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【本周专题:油田化学】深水黑油起泡剂(上)

【本周专题:油田化学】深水黑油起泡剂(上)

油气井不可避免地会经历井底压力降低的过程。而举升压力的下降会导致井筒积液增多,液柱压力上升,从而导致产量也会比自然递减的情况下下降得更快。

来自 | World Oil
编译 | 周诗雨

市面上有很多流体举升技术。通过举升流体,降低静水压力,从而保证产油量能够达到一定的经济效益。常使用的采油采液技术包括人工举升系统,例如气体/柱塞举升和电潜泵(ESP)等。这些方法都很有效,但是所需的资本密集。

而基于表面活性剂的起泡剂,则提供了除人工举升以外更经济的一项采液选择。通过减少卸载液体所需的最小速度(通常称为气体临界速度),泡沫能够帮助移除井筒中的液体。 气体临界速度主要受液体密度和表面张力这两个主要物理性质的影响。通过降低液体表面张力和密度,起泡剂就能达到降低临界速度的目的。

在陆上气井中,泡沫已经得到了多年的成功应用。例如,传统的水基起泡剂可对气井中的盐水进行举升,目前已被广泛应用。此外,人们还研发出了可适用于举升富含凝析油,API范围在45°至55°之间气井的起泡剂。

然而,如何能有效、经济地处理低API重度的油井仍然是一个难题。传统的起泡剂通常不能将黑油变成泡沫,而是倾向于产生非常难以处理、极为稳定的水包油乳液。这一点对于海上生产来说更是头疼,因为生产出的原油在加工设备中的停留时间会相对更短。

针对传统起泡剂在海上油井中应用时的缺点,贝克休斯Baker Hughes启动了一项旨在开发新型黑油起泡剂的项目。他们希望能够扩大起泡剂的应用范围,帮助原油举升,在低压、低重度的海上油井中获得更佳的产能表现。

【本周专题:油田化学】深水黑油起泡剂(上)

图1.不同起泡剂技术所使用的范围

层层筛选

为了有效满足各类现场应用需求,黑油起泡剂需要能够对一系列的原油起作用。起泡剂还要必须能够通过脐带、细管或气举进行批量应用和连续应用。

贝克休斯在实验室中,对多种候选原油起泡剂进行了大量的测试,主要是为了了解它们在各种常见的海上生产条件下的发泡性能和化学稳定性。

动态泡沫分析试验

实验室中的动态泡沫仪是用于评估化学剂发泡原油、降低原油密度潜力的。泡沫分析仪采用了水套设计进行加热,并对起泡剂的应用温度进行了模拟。在这些实验室测试中,一般是将100克流体加入到仪器柱中,然后通过柱子底的玻璃介质以设计的流速对甲烷进行净化。当把流体加热至所需温度后,将起泡剂加入其中。

该测试仪器可以模拟批量和连续施工这两种情况。在模拟批量应用时,将所需剂量的起泡剂从测试柱的顶部加到流体中。在模拟连续处理时,在玻璃介质和柱子的底部之间加入含有隔膜盖的插入物,然后通过插入端口的针将起泡剂逐渐增多地注入到流体中。随后每次添加后,对所起泡沫的数量进行测量。

当实验柱中填充了泡沫,则可能会开启“采液”过程—被发泡的流体通过柱子顶部的侧臂组件排出。将发泡的流体收集在瓶中,测量排出的流体重量,来评价在批量处理中发泡剂的表现。被排出的发泡流体比例越高,表明起泡剂在该流体中更有效。

在连续处理应用中,起泡剂的目的不一定是要采出流体,而主要是要降低密度。因此在这里测量起泡剂的有效性时,是根据起泡剂用量vs流体体积膨胀来确定的。流体体积膨胀越多,起泡剂的有效性越好。

海底质量认证测试

在陆上的连续注入应用中,通常是利用毛细管柱将起泡剂注入到井筒中去。但是对于海上井,情况就变得很复杂。因为这时,起泡剂必须通过海底长达几英里的脐带管进行注射,而周围的环境温度只比零度高一点。这样的条件下对起泡剂的稳定性和兼容性的要求更高,而且脐带管堵塞的风险也增大了,可能的后果就是—更大的HSE和作业风险、延期/停工、昂贵的设备维修更换,以及生产受阻。

为了确定在这些条件下产品是否适合海底注入,服务提供商启用了他们的FATHOM XT深水海底质量认证计划—通过严格的设计、测试和筛选流程来确认化学剂的可靠性、可注入性和系统兼容性。在验证过程中,总共进行16个测试,针对上述三个重要标准对产品性能进行了评估。

1.可靠性。可靠性测试,主要是衡量产品的稳定性和耐沉降、相分离和雾化。具体测试包括低温和高温稳定性、在温度循环条件下的稳定性、在高压脐带管和高温毛细管中的稳定性以及在储存和运输条件下的长期“搁置”稳定性。

2.可注入性。可注入性测试旨在测试化学剂在小口径的长脐带管中是否能够达到足够高的注入速率。这些测试要检查起泡剂的物理和化学性质,包括水层敏感性、流动点、普通粘度、高压粘度和密度。

3.系统兼容性。系统兼容性分析是为了确保化学剂在注入和运输的过程中能够与标准的金属和纺织物相兼容。测试内容包括电化学点蚀敏感性、金属兼容性、非金属兼容性、液液兼容性和蒸汽压力。

在产品通过了该测试流程,并在取得海底应用资质后,接着就要遵循具体的制造协议。这包括所有原材料、中间产品和最终产品的质量控制检查。此外还要遵守产品特定的过滤程序,以确保产品在注入脐带管之前不会受到污染,能够符合相关清洁规范。

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