頁巖氣井泡沫排水起泡劑優(yōu)選及現(xiàn)場應(yīng)用
——以延安地區(qū)陸相頁巖氣田為例

燕迎飛，姚軍，唐永槐

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075）

隨著延安地區(qū)陸相頁巖氣田的不斷開發(fā)，每年越來越多的氣井進(jìn)入低壓、低產(chǎn)階段，氣井帶液能力下降，不能滿足最小攜液流量的要求，使得液體在井底或井筒中聚集形成積液。井底積液會導(dǎo)致氣井直噴能力持續(xù)下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致氣井停產(chǎn)。

泡排憑借其設(shè)備簡單、施工容易、見效快、不影響氣井正常生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)成為排水采氣技術(shù)的首選，在各氣田得到普遍應(yīng)用[1-8]。因此，為了解決氣井積液問題，恢復(fù)氣井正產(chǎn)生產(chǎn)，首次在該區(qū)塊的積液氣井上開展泡沫排水采氣技術(shù)適應(yīng)性研究。

本文通過Ross-Miles 法和泡沫動態(tài)性能評價(jià)裝置法，對6種起泡劑進(jìn)行了室內(nèi)評價(jià)，結(jié)果表明HY-3C起泡劑在起泡能力、穩(wěn)定性、攜液能力等方面優(yōu)于其他5種起泡劑。將HY-3C 應(yīng)用在云平A、云平A-1、云平B井上，取得較好的泡排效果，這為泡沫排水采氣技術(shù)在該區(qū)塊上的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 泡沫排水采氣的原理及工藝要求

1.1 工藝原理

從井口向井底注入某種能夠遇水起泡的表面活性劑，井底積水與起泡劑接觸以后，借助天然氣流的攪動，生成大量低密度含水泡沫，隨氣流從井底攜帶到地面，提高氣流攜液能力，從而解除氣水流通堵塞，達(dá)到氣井的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)目的。

1.2 工藝要求

井深小于3 500 m，井底溫度小于150℃；空管氣流線速不小于0.1 m·s-1；日產(chǎn)液量在100 m3以內(nèi)[1]。

2 起泡劑室內(nèi)性能評價(jià)及優(yōu)選

2.1 起泡劑性能要求

能大幅降低氣液界面張力；親憎平衡值在一定值范圍內(nèi)；起泡能力要強(qiáng)；泡沫穩(wěn)定性適中；攜液量要大；熱穩(wěn)定性良好；與生產(chǎn)用溶劑配伍性好；有一定的緩蝕性能。

根據(jù)地層產(chǎn)出流體介質(zhì)的特點(diǎn)，初步選出JTF、HX-3C、SX、SX（泡排棒）、HY（泡排棒）、NK（固體）6種起泡劑。

2.2 起泡劑室內(nèi)性能評價(jià)

2.2.1 起泡能力及穩(wěn)定性評價(jià)

采用羅氏泡沫儀來評價(jià)起泡劑的起泡能力和穩(wěn)定性。在50℃條件下，將500 mL 發(fā)泡劑溶液從高度900 mm，內(nèi)徑為2.9 mm的細(xì)孔中流下，沖擊盛有500 mL 同樣發(fā)泡劑的溶液中，分別記錄30 s、3 min、5 min、10 min時(shí)的泡沫高度，結(jié)果如圖1、圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，在50℃時(shí)，起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5‰條件下，HY-3C起泡能力與穩(wěn)定性均優(yōu)于SX和JTF；SX（泡排棒）起泡能力優(yōu)于HY（泡排棒）和NK（固體），NK（固體）穩(wěn)定性較差。

圖1 液體起泡劑的起泡高度曲線圖

圖2 固體起泡劑的起泡高度曲線圖

2.2.2 泡沫動態(tài)攜液能力實(shí)驗(yàn)

通過自制的起泡劑動態(tài)性能評價(jià)裝置來評價(jià)起泡劑的攜液帶水能力。將3 L·min-1流速的氣體通入裝有發(fā)泡劑樣液的發(fā)泡管中，形成泡沫，測定15 min后泡沫攜帶出的液體的體積數(shù)，結(jié)果如圖3、圖4。

圖3 液體起泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與攜液量關(guān)系曲線

圖4 固體起泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與攜液量關(guān)系曲線

從圖3和圖4可以看出，攜液能力HY-3C 優(yōu)于SX和JTF；攜液能力NK（固體）優(yōu)于SX（泡排棒）和HY（泡排棒）；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜5‰時(shí)，攜液量隨著起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增多，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥5‰時(shí)，攜液量隨起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化不大。

