氮气泡沫冲砂技术

泡沫粘度与泡沫质量的关系
砂粒沉降速度与泡沫质量的关系
砂粒直径对砂粒沉降速度影响较大，直径为0.5mm的砂粒的沉降速度为 10-5～10-4m/s的数量级，几乎可以悬浮在泡沫中，实验结果说明泡沫具有较 好的悬浮性能和携砂性能。
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3、泡沫流体基本性质
（1）泡沫对地层渗透率有选择性，堵大不堵小，即泡沫对高渗层 具有较强的封堵作用，而对低渗层的封堵作用较弱，起到调剖作用。
温度(℃)
温度(℃)
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2、起泡剂优选和性能评价
（5）起泡剂浓度的优化
900
900
800
850 800
700
起泡体积(mL)
750 700 650
半衰期(s)
600 500 400
600 550 500 0.0
300 200 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
额定流量≤66m3/h，额定工作压力35MPa，适用环境温度 -20～+45 ℃，泡沫密度：0.3～0.9g/cm3 。
容积：0.5m3，配罐呼吸器，排污口，液位计 型号2J-D-70/40，计量泵最高输出压力40MPa，排量 140L/hr （可在0-100%之间任意调节，精度≤±1%）。
防腐防爆型25SGPB4-20，适用于化工、化学 ，流量4m3/h，扬程20m。
型 号 EDL20000TE雅马哈柴油发电机
液体输送
型号：美国原装高压涡轮流量计NUFLO-MC-II，适用范围 0-90 m3/hr。
7
8 9
流量计（药剂）
压力传感器 温度传感器
型号：质量流量计DMF-1-3，适用范围：0-200kg/hr。
型号：隔爆型STG98L：适用范围：0-42MPa； 防护等级IP56。 型号：STT171，带现场液晶指示，适用范围：-20-100℃ 。防护等级IP55。
井作业频次加大。
目前在修井维护作业采用水基液体洗井时会产生大量漏失， 有些井甚至无法建立循环，给冲砂作业带来很大难度；部分井即
使采用了暂堵液、胶结砂堵漏等工艺，但也仅能建立循环，修井
液漏失仍然非常严重，地层砂被挤入地层，完井后很快出现砂埋 油层和卡泵现象。
一、泡沫流体的性质
汇 报 内 容
二、现场应用情况
2、起泡剂优选和性能评价 （3）抗油性评价——加原油后起泡
700
900
650
800
起泡体积(mL)
半衰期(s)
600
700
550
600
HY-2 AES
500
HY-2 AES
500
450
400
400 0 5 10 15 20
300 0 5 10 15 20
原油含量(%)
原油加量(%)
20%以内的原油对起泡稍有影响，半衰期稍有下降，这是因为在高速搅拌对油有 很好的乳化作用，被乳化后的油对产生的泡沫有稳定作用。
7
8 9 10 11
十二烷基硫酸钠
十二烷基磺酸钠 OB-2 溴代十四烷基吡啶 BS-12
620
230 530 490 480
5.6
5.2 6.4 3.3 1.3
12
13
TAS
SDS
600
590
3.9
12.7
HY-2、SDS和AES的在起泡能力和泡沫稳定性综合性能要优于其他的起泡剂。 下面对这三种起泡剂进行进一步的评价。
100 20
30
40
50
60
70
80
90
100
HY-2和AES的起泡体积受温度的影响很小，但半衰期随温度的升高下降幅度较 大。半衰期下降是由于在较高温度时，液膜的水分蒸发加剧使液膜变薄，排液速 度增快，导致泡沫容易破灭。在井筒施工条件下，泡沫处于高压状态，不会产生 液膜蒸发的现象，稳定性要远大于实验的结果。
半衰期(min)
450
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2、起泡剂优选和性能评价 （7）起泡剂表面张力实验研究
相同浓度1%三种起泡剂表面张力
浓度 1% SDS 36.2 mN/m HY-2 22.6 mN/m AES 35.8 mN/m
最佳使用浓度下三种起泡剂表面张力
起泡剂种类 表面张力 SDS 36.3 mN/m HY-2 22.7 mN/m AES 36.0 mN/m
气体在内中心管，液体在外中 心管，依靠小孔原理，和发泡剂、 稳泡剂形成细小泡沫，再借助外中 心管的多级阻流板，产生漩流作用， 促使泡沫均匀，不聚集。
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泡沫发生器参数
序 号 1 2 3 4 5 6 名 称 技术参数 数 量 1 1 2 1 1 1
泡沫发生器 药剂罐 计量泵 卸药泵 柴油发电机组 流量计（水）
