对应的评价参数为：起泡高度、稳泡率和携液量。

表1 《SY/T 6465-2000泡沫排水采气用起泡剂评价方法》评价指标

2 泡排剂性能评价及关联性研究

气田常用泡排剂主要有A、B、C、D型液体起泡剂和E、F型固体泡排棒，主要根据气田不同区块采出水水质特征及井身结构选择加注。

2.1 泡排剂理化性质的测定

通过对常用泡排剂理化性质进行测定可知（见表2），液体泡排剂pH相差不大，其中只有固体泡排剂E的1%的水溶液呈碱性，使用时会提高产出水的pH，可能会增加高矿化度产出水的结垢趋势。将测定结果与产品说明书进行对比，均为合格品。

2.2 起泡性能评价

泡沫是气体在液体中的分散体系，产生泡沫的首要条件是气液接触。气田排水采气用泡排剂体系通常由起泡剂和稳泡剂组成。表面活性剂的作用机理和它的化学结构密切相关，主要是依靠非对称分子的渗入作用，改变体系分子之间的作用能，因而降低其表面张力。表面活性剂的起泡力可用表面活性剂降低水的表面张力的能力来表征，表面活性剂降低水的表面张力强者其起泡力就越强，反之越差。因此，泡排剂的起泡性能主要与表面张力有关。

采用倾倒法（Ross-Miles法），对溶液和测试温度进行测试，测定结果（见图1）。

由图1可得：泡沫高度整体随时间的增加而降低，40℃时，8 min内泡沫高度降低幅度较小，70℃时，8 min内泡沫高度随时间降低较快，90℃时，8 min内泡沫高度随时间急剧降低。部分泡排剂3 min时的泡沫高度大于0 min，是由于顶部液体滴完以后泡沫还没稳定，持续上升引起的。

2.3 稳泡性能评价

泡沫的稳定性主要与膜的强度有关，膜的强度可用表面黏度来衡量。表面黏度是指液体表面单分子层内的黏度，表面黏度通常由表面活性分子在表面上所构成的单分子层产生的。若液膜液体黏度高，在液膜的重力排液变薄过程中液体黏度高可使排液速度减缓，从而起到稳定泡沫的作用。因此，要得到稳定的泡沫其关键是液膜能否保持恒定，决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的表面黏度和弹性。

采用倾倒法（Ross-Miles法）评价泡沫稳定性，计算泡排剂的稳泡率，结果（见表3）。

表2 气田常用泡排剂理化性质测定结果

图1 不同温度下泡沫高度随时间变化图（蒸馏水）

由表3可得：泡排剂在相同溶剂中，随着温度的升高，稳泡率逐渐降低，在相同温度下不同溶液中，除泡排剂E外在50 g/L矿化水中，其余5种稳泡率变化差别不大。

2.4 携液性能评价

用50 g/L的矿化水配制0.25%的泡排剂溶液和用蒸馏水配制0.25%的泡排剂溶液，参照《SY/T 5761-1995排水采气用起泡剂CT5-2》实验条件，用190 mL泡排剂溶液与10 mL石油醚混合，倒入发泡管，测试温度下恒温10 min，打开压缩泵，以压力为0.05 MPa，流量为290 mL/min进行鼓气，记录泡沫从进入泡沫收集器开始后15 min内泡沫携带液体的体积，实验结果（见表4）。

由表4可得：泡排剂在矿化水中的携液能力略大于在蒸馏水中的携液能力，随着温度的升高，泡排剂的携液量略有增加。

由泡排剂的携液性能测定方法可得，测定气速、压力相同，故泡沫从产生到离开起泡管的时间是一定值。因此，泡排剂的携液性能与泡沫质量（由液膜厚度反映）和泡沫排水速度有关。

2.5 评价参数之间的关系

对不同温度下各种泡排剂的起泡性能、稳泡率和携液量进行对比，以期得出各个性能指标之间的关系。对比结果（见图2）。

由图2可得：在不同温度下，泡排剂的起泡性能、稳泡性能和携液性能之间没有明显关联关系。泡排剂起泡性能好，并不能得出泡排剂的稳定性能和携液性能好，反之亦然。例如在40℃下泡排剂E和泡排剂F的起泡性能较其他泡排剂更好，然而携液量低于其他泡排剂。在70℃下泡排剂D和泡排剂F的起泡性能和稳泡性能相差不大，但携液量相差很大。因此，泡排剂的各个性能指标之间没有直接相关性。

3 泡排剂优选

决定起泡性能的是表面张力，决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的表面黏度和弹性，泡排剂的携液性能与液膜厚度和泡沫排水速度有关，三个评价参数之间没有直接的相关性。结合现场精细管理的需求，对于各类生产情况进行泡排剂优选（见表5）：

（1）低产低压气井主要考虑泡排剂的起泡能力，推介A类泡排剂；

（2）采气管线排水主要考虑泡排剂低温情况下的稳泡能力，推介A、D类泡排剂；

（3）大产水气井主要考虑泡排剂的携液能力，推介A、B、D 类泡排剂；

（4）一般类型气井以上泡排剂性能均可使用。

4 结论

（1）通过室内实验，评价了泡排剂的起泡高度、稳泡率和携液率，对应分析了药剂的起泡性能、稳泡性能和携液性能，明确了泡排剂的起泡性能主要与表面张力有关，决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的表面黏度和弹性，泡排剂的携液性能主要与泡沫质量（由液膜厚度反映）和泡沫排水速度有关。

表3 泡排剂在不同溶剂中不同温度下的稳泡率

表4 0.25%泡排剂在不同溶剂中携液量测定结果

图2 不同温度下蒸馏水中不同泡排剂的性能比较

表5 不同泡排剂现场实践效果统计表

（2）进行常用泡排剂的性能相关性分析，得出泡排剂三个评价参数之间没有直接的相关性。

（3）针对现场不同类型气井及生产情况，相应的选择泡排药剂型号。