低密度负压泡沫洗井用泡排剂的室内研究

贺占山，宋增亮，郑继龙

(1.中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳 473000;2.中海油能源发展工程技术分公司三采公司，天津 300452)

河南油田负压泡沫洗井，主要存在以下难点［1－3］:1)由于泡沫在井筒中存在密度差，井筒中泡沫密度下降快，无法实现悬浮物返吐;2)井深使泡沫携带悬浮物困难，如何将悬浮物从井筒带出尤为关键;3)由于井深且井筒容积超过100 m3，返排时间大于3 h，返排时间长;4)采用高矿化度的地层水洗井易导致地层压差高、洗井液严重漏失及二次污染等。

针对以上难点，通过对泡沫机理的研究发现［4－6］:温度和压力对泡排剂性能影响最大［7］，在低密度负压泡沫洗井过程中，要达到地层边洗边吐的效果，研制一种低密度耐温负压泡沫洗井用泡排剂尤为重要。

1 实验

1.1 仪器及原料

Waring搅拌器，美国威力牌搅拌器;恒温箱，温度误差范围(±0.1)℃。

实验用水为河南油田地层水，矿化度为6138.76 mg/L，其离子组成见表1。

表1 河南油田地层水离子组成

十二烷基硫酸钠(K－12)、辛基苯酚聚氧乙烯醚(OP－10)、十二烷基苯磺酸钠(ABS)、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)、十二烷基磺酸钠(AS)、离子型和非离子型表面活性剂 CT5－2、α烯烃磺酸盐(AOS)、两性离子型起泡剂无患子，天津市雄冠科技发展有限公司;稳泡剂WP－A，WP－B，WP－C，均为阴离子表面活性剂，法国爱森絮凝剂有限公司。

1.2 泡沫性能评价方法

根据其用途，起泡剂的评价方法分类繁多。本研究主要采用Waring Blender法测定起泡剂的起泡体积和半衰期［8］，评价起泡剂的起泡能力和泡沫稳定性能，该方法具有操作简单、测试速度快、药剂用量少、实验周期短等优点。在室温条件下，将一定量的起泡剂溶液200 mL加入Waring Blender搅拌器中搅拌3 min(转速7500 r/min)，将起泡剂溶液立即加入1000 mL量筒中读取泡沫体积，考察起泡剂的起泡能力，再纪录从泡沫中析出100 mL液体所需时间，即为泡沫的半衰期，反映其稳定性。

2 低密度负压泡沫洗井用泡排剂配方的确定

2.1 泡沫基液选择

河南油田基液一般采用地层水和清水。采用地层水和清水分别配制起泡剂OP－1溶液，考察其起泡性能，结果见图1。地层水配制的泡沫起泡体积和半衰期远低于清水配制的。因此，选用清水作为基液配制起泡剂。

图1 泡沫基液对起泡体积的影响

2.2 气源选择

能使起泡剂发泡的气体［2］主要有空气、天然气、氮气、二氧化碳等。在现场施工过程中天然气和空气来源便捷，但洗井施工的气源均在油气井附近，存在安全隐患;而二氧化碳由于制备工艺及成本等因素的制约，现场施工中也很少使用。氮气在注入过程中虽受制氮及泵入设备的制约，但其安全无毒、不爆炸和排出液中气体不需处理等优点是其他气体无法取代的。因此，河南油田选择氮气作为泡沫洗井的气源。

2.3 起泡剂筛选

目前国内外泡沫洗井用起泡剂种类较多，主要有:阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型起泡剂。固定其他条件，起泡剂加量(质量分数，下同)0.5%，将温度提高至油藏温度60℃，考察不同起泡剂的半衰期和泡沫体积，结果见表2。

表2 不同起泡剂的起泡能力和泡沫稳定性

从表2可知，上述起泡剂中，AOS起泡效果明显优于其他起泡剂。因此，对AOS起泡和稳泡性能进行进一步的研究，结果见图2。起泡剂AOS加量小于0.2%时，起泡效果不明显;AOS加量大于0.2%时，起泡剂起泡体积随起泡剂加量增加而升高，AOS加量大于0.5%时，起泡体积增加趋势变缓。另可看出，AOS对稳泡能力影响很大，随AOS加量增加，稳泡能力增加;但当AOS加量大于0.5%时，AOS半衰期下降并趋于稳定;AOS加量为0.5%时，半衰期达最大值，为490 s。因此，AOS加量以0.5%为宜。

