楊易駿 ，王錦昌 ，周瑞立 ，王 萍 ，羅 曦 ，袁本福 ，房曉軍，吳偉然 ，徐衛(wèi)峰 ，羅旭術

（1.中國石化華北油氣分公司石油工程技術研究院，河南鄭州 450006；2.中國石化華北油氣分公司采氣一廠，陜西榆林 719000）

大牛地奧陶系風化殼為典型的“低壓、低孔、低滲”致密碳酸鹽巖氣藏，有儲層埋深較深（3 000 m～3 600 m）、溫度較高（80℃～90℃）的特點[1]。由于沉積原因，目前奧陶系風化殼氣藏31.9%的氣井不同程度含有H2S，其中微含硫7口、低含硫21口、中含硫2口，根據(jù)氣藏分類標準SY/T6168-1995可知，其整體屬于低、微含硫氣藏[2]。

隨著開發(fā)的不斷深入，氣井壓力、產(chǎn)量逐漸降低，33%的含硫井產(chǎn)氣量低于臨界攜液流量，需要加注泡排劑輔助帶液生產(chǎn)。但由于大牛地奧陶系風化殼氣藏規(guī)模開發(fā)后，采用前置酸加砂酸壓工藝進行儲層改造，使其產(chǎn)出液具有高礦化度（平均143 300 mg/L）、偏酸性（pH為5.5～6）等特點；同時在生產(chǎn)過程中需加注除硫劑、緩蝕阻垢劑、水合物抑制劑等多種藥劑，最終造成現(xiàn)用泡排劑排液效果較差。為解決奧陶系風化殼氣藏低含硫氣井的泡沫排液問題，引進納米粒子泡排劑，剖析了其作用機理、評價了其基本性能。并通過2口井（H2S 含量 12 mg/m3～150 mg/m3）的現(xiàn)場試驗證明，該納米粒子泡排劑能夠改善大牛地低含硫氣井的排液效果，達到降低油套壓差、降壓帶液頻率，提高產(chǎn)氣量、生產(chǎn)時率的目的。

1 納米粒子泡排劑作用機理[3-5]

納米粒子泡排劑是由陰離子（磺酸基團）表面活性劑、兩性離子表面活性劑及氟碳表面活性劑進行復配而成，同時加入改性的納米二氧化硅球作為固態(tài)穩(wěn)泡劑，從而使該泡排劑體系具有優(yōu)異的抗溫（≤150℃）、抗鹽（≤250 000 mg/L）、抗酸（H2S≤2 000 mg/m3）及抗油（≤30%）性能。

其中帶有磺酸基的高效Gemini雙子表面活性劑由兩個雙親分子的離子頭基經(jīng)連接基團通過化學鍵連接而成的，其溶解度受電解質和溶液pH值范圍限制小，從而提高了體系的抗溫、抗鹽及抗酸性；氟碳表面活性劑的分子結構既疏水又疏油，能夠顯著降低油水界面張力，從而提高體系在油水混合相中的泡沫穩(wěn)定性，達到極佳抗油效果；納米二氧化硅球作為固體穩(wěn)泡劑，可以吸附在氣水界面形成穩(wěn)定的空間壁壘，阻止氣泡的聚并和歧化，且其可與表面活性劑之間發(fā)生協(xié)同作用，從而提高體系泡沫穩(wěn)定性。

2 納米粒子泡排劑性能評價

為驗證納米粒子泡排劑在大牛地奧陶系風化殼低含硫氣井中的適應性，按照Q/SH4006 03-2014《大牛地氣田泡沫排水采氣工藝作業(yè)規(guī)范》要求對其配伍性、起泡、穩(wěn)泡及攜液等性能進行了評價。室內試驗用的水樣取自現(xiàn)場低含硫氣井X2（H2S含量53 mg/m3～150 mg/m3、pH為5.5、礦化度161 000 mg/L）的產(chǎn)出液，試驗用藥劑均取自大牛地氣田現(xiàn)場。

2.1 配伍性評價

由于大牛地氣田越冬生產(chǎn)期間，低含硫氣井生產(chǎn)工況極其苛刻，需要加注除硫劑、緩蝕阻垢劑、水合物抑制劑等多種藥劑維持正常生產(chǎn)，因此亟需評價納米粒子泡排劑與地層水及各種藥劑的配伍性。

