页岩气井泡沫排水起泡剂优选及现场应用——以延安地区陆相页岩气田为例

燕迎飞，姚军，唐永槐

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安 710075）

随着延安地区陆相页岩气田的不断开发，每年越来越多的气井进入低压、低产阶段，气井带液能力下降，不能满足最小携液流量的要求，使得液体在井底或井筒中聚集形成积液。井底积液会导致气井直喷能力持续下降，严重时导致气井停产。

泡排凭借其设备简单、施工容易、见效快、不影响气井正常生产等优点成为排水采气技术的首选，在各气田得到普遍应用[1-8]。因此，为了解决气井积液问题，恢复气井正产生产，首次在该区块的积液气井上开展泡沫排水采气技术适应性研究。

本文通过Ross-Miles 法和泡沫动态性能评价装置法，对6种起泡剂进行了室内评价，结果表明HY-3C起泡剂在起泡能力、稳定性、携液能力等方面优于其他5种起泡剂。将HY-3C 应用在云平A、云平A-1、云平B井上，取得较好的泡排效果，这为泡沫排水采气技术在该区块上的推广应用奠定了基础。

1 泡沫排水采气的原理及工艺要求

1.1 工艺原理

从井口向井底注入某种能够遇水起泡的表面活性剂，井底积水与起泡剂接触以后，借助天然气流的搅动，生成大量低密度含水泡沫，随气流从井底携带到地面，提高气流携液能力，从而解除气水流通堵塞，达到气井的稳产、增产目的。

1.2 工艺要求

井深小于3 500 m，井底温度小于150℃；空管气流线速不小于0.1 m·s-1；日产液量在100 m3以内[1]。

2 起泡剂室内性能评价及优选

2.1 起泡剂性能要求

能大幅降低气液界面张力；亲憎平衡值在一定值范围内；起泡能力要强；泡沫稳定性适中；携液量要大；热稳定性良好；与生产用溶剂配伍性好；有一定的缓蚀性能。

根据地层产出流体介质的特点，初步选出JTF、HX-3C、SX、SX（泡排棒）、HY（泡排棒）、NK（固体）6种起泡剂。

2.2 起泡剂室内性能评价

2.2.1 起泡能力及稳定性评价

采用罗氏泡沫仪来评价起泡剂的起泡能力和稳定性。在50℃条件下，将500 mL 发泡剂溶液从高度900 mm，内径为2.9 mm的细孔中流下，冲击盛有500 mL 同样发泡剂的溶液中，分别记录30 s、3 min、5 min、10 min时的泡沫高度，结果如图1、图2所示。

从图1和图2可以看出，在50℃时，起泡剂质量分数为5‰条件下，HY-3C起泡能力与稳定性均优于SX和JTF；SX（泡排棒）起泡能力优于HY（泡排棒）和NK（固体），NK（固体）稳定性较差。

图1 液体起泡剂的起泡高度曲线图

图2 固体起泡剂的起泡高度曲线图

2.2.2 泡沫动态携液能力实验

通过自制的起泡剂动态性能评价装置来评价起泡剂的携液带水能力。将3 L·min-1流速的气体通入装有发泡剂样液的发泡管中，形成泡沫，测定15 min后泡沫携带出的液体的体积数，结果如图3、图4。

图3 液体起泡剂的质量分数与携液量关系曲线

图4 固体起泡剂的质量分数与携液量关系曲线

从图3和图4可以看出，携液能力HY-3C 优于SX和JTF；携液能力NK（固体）优于SX（泡排棒）和HY（泡排棒）；当质量分数＜5‰时，携液量随着起泡剂质量分数的增加而增多，当质量分数≥5‰时，携液量随起泡剂质量分数的变化不大。

室内条件下，HY-3C起泡剂在起泡能力、稳定性和携液能力等方面优于其他5种起泡剂，因此，推荐使用HY-3C起泡剂进行现场试验。

3 泡沫排水采气现场试验及效果评价

为了验证泡沫排水采气技术是否适应延安地区陆相页岩气田的现场排液需要，以及HY-3C是否适合延安地区陆相页岩气田中积液气井的现场排液需要，2019年在该区块进行泡排水先导性试验。

3.1 气井施工参数设计

根据云平A井、云平A-1井、云平B井生产数据、气井产能数据以及HY-3C 室内性能参数，确定起泡剂加注量分别为185、170、120 kg，稀释比例为起泡剂∶水=1∶5，加注周期为10 天。施工过程采取泡排车套管加注法进行加注。

3.2 气井试验情况及效果分析

云平A、云平A-1、云平B 3口气井泡排试验前后的采气曲线如图5、图6、图7所示。

从图5可以看出，云平A井油压由试验前的5.85 MPa下降至试验后的4.82 MPa，套压由试验前9.56 MPa下降至试验后5.57 MPa，产气量由试验前9.6×103m3·d-1提升至1.11×104m3·d-1。

从图6可以看出，云平A-1井油压由试验前的9.95 MPa变为至试验后的10.16 MPa，套压由试验前12.08 MPa下降至试验后10.52 MPa，产气量由试验前8.0×103m3·d-1提升至1.33×104m3·d-1。

图5 云平A井油压、套压、采气量曲线图

图6 云平A-1井油压、套压、采气量曲线图

图7 云平B井油压、套压、采气量曲线图

从图7可以看出，云平B井油压由试验前的3.17 MPa变为至试验后的5.13 MPa，套压由试验前5.72 MPa下降至试验后5.54 MPa，产气量由试验前1.41×104m3·d-1提升至1.62×104m3·d-1。

通过对比3口气井泡排试验前后的油套压差、产气量变化情况可以得出：①云平A、云平A-1、云平B平均油套压差分别下降2.96、1.77、2.14 MPa，表明3口气井井底积液有所排出。②云平A、云平A-1、云平B 连续生产，产气量稳定，产气量分别提高1.5×103、5.3×103、2.1×103m3·d-1，说明泡排试验效果较好，泡沫排水采气技术在延安地区陆相页岩气田是适应的，HY-3C起泡剂可以满足延安地区陆相页岩部分积液气井的现场排液需要。

4 结 论

1）当起泡剂质量分数＜5‰时，起泡剂的起泡高度和携液量都随着起泡剂质量分数的增加而增多，当起泡剂质量分数≥5‰时，起泡剂的起泡高度和携液量随起泡剂质量分数的变化不大。因此，5‰为起泡剂的最佳质量分数。

2）室内条件下，HY-3C 在起泡能力、稳定性、携液能力等方面性能优于其他5种起泡剂。因此，推荐使用HY-3C起泡剂进行现场试验。

3）现场试验结果表明，泡沫排水采气技术在延安地区陆相页岩气田是适应的，HY-3C起泡剂可以满足延安地区陆相页岩气田部分积液气井的现场排液需求。但是为了将泡沫排水采气技术在延安地区陆相页岩气井上推广应用，建立延安地区陆相页岩气井的泡排制度，形成适合于延安地区陆相页岩气田的泡沫排水采气技术，下一步除了需要扩大试验井的数量外，还需要对该工艺在延安地区陆相页岩气田的适应范围、起泡剂和消泡剂的加注量及加注周期等参数进行更加深入研究。