石油与天然气化工  2015, Vol. 44 Issue (1): 59-62
抗温抗盐复合缓蚀起泡剂的室内评价及应用
李伟 1, 蒋泽银 1, 艾天敬 2, 陈楠 1, 苏福燕 1, 胡志国 2, 何鑫 2     
1. 中国石油西南油气田公司天然气研究院;
2. 中国石油西南油气田公司重庆气矿
收稿日期：2014-08-26
作者简介：李伟(1985-)，工程师。2013年毕业于山东大学胶体与界面化学专业，博士。现在中国石油西南油气田公司天然气研究院主要从事天然气井泡沫排水采气研究工作。E-mail：li_wei001@petrochina.com.cn.
摘要：天然气气井开发中后期因地层能量降低，携液能力下降，致使产水气井井筒内积液严重，影响气井产能。对此，需要采取泡沫排水措施以维持气井正常生产。川渝地区大多为含H2S和CO2的酸性气田，在进行泡排的同时需要进行腐蚀防护。因此，开展了复合缓蚀起泡剂的评价研究及应用，以实现在酸性气藏开采中的泡排和防腐联作。对复合缓蚀起泡剂CT5-20的性能进行了评价研究，证明该复合缓蚀起泡剂不仅抗温抗盐(150 ℃、300 g/L矿化度)、泡排性能优异，而且具有较好的腐蚀防护性能。用该缓蚀起泡剂在重庆气矿X井进行现场试验，取得了较好的缓蚀泡排效果，说明CT5-20复合缓蚀起泡剂的应用可以实现高温、高矿化度酸性气井的泡排防腐联作。
关键词：CT5-20    起泡剂    缓蚀    积液    高温    高矿化度    
Laboratory evaluation and application of corrosion inhibition and foaming compound agent with temperature-salt resistant
Li Wei1 , Jiang Zeyin1 , Ai Tianjing2 , Chen Nan1 , Su Fuyan1 , Hu Zhiguo2 , He Xin2     
1. Research Institute of Natural Gas Technology, Petroleum Southwest Oil and Gasfield Company, Chengdu 610213, China;
2. Chongqing Gas District, PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company, Chongqing 400021, China
Abstract: The formation energy and the liquid carrying ability were reduced during the middle or later times of natural gas exploration, which caused serious accumulation of liquid in the down hole and affected the productive capacity of well. Then, foam drainage measures are needed to maintain the normal production of gas well. Due to the existence of H2S and CO2, most of the gas field in Sichuan and Chongqing are of high acidity. Therefore, aiming at the gas field of high acidity which is in face of the problems of liquid loading, the study of corrosion inhibition and foaming compound agent could realize the application of corrosion inhibition and foam-dewatering gas recovery at the same time. In this paper, the corrosion inhibition and foaming compound agent named CT5-20 was studied, which was proved to be used under high temperature and high salinity (150 ℃, with salinity of 300 g/L). CT5-20 was used in the testing well of Chongqing gas field, it can be demonstrated that this compound agent can be used in the acid gas field with high salinity and high temperature for corrosion inhibition and foam-dewatering gas recovery.
Key Words: CT5-20    foaming agent    corrosion inhibition    liquid loading    high temperature    high salinity    

随着产水天然气藏的开发进入中后期，地层能量逐渐降低，气井带液能力下降，导致井内积液日益增加，严重影响气井产能。对此，需采取泡排措施以维持气井正常带液生产[1-4]。川渝地区大多为含H2S和CO2的酸性产水气田，在实施泡排作业的同时需要进行腐蚀防护[5]。因此，开展了复合缓蚀起泡剂的评价研究及应用，在酸性气藏的开采中实现泡排和防腐联作。

通过对现有的复合缓蚀起泡剂的泡排和防腐蚀性能的研究可以发现，目前存在的主要问题是抗温、抗盐能力和腐蚀防护性能较难兼得[6-8]。针对这一问题，研制了复合缓蚀起泡剂CT5-20。其主要由两性离子表面活性剂和阳离子缓蚀剂复配而成。本实验对复合缓蚀起泡剂CT5-20的性能进行了评价，证明了该药剂不仅抗温抗盐、泡排性能优异，而且具有较好的腐蚀防护性能。在重庆气矿石炭系气藏X井进行了CT5-20现场应用试验，泡排和腐蚀防护效果均较好，说明复合缓蚀起泡剂CT5-20适用于高温高矿化度酸性气井的泡沫排水和防腐作业。

