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【本周專題:油田化學】深水黑油起泡劑(上)

【本周專題:油田化學】深水黑油起泡劑(上)

油氣井不可避免地會經歷井底壓力降低的過程。而舉升壓力的下降會導致井筒積液增多,液柱壓力上升,從而導致產量也會比自然遞減的情況下下降得更快。

來自 | World Oil
編譯 | 周詩雨

市面上有很多流體舉升技術。通過舉升流體,降低靜水壓力,從而保證產油量能夠達到一定的經濟效益。常使用的采油采液技術包括人工舉升系統,例如氣體/柱塞舉升和電潛泵(ESP)等。這些方法都很有效,但是所需的資本密集。

而基于表面活性劑的起泡劑,則提供了除人工舉升以外更經濟的一項采液選擇。通過減少卸載液體所需的最小速度(通常稱為氣體臨界速度),泡沫能夠幫助移除井筒中的液體。 氣體臨界速度主要受液體密度和表面張力這兩個主要物理性質的影響。通過降低液體表面張力和密度,起泡劑就能達到降低臨界速度的目的。

在陸上氣井中,泡沫已經得到了多年的成功應用。例如,傳統的水基起泡劑可對氣井中的鹽水進行舉升,目前已被廣泛應用。此外,人們還研發出了可適用于舉升富含凝析油,API范圍在45°至55°之間氣井的起泡劑。

然而,如何能有效、經濟地處理低API重度的油井仍然是一個難題。傳統的起泡劑通常不能將黑油變成泡沫,而是傾向于產生非常難以處理、極為穩定的水包油乳液。這一點對于海上生產來說更是頭疼,因為生產出的原油在加工設備中的停留時間會相對更短。

針對傳統起泡劑在海上油井中應用時的缺點,貝克休斯Baker Hughes啟動了一項旨在開發新型黑油起泡劑的項目。他們希望能夠擴大起泡劑的應用范圍,幫助原油舉升,在低壓、低重度的海上油井中獲得更佳的產能表現。

【本周專題:油田化學】深水黑油起泡劑(上)

圖1.不同起泡劑技術所使用的范圍

層層篩選

為了有效滿足各類現場應用需求,黑油起泡劑需要能夠對一系列的原油起作用。起泡劑還要必須能夠通過臍帶、細管或氣舉進行批量應用和連續應用。

貝克休斯在實驗室中,對多種候選原油起泡劑進行了大量的測試,主要是為了了解它們在各種常見的海上生產條件下的發泡性能和化學穩定性。

動態泡沫分析試驗

實驗室中的動態泡沫儀是用于評估化學劑發泡原油、降低原油密度潛力的。泡沫分析儀采用了水套設計進行加熱,并對起泡劑的應用溫度進行了模擬。在這些實驗室測試中,一般是將100克流體加入到儀器柱中,然后通過柱子底的玻璃介質以設計的流速對甲烷進行凈化。當把流體加熱至所需溫度后,將起泡劑加入其中。

該測試儀器可以模擬批量和連續施工這兩種情況。在模擬批量應用時,將所需劑量的起泡劑從測試柱的頂部加到流體中。在模擬連續處理時,在玻璃介質和柱子的底部之間加入含有隔膜蓋的插入物,然后通過插入端口的針將起泡劑逐漸增多地注入到流體中。隨后每次添加后,對所起泡沫的數量進行測量。

當實驗柱中填充了泡沫,則可能會開啟“采液”過程—被發泡的流體通過柱子頂部的側臂組件排出。將發泡的流體收集在瓶中,測量排出的流體重量,來評價在批量處理中發泡劑的表現。被排出的發泡流體比例越高,表明起泡劑在該流體中更有效。

在連續處理應用中,起泡劑的目的不一定是要采出流體,而主要是要降低密度。因此在這里測量起泡劑的有效性時,是根據起泡劑用量vs流體體積膨脹來確定的。流體體積膨脹越多,起泡劑的有效性越好。

海底質量認證測試

在陸上的連續注入應用中,通常是利用毛細管柱將起泡劑注入到井筒中去。但是對于海上井,情況就變得很復雜。因為這時,起泡劑必須通過海底長達幾英里的臍帶管進行注射,而周圍的環境溫度只比零度高一點。這樣的條件下對起泡劑的穩定性和兼容性的要求更高,而且臍帶管堵塞的風險也增大了,可能的后果就是—更大的HSE和作業風險、延期/停工、昂貴的設備維修更換,以及生產受阻。

為了確定在這些條件下產品是否適合海底注入,服務提供商啟用了他們的FATHOM XT深水海底質量認證計劃—通過嚴格的設計、測試和篩選流程來確認化學劑的可靠性、可注入性和系統兼容性。在驗證過程中,總共進行16個測試,針對上述三個重要標準對產品性能進行了評估。

1.可靠性??煽啃詼y試,主要是衡量產品的穩定性和耐沉降、相分離和霧化。具體測試包括低溫和高溫穩定性、在溫度循環條件下的穩定性、在高壓臍帶管和高溫毛細管中的穩定性以及在儲存和運輸條件下的長期“擱置”穩定性。

2.可注入性??勺⑷胄詼y試旨在測試化學劑在小口徑的長臍帶管中是否能夠達到足夠高的注入速率。這些測試要檢查起泡劑的物理和化學性質,包括水層敏感性、流動點、普通粘度、高壓粘度和密度。

3.系統兼容性。系統兼容性分析是為了確?;瘜W劑在注入和運輸的過程中能夠與標準的金屬和紡織物相兼容。測試內容包括電化學點蝕敏感性、金屬兼容性、非金屬兼容性、液液兼容性和蒸汽壓力。

在產品通過了該測試流程,并在取得海底應用資質后,接著就要遵循具體的制造協議。這包括所有原材料、中間產品和最終產品的質量控制檢查。此外還要遵守產品特定的過濾程序,以確保產品在注入臍帶管之前不會受到污染,能夠符合相關清潔規范。

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