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FG-4固體消泡劑與加藥裝置的研發及應用

戚杰1  魏偉2  張磊3  楊小軍4   劉偉1  李相云1  李在云1

  1.成都孚吉科技有限責任公司 2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦

  3.中國石油長慶油田公司第四采氣廠4.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦

  摘要:泡沫排水采氣工藝,適應范圍廣、見效快、工藝簡單、成本低、現場施工操作方便,在有水氣田排水采氣生產中得到廣泛應用。在泡排工藝中消泡劑的選擇和應用,對工藝措施效果起著同等重要的作用。在分析泡沫排水采氣工藝使用現狀的基礎上,針對目前液體消泡劑使用的局限性,在國內首次研發了FG-4系列固體消泡劑(專利局己受理201210436193.6專利申請)和配套的加藥裝置(己授于發明專利、專利號ZL2011 1 0167757.6)并在西南、長慶、青海、吉林等油氣田的泡沫排水工藝措施井中成功應用。不但擴大了泡排工藝的使用范圍降低了生產成本,又不需消耗水、電,減少了人員值守,既滿足了老井挖潛,又實現了節能降耗。具有良好的經濟效益和社會效益。
  關鍵詞:泡沫排水采氣  固體消泡劑及裝置  現場應用  效果評價  節能降耗
  Study on Solid Defoamer and Adding Device and Their Application
  to Gas Recovery by Foam Drainage
  Qi Jie, Wei Wei, Zhang Lei, Yang Xiaojun, Liu Wei, Li Xiangyun, LiZaiyun
  (1. Fuji Science & Technology Co.,ltd of Chengdu;2. Chongqing Gas District of PetroChina Southwest Oil & Gas Field company;3. The Forth gas production factory of Petrochina Changqing Oil Field;4. Chuanzhong Oil & Gas District of PetroChina Southwest Oil & Gas Field company)
  Abstract: Gas production by foam drainage is characterized by wide application, fast effects, simple technological units, low cost and convenient operations, which make it very useful in water-bearing gas fields. Selection and application of defoamer and foamer in foam-dewatering technology have same important effects to operation results. On the basis of analyzing actual state of foam-dewatering technology and defoamer application limitations, FG-4 series solid defoamer (patent application of 201210436193.6) and matched adding device (granted with ZL2011 1 0167757.6 invention patent) are originated domestically, and were successfully applied in gas fields of south-west, Changqing, Qinghai and jilin. It not only widened application range, lowered production cost, but also water, electricity and attendant are unnecessary during operations. The solid defoamer satisfies the potential excavation in old  gas wells and reduces energy consumption as well, which possesses good economic and social results.
