李靜

（中國(guó)石油西南油氣田分公司，四川遂寧 629000）

某含硫井站日產(chǎn)氣約10×104m3，日產(chǎn)水約3 m3。該井產(chǎn)氣、水經(jīng)井口節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入水套爐加熱，加熱后經(jīng)二級(jí)節(jié)流，通過單井采氣管線D88.9×6.3～4.4混輸至下游集氣站，生產(chǎn)過程中產(chǎn)出大量白色泡沫，如圖1所示。泡沫流動(dòng)性較差，導(dǎo)致產(chǎn)出液分離、裝卸困難甚至堵塞管路，轉(zhuǎn)水井站不接受含污物較多的產(chǎn)出液致井站關(guān)井，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失并存在安全隱患。因此對(duì)產(chǎn)出液發(fā)泡原因進(jìn)行分析，制定針對(duì)性解決措施，為井站的安全平穩(wěn)生產(chǎn)提供保障。

圖1 井站生產(chǎn)過程中出現(xiàn)白色泡沫

1 發(fā)泡原因分析

針對(duì)產(chǎn)出液發(fā)泡現(xiàn)象，從鉆井試油、產(chǎn)出液組分、地面集輸工藝三方面進(jìn)行分析，以明確產(chǎn)出液發(fā)泡原因。

1.1 鉆井試油情況

該井站試油改造液主要使用酸液體系，依靠酸液的水力和溶蝕作用將地層裂縫撐開、加寬并延伸到遠(yuǎn)處；同時(shí)通過酸巖反應(yīng)改善滲流狀況、提高地層導(dǎo)流能力，從而提高氣井產(chǎn)量[1]。試油改造時(shí)共注入井筒2 000余方酸液（膠凝酸為主）和40方降阻液，截止到試油結(jié)束排液513.5方，返排率為23.85%，具體情況如表1所示。

表1 該井站試油改造情況

由于試油階段的大量入井液在投產(chǎn)前未排出，較大概率會(huì)在投產(chǎn)后返排至地面，其中有起泡功能的添加劑可能在返排地面時(shí)造成乳化、泡沫情況。

1.2 產(chǎn)出液組分分析

產(chǎn)出液水樣振蕩后有明顯的起泡現(xiàn)象。

1.2.1 常見陽(yáng)離子含量分析

根據(jù)《水質(zhì) 鈣和鎂的測(cè)定 原子吸收分光光度法》（GB/T 11905-1989）、《水質(zhì) 鉀和鈉的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法》（GB/T 11904-1989）、《水質(zhì) 鐵、錳的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法》（GB/T 11911-1989）、 《水質(zhì) 鋇的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法；》（HJ603-2011），分別測(cè)定K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Sr2+等含量，測(cè)定結(jié)果如表2所示，產(chǎn)出液中陽(yáng)離子以Ca2+、Mg2+為主，且濃度較高，易結(jié)垢沉淀。

表2 水樣陽(yáng)離子組成表 mg/L

1.2.2 常見陰離子含量分析

根據(jù)《水質(zhì) 氯化物的測(cè)定 硝酸銀滴定法》（GB/T 11896-1989)、《水質(zhì) 硫酸鹽的測(cè)定 鉻酸鋇分光光度法（試行）》（HJ/T 342-2007）、《地下水質(zhì)檢測(cè)方法 滴定法測(cè)定碳酸根、重碳酸根和氫氧根》（DZ-T 0064.49-93）、《水質(zhì) 硫化物的測(cè)定 碘量法》（HJ/T 60-2000）進(jìn)行水質(zhì)陰離子指標(biāo)測(cè)定，測(cè)得結(jié)果如表3所示，產(chǎn)出液中陰離子以Cl-為主。

表3 水樣陰離子組成 mg/L

參照《油田注入水細(xì)菌分析方法絕跡稀釋法》（SY/T 0532-2012）進(jìn)行腐生菌、硫酸鹽還原菌與鐵細(xì)菌計(jì)數(shù)，測(cè)定結(jié)果表4所示，產(chǎn)出液中細(xì)菌以腐生菌為主。

