FG-4固体消泡剂与加药装置的研发及应用

戚杰1  魏伟2  张磊3  杨小军4   刘伟1  李相云1  李在云1

　　1.成都孚吉科技有限责任公司 2.中国石油西南油气田公司重庆气矿

　　3.中国石油长庆油田公司第四采气厂4.中国石油西南油气田公司川中油气矿

　　摘要：泡沫排水采气工艺，适应范围广、见效快、工艺简单、成本低、现场施工操作方便，在有水气田排水采气生产中得到广泛应用。在泡排工艺中消泡剂的选择和应用，对工艺措施效果起着同等重要的作用。在分析泡沫排水采气工艺使用现状的基础上，针对目前液体消泡剂使用的局限性，在国内首次研发了FG-4系列固体消泡剂（专利局己受理201210436193.6专利申请）和配套的加药装置（己授于发明专利、专利号ZL2011 1 0167757.6）并在西南、长庆、青海、吉林等油气田的泡沫排水工艺措施井中成功应用。不但扩大了泡排工艺的使用范围降低了生产成本，又不需消耗水、电，减少了人员值守，既满足了老井挖潜，又实现了节能降耗。具有良好的经济效益和社会效益。
　　关键词：泡沫排水采气  固体消泡剂及装置  现场应用  效果评价  节能降耗
　　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
　　作者简介：戚杰，1964年生，工程师，长期从事起泡剂、消泡剂等油气田化学剂研发工作。地址：（611130）成都市温江区蓉台大道北段258号成都孚吉科技有限责任公司。电话：13808019484。E-mail：qiejie159@163.com
前言
　　泡沫排水采气工艺因其操作简便、成本低、见效快而被广泛地应用于有水气田的开发中，是维护产水气井连续带液、稳定生产的最有效手段之一。但是，返排至地面的液体中含有丰富的泡沫，直接影响到气液分离的效果及下游设备的正常运行。因此，泡沫的消除直接关系到泡排工艺效果。目前泡排工艺中液体消泡剂的加注不仅需要站内有电、有水（药剂稀释用水），而且运行中的泵注系统还需要人员值守。从而限制了无电、缺水井的应用。为解决这些问题结合现有消泡工艺的实际情况，研发出了FG-4系列固体消泡剂及配套的加药装置，并在中石油长庆、西南、吉林、青海等多个气田的泡排工艺措施井中成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益【6-12】。
1  消泡剂的作用原理及主要成分
　　1.1  消泡剂作用原理
　　不同消泡剂，因化学结构和性质不同消泡机理也不同。但是无论消泡剂以任何方式破坏泡沫的稳定性，都必须进入液膜内并在界面上铺展，带走邻近表面的一层溶液，而使液膜变薄，达到临界液膜厚度以下，导致液膜破裂。
　　在消泡过程中消泡剂液滴是借助表面张力的作用在液膜上成膜铺展。铺展过程中体系自由能的减小称为消泡剂在液膜上的铺展系数S；消泡剂进入液膜是指其液滴穿过泡沫的气—液界面进入液膜的过程，该过程体系自由能的减小称为消泡剂的进入系数E。可由以下数学表达式表示：
　　E=yF+yFD-yD
　　S=yF-yFD-yD
　　式中：yF——泡沫介质的表面张力；
      　　　yFD——消泡剂和泡沫介质的界面张力；
      　　　yD——消泡剂的表面张力。
　　铺展系数S和进入系数E为正值，表示消泡剂进入液膜和在液膜表面铺展是热力学自发过程。因此，消泡剂应具有低于起泡剂的表面张力和较低的界面张力【1-5】。
　　1.2  FG-4固体消泡剂主要成分
根据消泡剂的消泡原理和泡排工艺的要求（用量低，消泡迅速、有效期较长）。FG-4固体消泡剂主要采用改性硅油与全氟表面活性剂（Zonyl）及多种高分子材料复配而成。
2  室内试验
　　2.1  固体消泡剂性能指标
　　根据标准，固体消泡剂的评价指标主要是：破泡时间、抑泡能力、溶解时间。
　　2.1.1破泡时间：将含有一定浓度起泡剂的液体在500ml刻度量筒中起泡，再把一定浓度的消泡剂从泡沫的顶部快速淋下，泡沫从顶部破至液面的时间s即为破泡时间；
　　2.1.2抑泡能力： 在500ml刻度量筒内加入含有一定浓度起泡剂、消泡剂的混合液，在充入0.2m3/h的气流下，冲击20min后泡沫在量筒内的高度。
　　2.1.3溶解时间：将固体消泡剂置于一容器中，让一定量的水流通过容器与药剂充分接触，药剂溶解所需的时间。
　　2.2  测试方法
　　2.2.1 破泡时间测试方法：
　　称取配制好的起泡液100.00g倒入500mL量筒中（含纯起泡剂0.50g），插入破泡用气体分散头，通入0.1m3/h气体，当细密的泡沫到达500mL刻度线位置停止充气，取出分散头用注射器取1.0mL配制好的消泡剂稀释液（含纯消泡剂0.01g），均匀喷洒在500mL泡沫上并计时，观察泡沫完全破灭所用时间，即为该样品破泡时间；
　　2.2.2  抑泡能力测试方法：
　　待测试完破泡能力后，再将分散头插入量筒中，通入0.3m3/h气体并计时。观察充气20min后量筒内泡沫上升的高度，即为该固体消泡剂的抑泡能力。
　　2.2.3  溶解时间测试方法：
　　将固体消泡剂装入一个带观察窗的圆柱体中，将圆柱体平放。从左端按4m3/d的流量通入清水，让清水经过固体消泡剂，再从右端排出。固体消泡剂完全溶解所需的时间，即为溶解性。