室內(nèi)條件下，HY-3C起泡劑在起泡能力、穩(wěn)定性和攜液能力等方面優(yōu)于其他5種起泡劑，因此，推薦使用HY-3C起泡劑進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。

3 泡沫排水采氣現(xiàn)場試驗(yàn)及效果評價(jià)

為了驗(yàn)證泡沫排水采氣技術(shù)是否適應(yīng)延安地區(qū)陸相頁巖氣田的現(xiàn)場排液需要，以及HY-3C是否適合延安地區(qū)陸相頁巖氣田中積液氣井的現(xiàn)場排液需要，2019年在該區(qū)塊進(jìn)行泡排水先導(dǎo)性試驗(yàn)。

3.1 氣井施工參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)云平A井、云平A-1井、云平B井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、氣井產(chǎn)能數(shù)據(jù)以及HY-3C 室內(nèi)性能參數(shù)，確定起泡劑加注量分別為185、170、120 kg，稀釋比例為起泡劑∶水=1∶5，加注周期為10 天。施工過程采取泡排車套管加注法進(jìn)行加注。

3.2 氣井試驗(yàn)情況及效果分析

云平A、云平A-1、云平B 3口氣井泡排試驗(yàn)前后的采氣曲線如圖5、圖6、圖7所示。

從圖5可以看出，云平A井油壓由試驗(yàn)前的5.85 MPa下降至試驗(yàn)后的4.82 MPa，套壓由試驗(yàn)前9.56 MPa下降至試驗(yàn)后5.57 MPa，產(chǎn)氣量由試驗(yàn)前9.6×103m3·d-1提升至1.11×104m3·d-1。

從圖6可以看出，云平A-1井油壓由試驗(yàn)前的9.95 MPa變?yōu)橹猎囼?yàn)后的10.16 MPa，套壓由試驗(yàn)前12.08 MPa下降至試驗(yàn)后10.52 MPa，產(chǎn)氣量由試驗(yàn)前8.0×103m3·d-1提升至1.33×104m3·d-1。

圖5 云平A井油壓、套壓、采氣量曲線圖

圖6 云平A-1井油壓、套壓、采氣量曲線圖

圖7 云平B井油壓、套壓、采氣量曲線圖

從圖7可以看出，云平B井油壓由試驗(yàn)前的3.17 MPa變?yōu)橹猎囼?yàn)后的5.13 MPa，套壓由試驗(yàn)前5.72 MPa下降至試驗(yàn)后5.54 MPa，產(chǎn)氣量由試驗(yàn)前1.41×104m3·d-1提升至1.62×104m3·d-1。

通過對比3口氣井泡排試驗(yàn)前后的油套壓差、產(chǎn)氣量變化情況可以得出：①云平A、云平A-1、云平B平均油套壓差分別下降2.96、1.77、2.14 MPa，表明3口氣井井底積液有所排出。②云平A、云平A-1、云平B 連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)氣量穩(wěn)定，產(chǎn)氣量分別提高1.5×103、5.3×103、2.1×103m3·d-1，說明泡排試驗(yàn)效果較好，泡沫排水采氣技術(shù)在延安地區(qū)陸相頁巖氣田是適應(yīng)的，HY-3C起泡劑可以滿足延安地區(qū)陸相頁巖部分積液氣井的現(xiàn)場排液需要。

4 結(jié) 論

1）當(dāng)起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜5‰時(shí)，起泡劑的起泡高度和攜液量都隨著起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增多，當(dāng)起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥5‰時(shí)，起泡劑的起泡高度和攜液量隨起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化不大。因此，5‰為起泡劑的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2）室內(nèi)條件下，HY-3C 在起泡能力、穩(wěn)定性、攜液能力等方面性能優(yōu)于其他5種起泡劑。因此，推薦使用HY-3C起泡劑進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。

3）現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，泡沫排水采氣技術(shù)在延安地區(qū)陸相頁巖氣田是適應(yīng)的，HY-3C起泡劑可以滿足延安地區(qū)陸相頁巖氣田部分積液氣井的現(xiàn)場排液需求。但是為了將泡沫排水采氣技術(shù)在延安地區(qū)陸相頁巖氣井上推廣應(yīng)用，建立延安地區(qū)陸相頁巖氣井的泡排制度，形成適合于延安地區(qū)陸相頁巖氣田的泡沫排水采氣技術(shù)，下一步除了需要擴(kuò)大試驗(yàn)井的數(shù)量外，還需要對該工藝在延安地區(qū)陸相頁巖氣田的適應(yīng)范圍、起泡劑和消泡劑的加注量及加注周期等參數(shù)進(jìn)行更加深入研究。