表4 產(chǎn)出液水樣細(xì)菌含量 個(gè)/mL

1.2.3 GC-MS分析

將水樣的油相進(jìn)行GC-MS分析（7890AGC-5975CMS），過程、數(shù)據(jù)處理結(jié)果分別如圖2、3所示。

圖2 油相萃取

圖3 油相GC-MS結(jié)果

其中，相對(duì)含量最多的是月桂基二甲基氧化胺（53.64%），相對(duì)含量第二的是十二烷基三甲基溴化銨（9.4%）。

1.2.4 表面活性劑含量測(cè)定

利用表面張力儀進(jìn)行測(cè)定，判斷離子類型，然后測(cè)定其相對(duì)含量。

將0.1 g待測(cè)水樣稀釋后加入溴酚藍(lán)和碳酸鈉，混勻后加入苯，振蕩?kù)o置分層，參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析法》（第三、四版），對(duì)試樣中陽(yáng)離子表面活性劑含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表5所示，具有加強(qiáng)的起泡性能。

表5 表面活性劑檢測(cè)結(jié)果

以上檢測(cè)分析結(jié)果表明，返排液中的月桂基二甲基氧化胺和十二烷基三甲基溴化銨兩種物質(zhì)可能是誘發(fā)起泡的主要原因（月桂基二甲基氧化胺主要用于餐具洗滌劑及工業(yè)液體漂白劑，有增泡穩(wěn)泡作用，是合成兩性表面活性劑的原料；十二烷基三甲基溴化銨在工業(yè)中常用作表面活性劑）。

1.3 地面集輸工藝

該井所產(chǎn)氣、水通過單井采氣管線混輸至下游集氣站，混輸天然氣在下游集氣站經(jīng)分離計(jì)量后（目前該集氣站只有該井來(lái)氣），分離氣田水通過自動(dòng)排液系統(tǒng)進(jìn)入計(jì)量后端與天然氣混合，通過集氣干線混輸至集氣末站，與其它干線來(lái)氣及單井來(lái)氣混合后，經(jīng)生產(chǎn)分離器分離，進(jìn)入凈化廠凈化裝置。

該集氣站分離器為臥式重力分離器（P9.9-DN1000），其利用重力作用使液滴從氣流中分離出從而實(shí)現(xiàn)氣液分離[2]。分離器中氣流水平流速必須小于液滴沉降速度，氣流到達(dá)分離器出口管之前，要有足夠時(shí)間使其攜帶的液滴從氣流中分離，因此普通臥式重力分離器對(duì)泡沫和粒徑較小的液滴重力分離能力較弱，必須依賴分離器中的特殊構(gòu)件，如高效除沫器、高效捕霧器等才能有效攔截。該集氣站應(yīng)用的為未基于分離泡沫需求進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)的分離器，不能有效攔截泡沫和粒徑較小的液滴，導(dǎo)致其可能越過分離器進(jìn)入下游流程。

2 消泡方式對(duì)比

泡沫是許多氣泡被液體分隔開的多項(xiàng)分散體系[3]，泡沫的存在會(huì)影響生產(chǎn)過程的工序控制，引起設(shè)備內(nèi)部液位虛高，導(dǎo)致氣相攜帶液相進(jìn)入增壓機(jī)或天然氣凈化系統(tǒng)等，造成裝置停運(yùn)、引起經(jīng)濟(jì)損失[4]。目前國(guó)內(nèi)外常見的消除泡沫的方式包括物理消除法和化學(xué)消除法。物理消除法包括放置擋板濾網(wǎng)、靜電、冷凍、加熱、高速離心、高頻振動(dòng)、加壓減壓、超聲波法；化學(xué)消除法包括化學(xué)反應(yīng)、投加消泡劑。各類方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表6，其中加注消泡劑法具有破泡速率快、抑泡時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)生產(chǎn)過程無(wú)影響、試用范圍廣、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是各行業(yè)應(yīng)用最廣泛的消泡方法[5-6]。油氣生產(chǎn)中一般會(huì)采取加注消泡劑等方式[7]。

