气井泡排作业
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气井泡排作业
目
录
一、泡沫排水工艺简介 二、起泡剂介绍与应用 三、起泡剂性能影响因素 四、泡沫的形成和消泡原理
一、泡沫排水工艺简介
泡沫排水采气工艺是将起泡剂注入井筒，与井筒积液混合后，借助天 然气流的搅动，产生大量低密度含水泡沫，降低液体密度，减少液体沿油 管壁上行的“滑脱”损失，提高气流的垂直举升能力，从而达到排出井筒 积液的目的。 泡沫排水方法的最大优点是由于液体部分在泡沫中，具有更大的表面 积，减少了气体滑脱效应（滑脱效应又称克林肯波格效应，气体在岩石孔 隙介质中的低速渗流特性不同于液体，气体在岩石孔道壁处不产生吸附波 曾，气体分子的流速在孔道中心和孔壁处五明显差别，这种特性成为滑脱 效应。其次,当压力极低时,气体分子的平均自由路程达到孔道尺寸,气体分子 扩散可以不受碰撞而自由飞动,由于这一原因导致视渗透率增加。实验证明： 岩石渗透率越低,滑脱效应越明显；压力越低,滑脱效应也越明显），并能够 形成低密度的气液混合体。在气井生产中，泡沫能够将液体举升到井口， 否则积液越严重，会造成较高的多相压力损失。
凝析油含量的影响：在油水介质中，产生泡沫取决于两个过程的竞争：即在水相中产生 泡沫，同时在油相中泡沫破裂。当有凝析油存在时，不仅改变了产生泡沫的条件，同时 改变了泡沫的稳定性能。在泡沫剂选择上，必须考虑药剂抗凝析油能力。
四、泡沫的形成和消泡原理
泡沫的形成：泡沫是气体被液体隔开的分散体系，气相是分散相， 液相是分散介质。气泡间吸附着表面活性剂的气液界面和界面间的液体 构成了泡沫的液膜。泡沫本身属热力学不稳定体系。单一组份的液体不 能形成稳定的泡沫，但液体中如果含有一种或几种具有起泡和稳泡作用 的表面活性剂，则能产生能持续存在数十分钟乃至数小时的泡沫。在溶 液中有表面活性剂的存在，气泡形成后，由于分子间力的作用，其分子 中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则排列，其亲水基朝向水相， 疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜，其稳定性很强，常 态下不易破裂。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移 动、温度、蒸发等因素有关。 消泡剂的消泡机理：消泡剂是低表面张力的液体。一般具有3个性质：a. 不溶于要消泡的介质；b.有正的进入系数；c.有正的展布系数。当体系 加入消泡剂后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制形成弹性膜， 即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后，加入消泡剂，其分子立即 散布于泡沫表面，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透， 层状入侵，从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低，便流向产生泡沫 的高表面张力的液体，这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断
扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引， 这样致使泡沫周围应力失衡，从而导致其破泡。不溶于体系的消泡剂分子再重新进 入另一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫全部覆灭。 消泡剂的分类：国内外商品消泡剂的品种繁多，性能各异，目前常用的消泡 剂大致归为3类，即聚醚型、硅油型、硅面张力随表面活性剂浓度增加而迅速降低， 表面张力下降的速度体现了泡排剂的效率。泡沫排水采气的机理包括泡沫效 应、分散效应、减阻效应和洗涤效应等。 泡排剂适用范围：泡沫排水采气工艺适用于弱喷或间歇喷产水气井的排 水。具体应用条件为： 1.因地层压力下降、产气量下降、产水量增加等原因造成的井筒积液； 2.气井具有自喷能力，井底油管鞋处的气流速度大于0.1m/s，井底温度低于 150℃； 3.井深不大于3500m，井底温度不高于120℃，产液量小于100m3/d； 4.含凝析油不大于30%，产层水矿化度不大于10g/L，含H2S不大于23g/m3， 含CO2不大于86g/m3。
