CN109596457A - 一种排水采气用起泡剂管流评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种排水采气用起泡剂管流评价方法，其是在一套简易装置上实现的，该装置由进气口、进液口、测试管段、快关阀门、压力传感器、混合物出口组成。本发明包含五个具体步骤，针对不同类型、不同浓度的起泡剂开展评价实验，实验参数是在现场生产数据的基础上通过相似准则计算得到的，主要考虑气、液相表观流速对起泡剂效果的影响，提出了新的定量评价起泡剂性能的具体参数及其测量和计算方法。本发明可模拟气井流动过程中的起泡情况，将不易模拟的实际气井的温度和压力因素转化到气相密度上，进而折算成气流速，使得起泡剂的评价结果更切近现场应用，为气田现场评价优选高效起泡剂，预防或延缓气井积液，提高气田开发效益。

Description

一种排水采气用起泡剂管流评价方法

技术领域

本发明属于气藏排水采气领域，尤其涉及一种排水采气用起泡剂管流评价方法。

背景技术

气藏在开发过程中，随着气体的持续产出，地层压力不断下降，很容易造成气井积液，使得产气量急剧下降。为了预防或延缓气井积液，人们提出了多种工艺方法，其中泡沫排水采气工艺以其成本低、见效快、操作和管理方便等优点而广泛应用于气田开发现场。该工艺是一种利用起泡剂与井筒气、液混合形成泡沫，从而减少井筒流动过程中液体的滑落，降低井底回压，改善或恢复气井生产能力的助排措施。

泡沫排水采气工艺高效应用的关键是起泡剂，起泡剂评价优选的重点参数是起泡性、稳泡性和携液能力。目前，针对起泡剂的评价方法以室内评价为主，如改进Ross-Miles法(GB/T 7462-94)、振荡法、搅拌法(Waring-Blender法)和气流法等，这些方法主要是在玻璃仪器中测试泡沫体积或达到一定高度所用的时间(表征起泡性)、泡沫体积衰减到原来一半所用时间(表征稳泡性)和一定体积泡沫中的含水量(表征携液能力)，且实验条件均为常温常压或低于100℃。

但是，从大量实验研究和现场应用情况来看，应用常规室内评价方法优选出的效果良好的起泡剂，在实际气井高温高压条件下的效果却参差不齐。分析其原因，常规评价方法无法模拟实际气井条件下的起泡情况，同时气、液相流速的变化也显著影响起泡效果。而目前所使用的起泡剂室内评价方法均未考虑气、液相流速等因素，故不能从现场常用的井筒压降和持液率角度来说明起泡剂的应用效果，导致起泡剂评价优选结果与现场应用脱节，严重影响气井生产效益。

此外，申请号为20112040094.1的专利《排水采气用起泡剂实验系统》提供了一种排水采气用起泡剂实验系统，并提供了详细的实验操作流程。但正如其技术背景所述，为解决常规评价实验不能加载压力且实验温度不超过100℃的问题，而在实际操作过程中，压力和温度的模拟很难达到目前四川盆地大多气井的程度(如元坝气田井深6000m的泡排井的井底压力达到70MPa，温度也高达150℃)，且在评价性能参数方面仍然采用室内评价标准(排出泡沫高度和半衰期)，故该专利在试验评价和现场应用方面的适用性范围有限。申请号为201820913398.1的专利《变温式起泡剂评价装置》也提供了一种起泡剂评价装置，主要创新点是可在室温至90℃下测试起泡剂性能，但依然是以常规室内评价为基准的改进装置。

因此，本发明提供一种排水采气用起泡剂管流评价方法，该方法可模拟气井流动过程中的起泡情况，考虑气、液相流速对起泡效果的影响，提出新的定量评价起泡剂性能的具体参数及其测量和计算方法，将不易模拟的实际气井的温度和压力因素转化到气相密度上，进而折算成气流速，使得起泡剂的评价结果更切近现场应用，为气田现场评价优选高效起泡剂，预防或延缓气井积液，提高气田开发效益。

发明内容

本发明的目的是解决现有起泡剂评价结果与现场应用效果不匹配的问题，提供一种排水采气用起泡剂管流评价方法，旨在为气田现场评价优选高效起泡剂，预防或延缓气井积液，提高气田开发效益。