表6 國(guó)內(nèi)外常見的泡沫消除方法對(duì)比

表7 消泡劑FG-1和CT5-10實(shí)驗(yàn)效果

3 室內(nèi)消泡評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

3.1 起泡性能測(cè)試

取100 mL水樣，11 000 r/min高速攪拌之后，泡沫初始體積達(dá)290 mL；3 min自然消泡后泡沫體積為250 mL，即水樣發(fā)泡力和穩(wěn)泡性均較好。

3.2 消泡劑優(yōu)選

目前消泡劑種類主要包括脂肪類、聚醚型、有機(jī)硅型、聚醚改性有機(jī)硅型[8-10]。積極調(diào)研目前市場(chǎng)上常用的消泡藥劑并開展室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)能起到消泡作用的消泡劑為FG-1、CT5-10。分別取100 ml水樣，依次加入消泡劑FG-1和CT5-10，攪拌后均勻分散，無(wú)沉降和分層。將加有消泡劑的水樣在11 000 r/min下高速攪拌，觀察泡沫高度。實(shí)驗(yàn)效果如下表所示，即CT5-10消泡率略高于FG-1。最終選用CT5-10開展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并推薦用量為0.2%。

3.3 管輸消泡模擬試驗(yàn)

通過建立管輸模擬裝置，研究消泡劑在管輸狀態(tài)下，其抑制消泡時(shí)間是否會(huì)有所變化。

管輸模擬裝置如圖4所示，采用DN80mm的鋼管模擬管輸狀態(tài)，采用空壓機(jī)模擬天然氣，在清水中加入起消泡劑模擬加注了消泡劑的氣井產(chǎn)出液。在忽略流體粘度差的前提下，根據(jù)動(dòng)力學(xué)相似，雷諾數(shù)相等原則模擬現(xiàn)場(chǎng)工況，可推導(dǎo)出該試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)工況的相似原理公式：

圖4 試驗(yàn)裝置示意

式中：V1為試驗(yàn)管道流速，m/s；V2為實(shí)際管道流速，m/s；D1為實(shí)驗(yàn)管路管徑，mm；D2為工業(yè)管路管徑，mm。

根據(jù)調(diào)研情況，實(shí)際管道流速在3～6 m/s范圍，試驗(yàn)管路與工業(yè)管道管徑比值介于0.8～1之間。根據(jù)相似原理公式，試驗(yàn)管路流速應(yīng)控制在2.4～6 m/s。

實(shí)驗(yàn)步驟為：

1）打開空壓機(jī)及水泵，流速控制在2.4～6 m/s，工況條件下實(shí)際氣液比控制在320︰1；

2）在液體儲(chǔ)罐中加入起泡劑和消泡劑；

3）在水平觀察段觀察管流下的起泡情況；

4）在液體儲(chǔ)罐中加入消泡劑；

5）在水平觀察段觀察管流情況下的消泡情況；

6）在液體循環(huán)運(yùn)行15 min、30 min和1 h后，分別在裝置末端取水樣進(jìn)行起消泡性能分析。

根據(jù)試驗(yàn)步驟，在水平觀察段中分別觀察到管流情況如圖5所示。

圖5 消泡劑加注前后管流情況

由圖5可知，在模擬裝置中能有效模擬實(shí)際管道中氣體攪動(dòng)造成起泡的現(xiàn)象，且消泡劑效果顯著。

在循環(huán)運(yùn)行一段時(shí)間后取樣，使用高速攪拌機(jī)在11 000 r/min條件下攪動(dòng)樣品1 min，評(píng)價(jià)其起消泡性能。實(shí)驗(yàn)表明，在管流攪動(dòng)條件下，樣品起消泡性能在1 h內(nèi)無(wú)明顯變化，消泡率95.2%。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 消泡控制指標(biāo)

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，確定消泡控制指標(biāo)如表8所示。

表8 消泡效果要求

4.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

該井站無(wú)分離器，氣液混輸至下游集氣站進(jìn)行氣液分離并計(jì)量，后氣液再次混輸至下游集氣末站，井站內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)藥劑加注泵，均可通過一級(jí)節(jié)流閥前端抗硫測(cè)溫套直接向流程加注藥劑。