二、起泡剂的介绍与加注方式
2、加注方式
3、泡排剂加注量计算依据及计算公式
图1 计算依据
图2 计算公式
4、泡沫的危害如下图所示
图 1
图2
5、起泡剂加注周期
三、起泡剂性能影响因素
影响泡沫剂性能的因素众多，说法不一。其中主要包括温度、矿化度、凝析油的影 响。 温度的影响：温度对泡沫稳定性的影响较复杂，归纳起来，表现在以下几个方面： 1.对表面张力的影响。温度升高，表面活性剂自由能增加，表面张力发生变化，影响了 泡沫的 稳定性。 2.对粘度的影响。温度升高，分子间作用力小，液相粘度减小，降低泡沫的稳定。 3.对泡膜液体蒸发的影响。随着温度的升高，液膜的蒸发增加，促使液膜减薄，降低泡 沫的 稳定性。 4.对吸附的影响。当温度升高时，表面吸附量减少, 泡沫的稳定性降低。地层水矿化度的 影响： 地层水矿化度是指地层水中含盐量的多少。当溶液中矿化度很高时，浊点越低，泡沫剂 (非离子表面活性剂类 )在其浊点以上的水溶液中的溶解度降低，易形成新相，不但使泡沫剂性能变差，而且有 消泡作用；当溶液电解质浓度很高时，泡沫液 (阴离子表面活性剂类)膜的扩散双电层被压缩，相斥作用减小，膜变薄速度加快，使泡 沫剂性能明显减小。因此，在泡沫剂选择上，必须考虑药剂对矿化度的抵抗能力。
二、起泡剂的介绍与加注方式
1、 起泡剂有非离子型、阴非离子型、阴离子型、（弱）阳离子型和两性离子型， 而不同品种又因其离子基团类型、分子结构或组成不同，应用功能（配伍性、起泡性、 泡沫稳定性、携液量、抗矿化度、抗温性、抗凝析油甚至抗Ｃｌ－、Ｏ２、Ｈ２Ｓ 、ＣＯ２特性及其综合性能）千差万别。因泡沫排水采气生产过程中要产生大量的 气田水，对不同的出水气井进行泡排采气，既要考虑气井产气量的大幅度上升，又 要考虑其它各配套专用化学技术的协同效应和技术效果问题，只有这样才能提高有 水气藏天然气的采收率和开采的综合经济效益。据调研分析，目前国内这方面的化 学剂品种繁多，如下表所示：
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一、泡沫排水工艺简介 二、起泡剂介绍与应用 三、起泡剂性能影响因素 四、泡沫的形成和消泡原理
一、泡沫排水工艺简介
泡沫排水采气工艺是将起泡剂注入井筒，与井筒积液混合后，借助天 然气流的搅动，产生大量低密度含水泡沫，降低液体密度，减少液体沿油 管壁上行的“滑脱”损失，提高气流的垂直举升能力，从而达到排出井筒 积液的目的。 泡沫排水方法的最大优点是由于液体部分在泡沫中，具有更大的表面 积，减少了气体滑脱效应（滑脱效应又称克林肯波格效应，气体在岩石孔 隙介质中的低速渗流特性不同于液体，气体在岩石孔道壁处不产生吸附波 曾，气体分子的流速在孔道中心和孔壁处五明显差别，这种特性成为滑脱 效应。其次,当压力极低时,气体分子的平均自由路程达到孔道尺寸,气体分子 扩散可以不受碰撞而自由飞动,由于这一原因导致视渗透率增加。实验证明： 岩石渗透率越低,滑脱效应越明显；压力越低,滑脱效应也越明显），并能够 形成低密度的气液混合体。在气井生产中，泡沫能够将液体举升到井口， 否则积液越严重，会造成较高的多相压力损失。
凝析油含量的影响：在油水介质中，产生泡沫取决于两个过程的竞争：即在水相中产生 泡沫，同时在油相中泡沫破裂。当有凝析油存在时，不仅改变了产生泡沫的条件，同时 改变了泡沫的稳定性能。在泡沫剂选择上，必须考虑药剂抗凝析油能力。
四、泡沫的形成和消泡原理
泡沫的形成：泡沫是气体被液体隔开的分散体系，气相是分散相， 液相是分散介质。气泡间吸附着表面活性剂的气液界面和界面间的液体 构成了泡沫的液膜。泡沫本身属热力学不稳定体系。单一组份的液体不 能形成稳定的泡沫，但液体中如果含有一种或几种具有起泡和稳泡作用 的表面活性剂，则能产生能持续存在数十分钟乃至数小时的泡沫。在溶 液中有表面活性剂的存在，气泡形成后，由于分子间力的作用，其分子 中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则排列，其亲水基朝向水相， 疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜，其稳定性很强，常 态下不易破裂。