Key Words: gas recovery by foam drainage, solid defoamer and Adding device, site application, effect evaluation, energy consumption reduction
  作者簡介:戚杰,1964年生,工程師,長期從事起泡劑、消泡劑等油氣田化學劑研發工作。地址:(611130)成都市溫江區蓉臺大道北段258號成都孚吉科技有限責任公司。電話:13808019484。E-mail:[email protected]
前言
  泡沫排水采氣工藝因其操作簡便、成本低、見效快而被廣泛地應用于有水氣田的開發中,是維護產水氣井連續帶液、穩定生產的最有效手段之一。但是,返排至地面的液體中含有豐富的泡沫,直接影響到氣液分離的效果及下游設備的正常運行。因此,泡沫的消除直接關系到泡排工藝效果。目前泡排工藝中液體消泡劑的加注不僅需要站內有電、有水(藥劑稀釋用水),而且運行中的泵注系統還需要人員值守。從而限制了無電、缺水井的應用。為解決這些問題結合現有消泡工藝的實際情況,研發出了FG-4系列固體消泡劑及配套的加藥裝置,并在中石油長慶、西南、吉林、青海等多個氣田的泡排工藝措施井中成功應用,取得了良好的經濟效益和社會效益【6-12】。
1  消泡劑的作用原理及主要成分
  1.1  消泡劑作用原理
  不同消泡劑,因化學結構和性質不同消泡機理也不同。但是無論消泡劑以任何方式破壞泡沫的穩定性,都必須進入液膜內并在界面上鋪展,帶走鄰近表面的一層溶液,而使液膜變薄,達到臨界液膜厚度以下,導致液膜破裂。
  在消泡過程中消泡劑液滴是借助表面張力的作用在液膜上成膜鋪展。鋪展過程中體系自由能的減小稱為消泡劑在液膜上的鋪展系數S;消泡劑進入液膜是指其液滴穿過泡沫的氣—液界面進入液膜的過程,該過程體系自由能的減小稱為消泡劑的進入系數E。可由以下數學表達式表示:
  E=yF+yFD-yD
  S=yF-yFD-yD
  式中:yF——泡沫介質的表面張力;
         yFD——消泡劑和泡沫介質的界面張力;
         yD——消泡劑的表面張力。
  鋪展系數S和進入系數E為正值,表示消泡劑進入液膜和在液膜表面鋪展是熱力學自發過程。因此,消泡劑應具有低于起泡劑的表面張力和較低的界面張力【1-5】。
  1.2  FG-4固體消泡劑主要成分
根據消泡劑的消泡原理和泡排工藝的要求(用量低,消泡迅速、有效期較長)。FG-4固體消泡劑主要采用改性硅油與全氟表面活性劑(Zonyl)及多種高分子材料復配而成。
2  室內試驗
  2.1  固體消泡劑性能指標
  根據標準,固體消泡劑的評價指標主要是:破泡時間、抑泡能力、溶解時間。
  2.1.1破泡時間:將含有一定濃度起泡劑的液體在500ml刻度量筒中起泡,再把一定濃度的消泡劑從泡沫的頂部快速淋下,泡沫從頂部破至液面的時間s即為破泡時間;
  2.1.2抑泡能力: 在500ml刻度量筒內加入含有一定濃度起泡劑、消泡劑的混合液,在充入0.2m3/h的氣流下,沖擊20min后泡沫在量筒內的高度。
  2.1.3溶解時間:將固體消泡劑置于一容器中,讓一定量的水流通過容器與藥劑充分接觸,藥劑溶解所需的時間。
  2.2  測試方法
  2.2.1 破泡時間測試方法:
  稱取配制好的起泡液100.00g倒入500mL量筒中(含純起泡劑0.50g),插入破泡用氣體分散頭,通入0.1m3/h氣體,當細密的泡沫到達500mL刻度線位置停止充氣,取出分散頭用注射器取1.0mL配制好的消泡劑稀釋液(含純消泡劑0.01g),均勻噴灑在500mL泡沫上并計時,觀察泡沫完全破滅所用時間,即為該樣品破泡時間;
  2.2.2  抑泡能力測試方法:
  待測試完破泡能力后,再將分散頭插入量筒中,通入0.3m3/h氣體并計時。觀察充氣20min后量筒內泡沫上升的高度,即為該固體消泡劑的抑泡能力。
  2.2.3  溶解時間測試方法:
  將固體消泡劑裝入一個帶觀察窗的圓柱體中,將圓柱體平放。從左端按4m3/d的流量通入清水,讓清水經過固體消泡劑,再從右端排出。固體消泡劑完全溶解所需的時間,即為溶解性。