1 缓蚀起泡剂的性能评价
1.1 缓蚀起泡剂CT5-20的泡排性能评价
1.1.1 表面张力

缓蚀起泡剂CT5-20中的表面活性剂分子具有两亲性结构，能够在气水界面吸附，降低水溶液的表面张力，从而有利于克服表面能做功，容易起泡。图 1为水溶液的表面张力随缓蚀起泡剂浓度的变化曲线。由图 1可见，当缓蚀起泡剂质量浓度较低时(＜1.0 g/L)，随着缓蚀起泡剂质量浓度的增加，水溶液的表面张力迅速减小。进一步增大缓蚀起泡剂质量浓度至1.0 g/L时，水溶液表面张力达到平台值，不再发生明显变化。说明此时已经达到了表面活性剂的临界胶束浓度。

图 1     水溶液表面张力随缓蚀起泡剂浓度的变化(25℃ 蒸馏水） Figure 1     Change of surface tension of aqueous solutions with concentration of corrosion inhibition and foaming compound agent (25℃ , distilled water)

1.1.2 缓蚀起泡剂CT5-20浓度对泡排性能的影响

复合缓蚀起泡剂的起泡和稳泡能力采用GB/T 13173-2008《表面活性剂洗涤剂试验方法》测定，携液能力采用SY/T 5761-1995《排水采气用起泡剂CT5-2》测定。

图 2为CT5-20浓度对泡排性能的影响。从图 2可知，CT5-20的起泡能力、稳泡能力和携液能力均随着其浓度的增大而显著提高，说明缓蚀起泡剂浓度的增大提高了其泡排性能。

图 2     缓蚀起泡剂的起泡、稳泡和携液能力随质量浓度的变化（90 ℃，300 g/L矿化水） Figure 2     Change of producing foam ability, foam stability and liquid-carrying volume of CT5-20 with the agent concentration (90 ℃, with salinity of 300 g/L)

如图 2所示，当CT5-20质量浓度小于1.5 g/L时，曲线斜率较大，说明在此浓度区间，浓度的增大使起泡剂泡排能力急剧增强；当CT5-20质量浓度≥1.5 g/L后，曲线斜率明显变小，说明此浓度区间，起泡剂浓度的增大对其泡排能力的增强效果相对减弱。综合考虑泡排性能和成本因素，选用1.5 g/L作为缓蚀起泡剂CT5-20的推荐使用浓度，下文进行抗盐抗温能力评价时均选取这一浓度。

1.1.3 缓蚀起泡剂CT5-20抗盐能力评价

图 3为矿化度对CT5-20泡排性能的影响。由图 3可知，随着矿化度逐渐增大，CT5-20稳泡能力减小，但是其起泡能力和携液能力均未发生明显变化。当矿化度为50~300 g/L时，CT5-20的起泡、稳泡和携液能力均较好。说明CT5-20复合缓蚀起泡剂的抗盐能力较强，适用于矿化度50~300 g/L的条件。

图 3     矿化度对缓蚀起泡剂的起泡、稳泡和携液能力的影响（90 ℃) Figure 3     Effect of salinity on producing foam ability, foam stability and liquid-carrying volume of CT5-20 (90 ℃)

1.1.4 缓蚀起泡剂CT5-20抗温性能评价

高温往往会降低起泡剂中表面活性剂分子在气水界面的吸附能力，从而对泡排性能产生不利影响。为了考察CT5-20复合缓蚀起泡剂是否适用于高温条件，对其耐温性能进行了试验。由于评价方法采用水浴加热、在常压下进行，很难实现直接在高于100 ℃的环境下对起泡剂进行泡排性能评价。因此，将CT5-20在矿化度300 g/L的水中高温(120 ℃和150 ℃)老化24 h，然后在90 ℃下评价其泡排性能，通过高温老化前后的起泡、稳泡和携液能力对比来评价复合缓蚀起泡剂的耐温性能(表 1)。

表 1    高温老化前后缓蚀起泡剂起泡、稳泡及携液性能(评价温度为90 ℃) Table 1    Producing foam ability, foam stability and liquid-carrying volume of CT5-20 aqueous solutions before and after high-temperature treatment(measured at 90℃)

从表 1可以发现，CT5-20经高温(120 ℃和150 ℃)老化处理后，起泡能力、稳泡能力和携液性能仍然较优。表明CT5-20复合缓蚀起泡剂的抗高温能力较强，可适用于150 ℃的高温条件。