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移 动、温度、蒸发等因素有关。 消泡剂的消泡机理：消泡剂是低表面张力的液体。一般具有3个性质：a. 不溶于要消泡的介质；b.有正的进入系数；c.有正的展布系数。当体系 加入消泡剂后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制形成弹性膜， 即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后，加入消泡剂，其分子立即 散布于泡沫表面，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透， 层状入侵，从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低，便流向产生泡沫 的高表面张力的液体，这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断
扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引， 这样致使泡沫周围应力失衡，从而导致其破泡。不溶于体系的消泡剂分子再重新进 入另一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫全部覆灭。 消泡剂的分类：国内外商品消泡剂的品种繁多，性能各异，目前常用的消泡 剂大致归为3类，即聚醚型、硅油型、硅面张力随表面活性剂浓度增加而迅速降低， 表面张力下降的速度体现了泡排剂的效率。泡沫排水采气的机理包括泡沫效 应、分散效应、减阻效应和洗涤效应等。 泡排剂适用范围：泡沫排水采气工艺适用于弱喷或间歇喷产水气井的排 水。具体应用条件为： 1.因地层压力下降、产气量下降、产水量增加等原因造成的井筒积液； 2.气井具有自喷能力，井底油管鞋处的气流速度大于0.1m/s，井底温度低于 150℃； 3.井深不大于3500m，井底温度不高于120℃，产液量小于100m3/d； 4.含凝析油不大于30%，产层水矿化度不大于10g/L，含H2S不大于23g/m3， 含CO2不大于86g/m3。
二、起泡剂的介绍与加注方式
2、加注方式
3、泡排剂加注量计算依据及计算公式
图1 计算依据
图2 计算公式
4、泡沫的危害如下图所示
图 1
图2
5、起泡剂加注周期
三、起泡剂性能影响因素
影响泡沫剂性能的因素众多，说法不一。其中主要包括温度、矿化度、凝析油的影 响。 温度的影响：温度对泡沫稳定性的影响较复杂，归纳起来，表现在以下几个方面： 1.对表面张力的影响。温度升高，表面活性剂自由能增加，表面张力发生变化，影响了 泡沫的 稳定性。 2.对粘度的影响。温度升高，分子间作用力小，液相粘度减小，降低泡沫的稳定。 3.对泡膜液体蒸发的影响。随着温度的升高，液膜的蒸发增加，促使液膜减薄，降低泡 沫的 稳定性。 4.对吸附的影响。当温度升高时，表面吸附量减少, 泡沫的稳定性降低。地层水矿化度的 影响： 地层水矿化度是指地层水中含盐量的多少。当溶液中矿化度很高时，浊点越低，泡沫剂 (非离子表面活性剂类 )在其浊点以上的水溶液中的溶解度降低，易形成新相，不但使泡沫剂性能变差，而且有 消泡作用；当溶液电解质浓度很高时，泡沫液 (阴离子表面活性剂类)膜的扩散双电层被压缩，相斥作用减小，膜变薄速度加快，使泡 沫剂性能明显减小。因此，在泡沫剂选择上，必须考虑药剂对矿化度的抵抗能力。
二、起泡剂的介绍与加注方式
1、 起泡剂有非离子型、阴非离子型、阴离子型、（弱）阳离子型和两性离子型， 而不同品种又因其离子基团类型、分子结构或组成不同，应用功能（配伍性、起泡性、 泡沫稳定性、携液量、抗矿化度、抗温性、抗凝析油甚至抗Ｃｌ－、Ｏ２、Ｈ２Ｓ 、ＣＯ２特性及其综合性能）千差万别。因泡沫排水采气生产过程中要产生大量的 气田水，对不同的出水气井进行泡排采气，既要考虑气井产气量的大幅度上升，又 要考虑其它各配套专用化学技术的协同效应和技术效果问题，只有这样才能提高有 水气藏天然气的采收率和开采的综合经济效益。据调研分析，目前国内这方面的化 学剂品种繁多，如下表所示：