  2.3  不同配方固體消泡劑的性能

表1  不同配比下的固體消泡劑性能

 

序號

硅油(%)

Zonyl

(%)

破泡速度

(s)

抑泡能力

(ml)

溶解時間

(h)

備注

1

10

5

230

>500

307

 

2

30

165

>500

206

 

3

50

110

>500

187

 

4

70

96

>500

48

能成型,很軟

5

10

10

187

>500

300

 

6

30

89

>500

206

 

7

50

56

430

175

 

8

70

39

380

34

能成型,很軟

9

10

15

95

>500

264

 

10

30

42

480

207

 

11

50

11

240

178

 

12

70

10

220

24

能成型,很軟

13

10

20

86

>500

192

 

14

30

38

475

139

 

15

50

11

238

89

 

16

70

9

220

10

能成型,很軟



  2.4 結論
  固體消泡劑的消泡性能隨著硅油和Zonyl含量的增加而提高。但溶解時間隨著硅油和Zonyl含量的增加而降低。綜合消泡和溶解時間兩方面因素,最終確定硅油含量為50%、Zonyl含量為15%時配方的固體消泡劑性能最優。其破泡時間只有11秒,能長時間的抑制泡沫再生,而溶解時間可達到178小時。
  3  固體消泡劑配套加藥裝置研制
  3.1 固體消泡劑配套加藥裝置工作原理
  固體消泡劑配套加藥裝置連接于采氣樹和分離器之間,流經的天然氣、地層水等混合流體經過特制三通管道導流錐,進入螺旋葉輪,使流體產生強大離心力,并按螺旋運動軌跡前行(如圖1所示)。流體接近管道中心區域時與固體消泡劑產生圓周切削力,使固體消泡劑均勻緩慢溶解并與混合流體充分混合,達到消泡目的。
  3.2固體消泡劑配套加藥裝置結構


  固體消泡劑配套加藥裝置結構見圖1。

  3.3  固體消泡劑加藥裝置與生產流程連接


  4  現場應用
  從2011年10月投入現場試驗至2013年3月己在中石油長慶油田、青海油田、西南油氣田、吉林油田、中石化華北分公司的12口井上開展了FG-4系列固體消泡劑及加藥裝置的現場應用。從應用中可見固體消泡劑的溶化速度受氣體流速、產水量、溫度等因素的影響較大。下面以長慶油田的G1井、青海油氣田的澀X-XX井、西南油氣田的涼東X-X井及吉林油田的XX6井為例,比較在不同產氣、產水量實施泡排工藝的氣井中,固體消泡劑的消泡效果。試驗情況及使用效果見表2、表3。
  4.1  固體消泡劑現場應用情況

表3 試驗井使用固體、液體消泡劑效果對比表

井號

泡排制度(起泡劑加注)

產氣量(104m3/d)

產水量(m3/d)

加藥周期(d)

耗藥量(kg&根)

使用液體消泡劑時

使用固體消泡劑時

使用液體消泡劑時

使用固體消泡劑時

使用液體消泡劑時

使用固體消泡劑時

使用液體消泡劑時

使用固體消泡劑時

G1井

UT-11C,10kg/d,與水按1:20比例稀釋,每3天1次;

1

1.1

2.8

3

2

12

30

2

澀X-XX井

UT-7,10kg/d,與水、甲醇按1:5:2比例稀釋,每3天1次

1

1.2

3.2

4

2

6

30

2

涼東X1井

UT-11C,25kg/d,與水按1:16比例稀釋,連續加注

1.3

1.5

6

6.3

1

10

25

6


UT-11D,40kg/d與水按1:5比例稀釋,連續加注

2(未用)

10

11

10

6



從表2、表3可以看到固體消泡劑的破泡時間、抑泡能力均能滿足現場生產的需要,由于消泡及時、徹底,各試驗井的產氣量、產水量均有不同程度的提高。特別是吉林油田的XX6井,實驗前由于無液體消泡劑加注條件而不能實施泡排工藝,導致氣井積液不能及時排除使氣井不能正常生產,采用固體消泡劑后,使該井生產正常,為挖潛增效提供了保證。同時,換藥周期的延長減輕了工人的勞動強度,提高了工作效率,與液體消泡劑相比藥劑的有效利用率得以較大提高,減少了藥劑用量,從而 降低了生產成本。



4.2  使用固體消泡劑及加藥裝置與使用液體消泡劑的綜合對比(見表4)

表4  固體消泡劑(及裝置)和液體消泡劑的綜合對比  

5  認識與結論

1)通過室內實驗和現場應用,固體消泡工藝能滿足泡排工藝井的消泡需要,目前固體消泡工藝對產水量在1-30m3/d的氣井,消泡效果均能達到工藝要求。

2)加藥周期長,根據不同的井況5-15d換加一次藥劑,每次補充量2-6根,為無人值守站的管理提供了方便。

3)固體消泡劑在裝置內與泡沫接觸充分,具有較好的破泡和抑泡能力,并且只有在氣流攜帶出泡沫液時才消耗藥劑,與液體消泡劑相比其綜合成本降低了20-30%。

4)固體消泡裝置運行平穩,操作簡單、方便,運行中不消耗能源,不增加污水量真正實現了節能減排,綠色環保。

 

參考文獻 

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