图2 起泡剂AOS加量对起泡体积和半衰期的影响

2.4 稳泡剂筛选

起泡剂与基液产生的泡沫起泡能力强，但不够稳定，泡沫易破裂，需在泡沫体系中加入稳泡剂提高泡沫的稳定性。稳泡剂根据其作用方式大致可分为［9］:(1)增强泡沫吸附作用稳泡剂。此类稳泡剂在泡沫液中主要是通过协同作用，使泡沫表面吸附膜强度增大，增加其弹性，减小泡沫透气性;(2)增黏性稳泡剂。此类稳泡剂主要是提高泡沫液相黏度，减缓泡沫的排液速率，提高泡沫稳定性。固定其他条件，AOS加量为0.5%，考察稳泡剂WP－A，WP－B和WP－C加量对泡沫稳定性的影响，结果见图3。

图3 稳泡剂及其加量对泡沫稳定性的影响

从图3可知，分别加入3种稳泡剂的泡沫半衰期均随着稳泡剂加量增加而增加，但当加量增加至一定值时，泡沫半衰期增加趋势变缓。实验结果表明，WP－A稳泡剂稳泡效果较理想，当加量为0.6%时，半衰期为680 min，满足泡沫洗井时返排的需要。

2.5 泡沫密度

泡沫密度的确定对现场施工具有重要的指导意义［10］。按照 0.5%AOS 起泡剂 +0.6%W －1稳泡剂+清水配制泡沫体系，测定PVT筒体积，再将泡沫体系加入PVT筒，充入氮气至井筒压力，调节温度至井筒温度，搅拌30 min后，测定PVT筒内泡沫体系密度。通过实验测得泡沫体系密度为0.92 g/cm3，此泡沫液密度完全满足洗井液的需要。

经上述室内对低密度负压泡沫洗井用泡排剂筛选实验，确定了矿场实验的泡沫体系:0.5%AO发泡剂+0.6%W－1稳泡剂+清水+氮气。此泡沫体系pH值为7.2，与地层水配伍性良好，无沉淀无分层，对金属的腐蚀速率 ＜0.076 mm/a;AOS半衰期为490 s，起泡体积为920 mL。

3 结论

1)针对低密度负压泡沫洗井，以α烯烃磺酸盐(AOS)为主剂，研制一种低密度负压泡沫洗井用泡排剂，确定了最佳配方:0.5%AOS起泡剂+0.6%WP－A稳泡剂+清水+氮气，泡沫体系密度为 0.92 g/cm3，AOS 半衰期为 490 s。

2)低密度负压泡沫洗井用泡排剂室内评价表明:该泡排剂在负压泡沫洗井中具有较好的起泡、稳泡、耐高温和抗腐蚀能力，在低压高温洗井作业中具有良好的应用前景。

［1］龚浩研，胡均志，王雅萍，等.GC－1型泡排剂应用效果评价［J］.石油化工应用，2013，32(6):106 －108.

［2］王强军，任发俊，曹成寿，等.氮气泡沫冲砂洗井工艺在靖边气田的应用［J］.石油化工应用，2010，29(11):35 －37，45.

［3］张晨阳，鲜波，陈良，等.氮气泡沫液洗井增注技术研究与应用［J］.重庆科技学院学报:自然科学版，2012，14(6):69－71.

［4］ROSEN M J，Kunjappu J T.Surfactants and interfacial phenomena［M］.3rd ed.New Jersey:John Wiley ＆Sons Inc，2004:379－410.

［5］郑继龙，宋志学，陈平，等.QW－2型氮气泡沫驱起泡剂的研究及其性能评价［J］.应用科技，2013，40(5):1 －4.

［6］陈平，宋志学，郑继龙，等.QHD32－6油田N2泡沫驱高温高压可视化实验研究［J］.应用科技，2013，40(3):75 －78.

［7］李农，赵立强，缪海燕，等.深井耐高温泡排剂研制及实验评价方法［J］.天然气工业，2012，32(12):55 －57.

［8］宋志学，郑继龙，陈平，等.氮气泡沫压锥起泡剂的筛选与性能评价［J］.精细石油化工进展，2013，14(3):5 －7，21.

［9］杨燕，蒲万芬，周明.驱油泡沫稳定剂的性能研究［J］.西南石油学院学报，2002，24(4):60 －62.

［10］李松岩，林日亿，李兆敏，等.泡沫流体密度－压力－温度关系的实验研究［J］.石油化工高等学校学报，2008，21(2):71－75.