本发明提供一种排水采气用起泡剂管流评价方法，具体是在一套简易装置上实现的。该装置由进气口、进液口、测试管段、快关阀门、压力传感器、混合物出口组成。

所述进气口和进液口分别模拟气藏产气和产层出液。在实验过程中，由进液口泵入的液体主要是预先配制好的不同浓度的起泡剂溶液试样。气、液相进入管道内后，通过气流搅动产生泡沫，随后泡沫流进入测试管段。

所述测试管段是垂直安装的透明有机玻璃管，可实现流动的可视化，且管壁上带有刻度。在测试管段安装两个快关阀门和压力传感器，可测量某一时刻该段管道内的液体体积，进而计算持液率，以表征起泡剂的携液能力，持液率越小则剩余液量越少，即起泡剂的携液能力越强；并在快关阀门关闭后测量泡沫析液时间，以表征起泡剂的稳泡性，析液时间越长，泡沫稳定性越好；两只压力传感器可实时测量其间流动压差，进而计算平均压降，以表征起泡剂的起泡性，平均压降越小，管道中起泡越充分，起泡剂的起泡性越好。测量结束后将管道内剩余液体由气流经混合物出口带出。

本发明提供一种排水采气用起泡剂管流评价方法，包含以下步骤：

步骤一：收集目标区块气井生产数据，利用弗劳德相似准则(Fr)将实际气井的产量折算到实验条件下的气液相表观流速。相应的计算公式如下：

(1)弗劳德相似准则(Fr)计算公式：其中ρ为相密度(kg/m³)，v为相表观流速(m/s)，g为重力加速度(m/s²)，D为管道直径(m)，Δρ为气液相密度差；

(2)气相表观流速(v_sg)计算公式：其中q_g为气相流量(m³/h)，A为管道横截面积(m²)，且

(3)液相表观流速(v_sl)计算公式：其中q_l为液相流量(m³/h)。

步骤二：收集现场用起泡剂样品，配制不同浓度的起泡剂溶液备用。若采集到现场地层水，则用地层水配制溶液，否则根据目标区块水质数据配制相应等级的矿化水，再配制起泡剂溶液。具体可参考《表面活性剂发泡力的测定改进Ross-Mile法》(GB/T 7462-94)中试剂溶液的配制。

步骤三：根据相似性准则计算结果，确定3组气、液相表观流速(其中液相表观流速保持不变)和若干组测试浓度进行模拟实验：

(1)检查设备完整性，保持快关阀门打开，压力传感器校零；

(2)选定一组浓度，保持气流量稳定，并从进液口泵入该浓度的起泡剂溶液，使得管道内泡沫稳定流动；

(3)同时关闭两个快关阀门，并切断气液供给，压力传感器全程记录压力数据(P₁、P₂)。快关阀门关闭后即开始计时，到管道内泡沫不再大量连续析液(即管道内液面静止不动)为止，记录时间t(s)。此时通过管壁刻度读数确定剩余液体高度(H_res)，进而计算持液率(H_L)：其中H_total为持液率测试段总高度(m)；

(4)打开两个快关阀门，在实验管道内通入气和实验用水，由混合物出口排出残余的起泡剂溶液并清洗管道，准备下一组实验；

(5)测试其余浓度的起泡剂溶液，重复(2)～(4)的过程；

(6)改变气相表观流速，重复(2)～(5)的过程，完成测试。

步骤四：分析步骤三(3)中所测得的压力数据，计算每一个测试点的平均压降(ΔP)：ΔP＝(P₁-P₂)/H_P，其中H_P为压力测试段高度(m)，P₁、P₂为两只压力传感器测试的实时压力(kPa)。步骤五：完成起泡剂评价报告。

附图说明

图1是本发明中一种排水采气用起泡剂管流评价方法实现的简易装置示意图；

图2是一种排水采气用起泡剂管流评价方法的技术路线图。

1-混合物出口，2-快关阀门，3-压力传感器，4-气-泡沫界面，5-测试管段，6-泡沫-液界面，7-压力传感器，8-快关阀门，9-进液口，10-进气口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体方法仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1是本发明中一种排水采气用起泡剂管流评价方法实现的简易装置示意图。一种排水采气用起泡剂管流评价方法实现的简易装置示意图，说明实验评价过程中的平均压降，以表征起泡性；说明实验评价过程中的析液时间，以表征稳泡性；说明实验评价过程中的持液率，以表征携液能力。

