劉 慧

（中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，鄭州450000）

0 引 言

泡沫排水采氣工藝廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大氣田產(chǎn)水氣井開發(fā)中，主要是向井筒中加入泡排劑（起泡劑），通過氣流攪動(dòng)產(chǎn)生泡沫，從而降低流體密度，降低表界面張力，提高氣井排液效果。

泡排劑在應(yīng)用過程中易受應(yīng)用環(huán)境影響［1-3］，如地層水礦化度、地層溫度、凝析油含量等，不同壓力條件下泡排劑發(fā)泡形態(tài)及綜合性能評(píng)價(jià)，泡排劑高溫條件下性能評(píng)價(jià)與篩選，低壓氣井泡排劑研發(fā)等，將成為未來研究的主要方向，這些研究的開展與實(shí)施均建立在高溫高壓泡排劑評(píng)價(jià)方法成熟基礎(chǔ)上［4-10］。

泡排劑常溫常壓條件下評(píng)價(jià)方法較多［11-13］，主要可參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T5761-1995《排水采氣用起泡劑CT5-2》［14］、SY／T 6465-2000《泡沫排水采氣用起泡劑評(píng)價(jià)方法》［15］，其評(píng)價(jià)內(nèi)容主要為泡排劑的起泡性、穩(wěn)泡性、攜液能力。本文參考常溫常壓測(cè)試方法，在高溫高壓條件下，對(duì)重力擊打發(fā)泡法、通氣發(fā)泡兩種方法進(jìn)行了測(cè)試。

1 重力擊打發(fā)泡法

1.1 測(cè)試原理

高溫高壓條件下重力擊打發(fā)泡原理與常溫常壓泡排劑測(cè)試原理相同，向發(fā)泡管底部加注待測(cè)液，距離液面一定高度傾注室內(nèi)加注同樣液體，打開旋塞，使待測(cè)液自由落體垂直下落，在發(fā)泡管內(nèi)液體中擊打產(chǎn)生泡沫，傾注室完全下落產(chǎn)生泡沫初始高度為發(fā)泡力，5 min后泡沫高度為穩(wěn)泡力。不同的是實(shí)驗(yàn)裝置可加溫加壓，實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 重力擊打發(fā)泡法設(shè)備流程圖

1.2 測(cè)試方法適用性分析

1.2.1 測(cè)試條件

實(shí)驗(yàn)藥劑：藥劑A和B為同一廠家生產(chǎn)的兩種類型泡排劑，B為耐溫泡排劑。

實(shí)驗(yàn)1測(cè)試條件：溫度25℃，壓力大氣壓，待測(cè)藥劑A濃度0．3%。

實(shí)驗(yàn)2測(cè)試條件：溫度25℃，壓力1 MPa，待測(cè)藥劑A濃度0．3%。

實(shí)驗(yàn)3測(cè)試條件：溫度110℃，壓力4 MPa，待測(cè)藥劑A濃度0．3%。

1.2.2 測(cè)試結(jié)果

重力擊打發(fā)泡法實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖可見：①實(shí)驗(yàn)1，下落的液柱集中，在底部略有分散，但仍可擊打出大量泡沫；②實(shí)驗(yàn)2，下落液柱分散，導(dǎo)致液體沖擊力降低，下部擊打出的泡沫量明顯減少；③ 實(shí)驗(yàn)3，下落液柱進(jìn)一步分散，其分散液滴更小，接近底部時(shí)液體完全霧化，僅能擊打出極少泡沫。

圖2 重力擊打發(fā)泡法測(cè)試結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)可知，在高溫高壓條件下，重力擊打發(fā)泡法產(chǎn)生泡沫量明顯低于常溫常壓條件，產(chǎn)生泡沫高度過低，不便于發(fā)泡力及穩(wěn)泡力的測(cè)試。因此，重力擊打發(fā)泡法不適用于高溫高壓條件下泡排劑性能測(cè)試。

2 通氣發(fā)泡法

2.1 測(cè)試原理

通氣發(fā)泡原理：發(fā)泡管內(nèi)承裝一定量液體，通過向發(fā)泡管底部通入氣體，產(chǎn)生泡沫。發(fā)泡時(shí)間為泡沫由一高度升高至另一高度所需時(shí)間，以發(fā)泡時(shí)間表征泡排劑的發(fā)泡力，發(fā)泡時(shí)間越短，即單位時(shí)間內(nèi)泡沫量越多，可提升排液速度，泡排劑性能越好；消泡時(shí)間為泡沫由一高度消減至另一高度所需時(shí)間，以消泡時(shí)間表征泡排劑穩(wěn)泡力，消泡時(shí)間越長，泡沫穩(wěn)定性越好，泡排劑攜帶液體能力越好。