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2、起泡剂优选和性能评价 （2）抗盐性评价——NaCl的影响
700
900
600 500 400 300 200 100
起泡体积(mL)
HY-2 AES SDS
800 700
HY-2 AES SDS
半衰期(s)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
600 500 400 300 200 100
0
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16
NaCl溶液浓度(%)
NaCl溶液浓度(%)
随着NaCl的加入，起泡体积均有不同程度的下降，AES和SDS的抗盐性能差一些， 能达到4×104mg/L，而HY-2在NaCl浓度达7×104mg/L时仍然有较好的起泡性能。
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2、起泡剂优选和性能评价
12 10
泡沫 高渗出口 低渗出口
起泡剂水溶液
水
液体流量（mL/min）
8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25
PV
并联岩心分流结果（渗透率级差4.0）
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3、泡沫流体基本性质
（2）抗盐性评价——CaCl2的影响
900
700 600 500 400 300 200 100 0 0.00
800 700
起泡体积(mL)
半衰期(s)
600 500 400 300 200 100
HY-2 AES SDS
HY-2 AES SDS
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0 0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
CaCl2溶液浓度(%)
CaCl2溶液浓度(%)
随着CaCl2的加入，AES和SDS的起泡体积和半衰期下降较快，而HY-2在CaCl2 浓度达到3000mg/L时仍有良好的起泡能力，说明其抗CaCl2的能力较强。
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80 60 40 20 0 1.0
0.2
0.4
0.6
0.8
PAM浓度(%)
CMC浓度(%)
CMC稳泡效果
PAM稳泡效果
CMC 和 PAM 两种稳泡剂均有较好的稳泡效果，考虑起泡的难易程度、泡沫 的稳定性等方面的因素，最终推荐选用 (0.3-0.4)%CMC 或 (0.3-0.5)%PAM 作为 稳定剂体系。
氮气泡沫流体连续冲砂技术
井下作业公司
2011年08月
中国石油大港油田公司
前
言
大港油田开发已逐步步入中后期，经过多年的开采，油层压
力普遍降低：一方面，产层压力系数降低，远低于正常地层压力
系数，许多井压力系数仅能达到0.6-0.7左右；另一方面多半生产 井出现了出水量增加，含砂增多等生产问题，生产周期缩短，修
500
Fra Baidu bibliotek
400
300
定性都会有所下降。
原油加量(%)
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2、起泡剂优选和性能评价 （4）抗温性评价
900
660
800 700
HY-2 AES
640
起泡体积(mL)
620
HY-2 AES
半衰期(s)
600 500 400 300
600
580
200
560 20 30 40 50 60 70 80 90 100
泡沫：均匀的细小泡沫，气泡直径小于0.05mm
中国石油大港油田公司
1、氮气泡沫生成机理 （2）氮气获得 利用空气中各种成分渗透性之间的差异，空气经过分离膜管，氧气、 部分氮气和其它气体成分被过滤出，留下纯度较高的氮气经过增压，进
入泡沫发生器。分离膜管的分离效率与氮气纯度有关。一般油井使用氮
气纯度为95％。分离效率接近50％。
1
1 1
10
PLC控制器
SIEMENS—S7300，可以实时绘制泡沫出口密度、泡沫出 口压力、泡沫出口流量、泡沫流体累计量等参数的动态 变化曲线，为现场工艺人员提供决策参考。
1
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2、起泡剂优选和性能评价 （1）起泡剂初选
序号 1 2 3 4 5 6 起泡剂 白皂素 AES 溴化十六烷基三甲基铵 ABS HY-2 F842 起泡体积(mL) 590 630 550 580 670 530 半衰期(min) 2.9 9.8 6.9 8.0 13.0 8.2