实验介质为空气和起泡剂溶液，空气由进气口10进入，提供能够达到实验所需气相表观流速的气量，起泡剂溶液作为液相由进液口9泵入，气液相进入实验管道后充分接触产生持续稳定泡沫，进而进入测试管段5。测试管段5是透明的有机玻璃管，且在管壁上附有标准刻度以测量剩余液体体积。给定某种起泡剂浓度和实验气、液相流速，使得流动稳定后，由压力传感器3和压力传感器7分别测量其对应位置的压力，其间距表示为H_P，计算得压降ΔP，用以表征起泡性。压力测试完成后，同时关闭快关阀门2和快关阀门8，其间距表示为H_total，并切断进气口10和进液口9的气液供给。实验流动中在测试管段5内部的液体在重力作用下聚集到管段底部，且随着时间的推移，管道顶部的泡沫中所携带的液体不断析出，使得气-泡沫界面4不断降低，而泡沫-液界面6不断升高，最终达到同一位置，只在管壁上残存部分可忽略其体积的干泡沫。从快关阀门2、8关闭时起计时，到气-泡沫界面4与泡沫-液界面6到达同一位置时的时间t，即为所述的析液时间，用以表征稳泡性。其所达到的同一位置的高度，可通过测试管段5管壁上的刻度读数获得，即为所述剩余液体高度(H_res)，进而计算持液率H_L，用以表征携液能力。

如图2所示，图2是本发明中一种排水采气用起泡剂管流评价方法的技术路线图。

一种排水采气用起泡剂管流评价方法的技术路线图，主要包括实验准备阶段和实验评价阶段，用以阐明本发明的主要思路，将现场数据与实验评价紧密结合，并以目前广泛应用的常规室内评价方法的评价指标来表征，增加了起泡剂管流评价结果的适用性。

所述实验准备阶段即通过收集目标区块的生产数据，利用相似准则进行实验参数的计算，以确定气、液相表观流速，同时准备起泡剂样品，配制不同浓度的起泡剂浓度。所述实验评价阶段即开展起泡剂评价实验，通过测量平均压降以表征起泡剂起泡性，通过测量析液时间来表征稳泡性，通过测量持液率以表征携液能力，最终得到起泡剂评价优选的结果。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

1)在开展评价实验之前，明确目标区块生产参数，使得现场数据与评价实验紧密结合，提高起泡性能评价的适用性。

2)所提供的起泡剂管流评价方法将气、液相流速考虑到起泡效果影响因素中，提出了新的定量评价起泡剂性能的具体参数及其测量和计算方法，将不易模拟的实际气井的温度和压力因素转化到气相密度上，进而折算成气流速，使得起泡剂的评价结果更切近现场应用。

3)提出了实验测试结果与常规室内评价主要指标的对应关系，使得本发明或其他相关发明的测试结果适用范围更大。

以上所述仅为本发明的较佳实现方法而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种排水采气用起泡剂管流评价方法，其主要是通过简易实验装置模拟气井流动过程中的起泡情况，考虑气、液相流速对起泡效果的影响，提出新的定量评价起泡剂性能的具体参数及其测量和计算方法，将不易模拟的实际气井的温度和压力转化到气相密度上，进而折算成气流速，使得起泡剂的评价结果更切近现场应用，为气田现场评价优选高效起泡剂，预防或延缓气井积液，提高气田开发效益。

2.如权利要求1所述简易实验装置由进气口、进液口、测试管段、快关阀门、压力传感器、混合物出口组成，其中测试管段是垂直安装的透明有机玻璃管，可实现流动的可视化，且管壁上带有刻度，便于测量持液率。

3.如权利要求1所述的起泡剂管流评价方法，其特征在于，通过实验测试管段所测得的平均压降来表征起泡剂的起泡性，平均压降越小，起泡性越好；通过实验测试管段所测得的泡沫析液时间来表征起泡剂的稳泡性，析液时间越长，稳泡性越好；通过实验测试管段所测得的持液率来表征起泡剂的携液能力，持液率越小，携液能力越强。

4.如权利要求1所述的起泡剂管流评价方法，其特征在于，包含五个步骤：(1)收集目标区块气井生产数据，利用弗劳德相似准则(Fr)将实际气井的产量折算到实验条件下的气液相表观流速；(2)收集现场用起泡剂样品，配制不同浓度的起泡剂溶液备用；(3)根据相似性准则计算结果，确定3组气、液相表观流速(其中液相表观流速保持不变)和若干组测试浓度进行模拟实验；(4)分析步骤(3)测得的压力数据，计算每一个测试点的平均压降；(5)完成起泡剂评价报告。