　　2.3  不同配方固体消泡剂的性能

表1  不同配比下的固体消泡剂性能

　　2.4 结论
　　固体消泡剂的消泡性能随着硅油和Zonyl含量的增加而提高。但溶解时间随着硅油和Zonyl含量的增加而降低。综合消泡和溶解时间两方面因素，最终确定硅油含量为50%、Zonyl含量为15%时配方的固体消泡剂性能最优。其破泡时间只有11秒，能长时间的抑制泡沫再生，而溶解时间可达到178小时。
　　3  固体消泡剂配套加药装置研制
　　3.1 固体消泡剂配套加药装置工作原理
　　固体消泡剂配套加药装置连接于采气树和分离器之间，流经的天然气、地层水等混合流体经过特制三通管道导流锥，进入螺旋叶轮，使流体产生强大离心力，并按螺旋运动轨迹前行（如图1所示）。流体接近管道中心区域时与固体消泡剂产生圆周切削力，使固体消泡剂均匀缓慢溶解并与混合流体充分混合，达到消泡目的。
　　3.2固体消泡剂配套加药装置结构

　　固体消泡剂配套加药装置结构见图1。

　　3.3  固体消泡剂加药装置与生产流程连接

　　4  现场应用
　　从2011年10月投入现场试验至2013年3月己在中石油长庆油田、青海油田、西南油气田、吉林油田、中石化华北分公司的12口井上开展了FG-4系列固体消泡剂及加药装置的现场应用。从应用中可见固体消泡剂的溶化速度受气体流速、产水量、温度等因素的影响较大。下面以长庆油田的G1井、青海油气田的涩X-XX井、西南油气田的凉东X-X井及吉林油田的XX6井为例，比较在不同产气、产水量实施泡排工艺的气井中,固体消泡剂的消泡效果。试验情况及使用效果见表2、表3。
　　4.1  固体消泡剂现场应用情况

表3 试验井使用固体、液体消泡剂效果对比表

从表2、表3可以看到固体消泡剂的破泡时间、抑泡能力均能满足现场生产的需要，由于消泡及时、彻底，各试验井的产气量、产水量均有不同程度的提高。特别是吉林油田的XX6井，实验前由于无液体消泡剂加注条件而不能实施泡排工艺，导致气井积液不能及时排除使气井不能正常生产,采用固体消泡剂后，使该井生产正常，为挖潜增效提供了保证。同时，换药周期的延长减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，与液体消泡剂相比药剂的有效利用率得以较大提高，减少了药剂用量,从而 降低了生产成本。

4.2  使用固体消泡剂及加药装置与使用液体消泡剂的综合对比（见表4）

表4  固体消泡剂（及装置）和液体消泡剂的综合对比  

5  认识与结论

（1）通过室内实验和现场应用，固体消泡工艺能满足泡排工艺井的消泡需要，目前固体消泡工艺对产水量在1-30m³/d的气井，消泡效果均能达到工艺要求。

（2）加药周期长，根据不同的井况5-15d换加一次药剂，每次补充量2-6根，为无人值守站的管理提供了方便。

（3）固体消泡剂在装置内与泡沫接触充分，具有较好的破泡和抑泡能力，并且只有在气流携带出泡沫液时才消耗药剂，与液体消泡剂相比其综合成本降低了20-30%。

（4）固体消泡装置运行平稳，操作简单、方便，运行中不消耗能源，不增加污水量真正实现了节能减排，绿色环保。

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