1.2 缓蚀起泡剂CT5-20缓蚀性能评价

为了考察CT5-20的腐蚀防护效果，对矿化水在加入CT5-20前后的腐蚀速率进行了室内评价。

评价条件：液体介质为矿化度300 g/L的矿化水，试片材质为BG95SS，评价温度为80 ℃，评价时间为72 h，气体介质中H2S质量浓度为1 400 mg/L，CO2质量浓度为250 mg/L。

由评价结果(表 2)可见，未加入CT5-20时，矿化水的腐蚀速率为0.077 4 mm/a，腐蚀较为严重；加入CT5-20后，腐蚀速率降至0.025 8 mm/a，缓蚀率达66.67%。说明CT5-20复合缓蚀起泡剂具有较好的腐蚀防护性能。

表 2    复合缓蚀起泡剂缓蚀性能评价 Table 2    Corrosion inhibition of corrosion inhibition and foaming compound agent

2 缓蚀起泡剂的现场应用
2.1 试验气井的井况

重庆气矿石炭系气藏X井，井深5 046 m、井温120 ℃。该井近期间歇产水且生产波动较大，迫切需要实施泡排作业以提高气井携液能力，维持气井的正常生产。该井天然气中含CO2量较高，并且含有少量的H2S，地层水的矿化度高达293 g/L。在这种环境下，如果实施泡排时缺少相应的腐蚀防护措施，必然会引起气井中油套管的严重腐蚀。

2.2 现场试验

由于试验过程中增压机间歇性停机，为了便于将泡排前后的生产情况进行对比，将时段划为增压机停机和增压机运行两种情况，生产数据见表 3和表 4。

表 3    增压机正常运转时X井生产数据 Table 3    Production status of well X during normal operation period of the supercharger

表 4    增压机停机时X井生产数据 Table 4    Production status of well X during shutdown period of the supercharger

首先，增压机运转时，将泡排前后的两个时段进行对比(2013-08-17~2013-10-13和2013-10-18~2013-10-27)。由表 3可见，增压机正常运转时，实施泡排作业使套油压差降低至4.7 MPa左右，日均增产天然气约0.24×104 m3，日均增产水约0.5 m3；即使泡排试验停止后(2014-02-12~2014-03-07)，与未实施泡排试验时(2013-08-17~2013-10-13)相比，日均增产水约1.3 m3。可见，增压机正常运转时，该井泡排效果明显，达到了及时带出地层水和增产、稳产的目的。

当增压机停机时(2013-07-17~2013-08-16和2013-10-28~2013-12-19)，与正常运转时相比，日均产气量和产水量急剧减小(表 4)。但是，通过将泡排前后的两个时段的数据进行对比可以发现，实施泡排作业后日产气量略有增加，日均增产水约0.3 m3；泡排试验停止后(2013-12-20~2014-02-11)，与未实施泡排试验时(2013-07-17~2013-08-16)相比，日均增产水约0.24 m3。可见，即使在增压机停机时，该井泡排效果依然明显。

总体来说，在重庆气矿X井加注CT5-20复合缓蚀起泡剂后，起到了排出井内积液，维持气井稳产的目的，泡排效果较好。

通过测试地层水中铁离子含量可间接表征出加注复合缓蚀起泡剂前后的腐蚀状况。X井加注缓蚀起泡剂前后水样中铁离子含量变化如图 4所示。在复合缓蚀起泡剂未返出的2013-10-17~2013-10-20日，铁离子质量浓度较高(5.5~11.5 m g/L)，说明使用复合缓蚀起泡剂前腐蚀较为严重；加注复合缓蚀起泡剂4天后，铁离子质量浓度迅速下降(2.2~3.3 m g/L)，说明复合缓蚀起泡剂的加注取得了较好的腐蚀防护效果。实施缓蚀泡排试验初期的4天里，平均铁离子质量浓度为7.76 mg/L；实施泡排试验后的13天里，平均铁离子质量浓度为2.74 m g/L。经对比计算可知，加注缓蚀起泡剂之后，地层水中铁离子含量降低了64.7%。可见，复合缓蚀起泡剂的缓蚀效果较好。

图 4     铁离子浓度随时间变化图 Figure 4     Change of iron ion concentration with time

3 结论

(1) 对复合缓蚀起泡剂CT5-20的室内评价研究表明，该复合缓蚀起泡剂抗温抗盐能力(150 ℃、300 g/L矿化度)强，具有较好的泡排和缓蚀性能。

(2) 复合缓蚀起泡剂CT5-20的室内评价及现场应用结果证明，该复合缓蚀起泡剂适用于高温、高矿化度酸性气井的泡排和防腐联作，值得进一步推广使用。

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