膜制氮原理图 NPTU1200-35DF撬装膜制氮机
中国石油大港油田公司
1、氮气泡沫生成机理 （3）泡沫发生器工艺原理
泡沫发生器内有气液混合腔和气液搅拌叶轮。气体直接进入
配气管，分散成小气泡。液体以旋转方式进入，带动气体混合。 初步混合的泡沫液经过固定式叶轮后多次改变方向并产生与水的
搅拌，气体粉碎，在水中成微气泡。
1.00
250
0.95 0.90 0.85 0.80 0.75
泡沫密度 (kg/m3)
200 150 100 50 0
泡沫质量
0
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
时间 (min)
时间 (min)
泡沫质量随时间的变化关系
泡沫密度随时间的变化关系
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2、起泡剂优选和性能评价
（8）地层砂在泡沫中沉降规律研究
510 140 480
510 480
90
起泡体积 半衰期
80
起泡体积 半衰期
起泡体积(mL)
起泡体积(mL)
70
120 100
60 420 390 360 20 330 300 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 10 0 50 40 30
半衰期(min)
450
420 390 360 330 300 0.0
三种起泡剂在相同浓度下，HY-2的表面活性要明显优于其他两种起泡 剂。SDS和AES表面张力基本相同。在最佳使用浓度下，HY-2的表面活性也 优于其他两种起泡剂。
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2、起泡剂优选和性能评价 （8）地层砂在泡沫中沉降规律研究
测量过程： 用水和 HY-2 起泡剂配好泡沫基液，用搅拌器搅拌 30min ，将泡沫倒入多 管粘滞系数测量仪，开始计时，测量在不同时刻泡沫的总体积，泡沫析出液 的体积，以及小球在泡沫中的降落时间。
三、结论和认识
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1、氮气泡沫生成机理 （1）泡沫生成 泡沫一般是由内充气体、泡沫基液等形成 的分散体系，其中液体是连续相，气体是不连 续相。泡沫基液一般是由液体、起泡剂和稳泡
剂按一定比例配制而成的溶液。
泡沫流体是气体在液体中充分分散形成， 气泡分散程度越高，泡沫流体的质量越好。气
1.0 0.8
0.01
泡沫粘度 (Pa.s)
砂粒直径2.0mm 砂粒直径1.0mm 砂粒直径0.5mm
0.6 0.4 0.2 0.0 0.75
沉降速度 (m/s)
0.80 0.85 0.90 0.95 1.00
1E-3
1E-4
泡沫质量
1E-5 0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
泡沫质量
中国石油大港油田公司
2、起泡剂优选和性能评价 （3）抗油性评价——起泡后加原油
900
少量的原油对泡沫的稳定
800
HY-2 AES
性影响不大，但随着原油加量 的增加，泡沫的稳定性就会下
半衰期(s)
700
600
降。这是因为油对泡沫有抑制
和破坏作用，无论用何种起泡 剂配制的泡沫，接触油类后稳
0 5 10 15 20
富氧空气流 中空纤维丝
空气人口 H20 Air Prism Alpha 分离器 CO2 O2
氮气出口
Ar
Nitrogen
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1、氮气泡沫生成机理 （2）氮气获得 NPTU1200-35DF撬装膜制氮机主要性能 • 制氮量：1200m3/h • 额定泵压：35MPa • 氮气纯度：≥95%
2.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
起泡剂浓度(%)
起泡剂浓度(%)
HY-2起泡剂开始随着浓度的增加，起泡体积也随之增加，但是在超过 0.5%以 后，起泡体积几乎不再变化，说明已经达到了临界胶束浓度，所以将0.5%作为HY2起泡剂的最佳起泡浓度。
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2、起泡剂优选和性能评价 （6）稳泡剂的优选
体在水基液体搅拌后的气泡直径是微米级或更
小，气泡在液体中分散后成乳化状态，呈奶白 色，不透明。
中国石油大港油田公司
1、氮气泡沫生成机理 气液混合的方式可以是机械搅拌，也 可以是液力搅拌。经过搅拌，气体破碎成
小气泡。搅拌越彻底，气泡越小，泡沫流
体的质量越好。
起泡剂溶液 泡沫发生器 气体 起泡剂：表面活性剂，减小水的表面张力，形成稳 定的气泡 气体：氮气、空气、二氧化碳等气体 泡沫 井口