2.2 測(cè)試方法適用性分析

2.2.1 測(cè)試條件

利用通氣法對(duì)泡排劑性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件見表1。

表1 通氣法測(cè)試條件

2.2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）現(xiàn)象1。實(shí)驗(yàn)4通氣發(fā)泡測(cè)試過程見圖3。實(shí)驗(yàn)4通氣速度為8 L／min，氣流速度過快，6 s即達(dá)到發(fā)泡管最大容積，且上部泡沫上升過程中出現(xiàn)泡沫聚并，小泡沫變?yōu)榇笈菽?，泡沫聚并?duì)泡沫穩(wěn)定性測(cè)試存在影響，泡沫穩(wěn)定性測(cè)試見圖4。

由于：①通氣速度過快，泡沫迅速占滿整個(gè)發(fā)泡管，不便于記錄時(shí)間；② 通氣速度過快，氣流擾動(dòng)大，發(fā)泡管上部起泡易聚并，進(jìn)而影響泡沫穩(wěn)定性測(cè)定。因此，高溫高壓泡排劑測(cè)試應(yīng)在低流速下進(jìn)行。

（2）現(xiàn)象2。實(shí)驗(yàn)5通氣速度降至1 L／min時(shí)，發(fā)泡過程見圖5。泡沫細(xì)小致密，泡沫穩(wěn)定性不受泡沫聚并影響。

圖3 實(shí)驗(yàn)4通氣發(fā)泡測(cè)試過程

圖4 實(shí)驗(yàn)4消泡過程

圖5 通氣速度1 L／min時(shí)發(fā)泡過程

（3）現(xiàn)象3。泡沫開始產(chǎn)生時(shí)，由于壓力、流速等手動(dòng)調(diào)控參數(shù)不穩(wěn)，對(duì)泡沫生成速率影響大，因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取泡沫高度140～240 mm泡沫生成時(shí)間。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

（1）由實(shí)驗(yàn)5、實(shí)驗(yàn)6數(shù)據(jù)可知（見表2），通氣速度、泡排劑型號(hào)、濃度、測(cè)試溫度相同條件下，壓力越高，發(fā)泡時(shí)間越長。主要由于壓力越高泡沫越細(xì)密，因此測(cè)試高壓條件泡排劑性能時(shí)，要嚴(yán)格控制測(cè)試壓力。

表2 起泡性能原始數(shù)據(jù)記錄

由實(shí)驗(yàn)6、實(shí)驗(yàn)7數(shù)據(jù)可知，通氣速度、泡排劑型號(hào)、濃度、測(cè)試壓力相同條件下，溫度越高，發(fā)泡速度越快，因此測(cè)試高溫條件泡排劑性能時(shí)，要嚴(yán)格控制測(cè)試溫度。

（2）由實(shí)驗(yàn)8、實(shí)驗(yàn)9數(shù)據(jù)可知，通氣速度、泡排劑型號(hào)、濃度、測(cè)試溫度相同條件下，壓力越高，穩(wěn)泡性越強(qiáng)（見表3）。

表3 穩(wěn)泡性能原始數(shù)據(jù)記錄

由實(shí)驗(yàn)9、實(shí)驗(yàn)10數(shù)據(jù)可知，通氣速度、泡排劑型號(hào)、濃度、測(cè)試壓力相同條件下，溫度越高，消泡速度越快。

由實(shí)驗(yàn)10、實(shí)驗(yàn)11可知，處于較低壓環(huán)境的泡排劑B消泡時(shí)間更長，穩(wěn)泡性更好，說明在110℃條件下，泡排劑B的穩(wěn)泡性能更好、更適用。該方法對(duì)于區(qū)分高溫高壓條件下泡排劑穩(wěn)泡性能有一定作用。

3 通氣測(cè)攜液能力評(píng)價(jià)方法

該方法與常溫常壓條件下測(cè)試泡排劑攜液能力的方法原理相同。通過向發(fā)泡管底部通入氣體產(chǎn)生泡沫，泡沫不斷增多，最后溢出發(fā)泡管并進(jìn)入接收器中，測(cè)試接收到的液體體積與原體積之比，為攜液率。

根據(jù)攜液性能測(cè)試原理，分別調(diào)整通氣速度為1、4、8 L／min，測(cè)定氣體攜液率，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。當(dāng)通氣速度為1、4 L／min時(shí)，氣體流動(dòng)過緩，攜液率測(cè)試時(shí)間過長，不能當(dāng)天完成測(cè)試任務(wù)，因此調(diào)整通氣速度為8 L／min。通氣速度為8 L／min條件下，攜出液體體積79 mL，剩余液體體積31 mL，攜液率為71．8%。

表4 攜液性能實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4 結(jié) 語

高壓條件下，自由下落的液體受氣流阻力影響增大，液滴分散無法有效擊打發(fā)泡，重力擊打發(fā)泡方法不適用于泡排劑性能測(cè)定。高壓條件下，泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)，泡沫不易消減；高溫條件下，泡沫穩(wěn)定性降低、消泡快。通氣發(fā)泡法可用于高溫高壓條件下泡排劑性能評(píng)價(jià)與篩選。