2020年7月3日開始，在井口向集輸管線加注消泡劑（50 kg/d），同時(shí)在集氣站加注消泡劑（50 kg/d）并在分離器取樣觀察泡沫情況

2020年7月5～8日，每天19:00集氣站分離器所取產(chǎn)出液樣外觀為白色均相流體（少量黑色漂浮），流動(dòng)性好，有少量泡沫，靜止放置2 min內(nèi)自行消泡。對(duì)其二次起泡性能評(píng)價(jià)滿足指標(biāo)要求，具體如表9、圖6所示。

圖6 試驗(yàn)前后集氣站分離器水樣對(duì)比

2020年7月9日對(duì)北3集氣站至集氣末站管線實(shí)施清管作業(yè)，共收集污水34 m3，污物0.1 kg。打開盲板后管內(nèi)殘液未見泡沫，如圖7所示。收液過程中從排污管道壓力表泄壓口取樣，裝滿取樣杯后，二分之一為泡沫，靜置2 min泡沫自然消除具體指標(biāo)詳見表9，樣液變化見圖8，滿足指標(biāo)要求。

圖7 清管后管道無(wú)泡沫

圖8 清管收集產(chǎn)出液樣初始（左）、靜置2 min（右）狀態(tài)

現(xiàn)有的消泡方案能滿足該井產(chǎn)出液充分消泡并實(shí)現(xiàn)氣液有效分離的要求，分離后的氣井產(chǎn)出液流動(dòng)性好，二次起泡能力弱，實(shí)現(xiàn)了正常生產(chǎn)。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

現(xiàn)階段快建快投，氣井投產(chǎn)前返排率低，大量入井液存留在近井地層中，在投產(chǎn)初期隨氣產(chǎn)出進(jìn)入生產(chǎn)流程；而試油期間為滿足工藝需求，主要使用的轉(zhuǎn)向酸和膠凝酸都含有易致泡組分，可能造成氣井產(chǎn)出液起泡。氣井產(chǎn)出液形成的泡沫、微小液滴，可能會(huì)越過分離器進(jìn)入溶液系統(tǒng)，影響正常生產(chǎn)。

5.2 建議

為適應(yīng)開發(fā)現(xiàn)狀，確保區(qū)塊安全、高效開發(fā)，建議抓好以下幾個(gè)方面：

5.2.1 控制污染源頭

（1）氣井產(chǎn)出液起泡預(yù)防

在滿足試油改造工藝需求（如助排劑提高工作液的返排率、轉(zhuǎn)向劑使工作液變粘轉(zhuǎn)向等）的前提下，探索使用低致泡性添加劑的可行性。

（2）氣井產(chǎn)出液治理措施

針對(duì)目前試油改造液用量大，大量入井工作液未能在投產(chǎn)前全部排出的情況，建議在氣井投產(chǎn)初期增加臨時(shí)的消泡和分離環(huán)節(jié)?？稍趩尉谞t后端管線上加注消泡劑，在集氣站進(jìn)行再次消泡，從源頭控制氣井產(chǎn)出液可能帶來(lái)的污染問題。

5.2.2 切斷污染途徑

調(diào)研得知，部分廠家的分離器具有分離泡沫和段塞流捕集功能?？稍诮窈笱芯拷⒎蛛x器通用測(cè)試平臺(tái)，對(duì)各類分離器或除沫、段塞流捕集構(gòu)件進(jìn)行全尺寸或相似縮小的試驗(yàn)研究，以便優(yōu)化選擇消泡、除水效率高，分離精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)的分離器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行，從而解決氣井產(chǎn)出液起泡后大量泡沫進(jìn)入分離器后不能有效攔截的問題。

5.2.3 優(yōu)化生產(chǎn)組織管理

建議適當(dāng)延長(zhǎng)測(cè)試后排液時(shí)間，盡量減少試油改造液在地層的殘留。