圖1 初始狀態(tài)下的地層水樣及3%泡排溶液

2.1.1 與地層水配伍性 為評價納米粒子泡排劑與奧陶系風化殼氣藏地層水樣的配伍性能，取低含硫氣井X2地層水水樣配制3%的泡排劑溶液，室溫下靜置24 h后，泡排劑溶液顯示均一、無分層、無沉淀現(xiàn)象（初始狀態(tài)下及靜置24 h后的地層水樣與3%泡排溶液分別見圖1、圖2）。說明該泡排劑與現(xiàn)場采出水水樣配伍性良好。

2.1.2 與現(xiàn)用主劑的配伍性 目前大牛地奧陶系風化殼氣藏已初步形成低含硫氣井井筒除硫技術，成功保障了低含硫氣井產(chǎn)能的有效釋放。為防止納米粒子泡排劑與現(xiàn)用除硫劑發(fā)生反應，造成氣井堵塞影響生產(chǎn)。按照現(xiàn)場加注藥劑配比（1：1、1：2、1：3）要求，分別量取納米粒子泡排劑及現(xiàn)用除硫劑進行復配，室溫下靜置24 h后，復配藥劑顯示均一、無分層、無沉淀現(xiàn)象（初始狀態(tài)下及靜置24 h后的復配藥劑分別見圖3、圖4）。說明該泡排劑與現(xiàn)場用除硫劑配伍性良好。

圖2 靜置24 h后的地層水樣及3%泡排溶液

2.1.3 與現(xiàn)用輔劑的配伍性 為評價納米粒子泡排劑與低含硫氣井現(xiàn)用輔助藥劑的配伍性能，按照現(xiàn)場加注藥劑配比（1：1：8）要求，分別量取納米粒子泡排劑、現(xiàn)用輔助藥劑（甲醇、緩蝕劑、阻垢劑）、清水配制成150 mL～250 mL的混合溶液，室溫下靜置24 h后，混合溶液顯示均一、無分層、無沉淀現(xiàn)象（初始狀態(tài)下及靜置24 h后的高效泡排、現(xiàn)用輔劑及清水混合液分別見圖5、圖6）。說明該泡排劑與現(xiàn)用輔劑及清水配伍性良好。

2.2 起泡、穩(wěn)泡性能評價

分別量取0.75 mL的納米粒子泡排劑及現(xiàn)場用泡排劑Y，加入250 mL低含硫氣井X2的地層水中，得到藥劑濃度為3‰的待測樣液。在70℃條件下，將配制好的待測樣液裝在羅氏泡沫管內，用滴液法測定泡排劑的起泡及穩(wěn)泡性能。測試結果（見表1）。

圖3 高效泡排與現(xiàn)用除硫劑復配藥劑（初始）

圖4 高效泡排與現(xiàn)用除硫劑復配藥劑（24 h后）

圖5 高效泡排、現(xiàn)用輔劑及清水混合液（初始）

圖6 高效泡排、現(xiàn)用輔劑及清水混合液（24 h后）

表1 納米粒子泡排劑及現(xiàn)用泡排劑起泡、穩(wěn)泡性能（pH為5.5、70℃、礦化度161 000 mg/L）

表2 納米粒子高效及現(xiàn)用泡排劑攜液性能（pH為5.5、70℃、礦化度161 000 mg/L）

通過表1試驗測試結果可以看出：在高酸、高鹽的環(huán)境下，納米粒子泡排劑初始發(fā)泡高度為155 mm、5 min后泡沫高度為140 mm、10 min后泡沫高度為130 mm，其起泡、穩(wěn)泡性能均優(yōu)于現(xiàn)用泡排劑Y。

2.3 攜液性能評價

分別量取0.75 mL的納米粒子泡排劑及現(xiàn)場用泡排劑Y，加入250 mL低含硫氣井X2的地層水中，得到藥劑濃度為3‰的待測樣液。在70℃條件下，將配制好的待測樣液裝在Ross Mile恒溫攜液儀，用氣流法測定泡排劑的攜液性能；此外用同樣的方法，測試納米粒子泡排劑4‰濃度下的攜液能力。測試結果（見表2）。

由表2可知，在高酸、高鹽的環(huán)境下，納米粒子泡排劑攜液率為94%，而現(xiàn)用泡排劑Y的攜液率僅為85%，說明納米粒子泡排劑具有較強的攜液性能，且在一定范圍內隨著藥劑濃度的增加、攜液能力越強。

綜上所述，納米粒子泡排劑與大牛地氣田低含硫氣井地層水及現(xiàn)用藥劑配伍性良好，且在高酸、高鹽的環(huán)境下，其起泡、穩(wěn)泡及攜液能力均比現(xiàn)用泡排劑強。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 選井情況

為驗證納米粒子泡排劑在大牛地奧陶系風化殼氣藏低含硫氣井的輔助帶液能力及適應性，根據(jù)泡沫排水采氣技術應用條件（產(chǎn)氣量介于臨界攜液流量與攜泡流量之間），選取2口低含硫化氫且存在井筒積液的氣井開展現(xiàn)場試驗。試驗井基本情況（見表3）。

3.2 試驗效果分析

對表3中選取的2口存在積液且含硫化氫氣井開展了納米粒子泡排劑現(xiàn)場試驗，試驗前后各井壓力、產(chǎn)量變化（見圖 7、圖 8）。

由圖7、圖8可知：X1井泡排試驗前平均油壓為3.0 MPa、平均套壓4.2 MPa，套油壓差1.2 MPa，生產(chǎn)時率82.74%，平均產(chǎn)氣3 368 m3/d，平均產(chǎn)液4.11 m3/d，降壓帶液頻繁（0.88天1次），采取2天1次井口排車套注。納米粒子泡排劑5 L～10 L后，平均油壓2.95 MPa、平均套壓4.31 MPa，套油壓差1.36 MPa，生產(chǎn)時率86.46%，平均產(chǎn)氣3 871 m3/d、平均產(chǎn)液3.44 m3/d。與空白試驗相比，油套壓差相當，產(chǎn)氣量增加503 m3/d，生產(chǎn)時率提高3.72%，表明納米粒子泡排劑一定程度上提高了氣井的帶液能力，取得了良好的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)效果。2018年在大牛地奧陶系風化殼氣藏共進行2口低含硫氣井（H2S 含量 12 mg/m3～150 mg/m3）納米粒子泡排劑現(xiàn)場試驗，有效率100%，試驗期間均取得了一定的增產(chǎn)效果（見表4）。

表3 試驗井基本情況

表4 2口低含硫氣井納米粒子高效泡排試驗效果評價表

圖7 X1井納米粒子泡排劑現(xiàn)場試驗過程中采氣曲線

圖8 X2井納米粒子泡排劑現(xiàn)場試驗過程中采氣曲線

4 經(jīng)濟評價

由納米粒子泡排劑現(xiàn)場試驗過程可知，其成本費主要包括人工勞務費、化排車運行費、藥劑成本及運輸費，通過計算可得：2口井試驗總成本費為0.78萬元。2口低含硫氣井開展納米粒子泡排劑先導試驗后均取得一定的增產(chǎn)效果，日增產(chǎn)氣量1 017 m3、累計增產(chǎn)氣量2.440 8×104m3，天然氣價按照1.16元/立方米計算，日創(chuàng)效0.12萬元、累計創(chuàng)效2.83萬元，作業(yè)成本僅為0.78萬元，投入產(chǎn)出比為1：3.6。

5 結論

（1）室內評價顯示，納米粒子泡排劑與大牛地低含硫氣井地層水及現(xiàn)用藥劑配伍性良好，其抗酸、抗鹽性能均比現(xiàn)用泡排劑優(yōu)異。

（2）現(xiàn)場試驗表明，2口低含硫氣井試驗后，日增氣量 1 017 m3，累計增氣量 2.440 8×104m3，作業(yè)成本低廉，投入產(chǎn)出比可觀，取得了良好的增產(chǎn)效果及經(jīng)濟效益。

（3）通過室內評價與現(xiàn)場試驗，驗證了納米粒子泡排劑在大牛地含硫氣井中具有較強的適應性，實現(xiàn)了低含硫氣井經(jīng)濟有效排采目的，可在奧陶系風化殼氣藏中規(guī)?；瘧谩?/p>