水平气井泡沫排水剂性能的评测方法

技术领域

本发明涉及对泡沫排水剂的评测方法，具体的将是水平气井泡沫排水剂性能的评测方法。

背景技术

在石油、天然气开采工程中，增加水平气井的井眼与地层的接触面积，以提高气藏动用程度，已经广泛应用于致密气藏、页岩气藏的开发，近年来甚至用于超深层气藏的开发，取得了良好的增产效果。然而随着产量递减、水侵加剧、积液等问题已经逐步威胁气田稳产，需要采取排水稳产措施。泡沫排水采气由于成本低、设备简单、见效快，是应用最广泛的一类排水采气工艺，其中如何评价优选适宜于水平气井的泡排剂成为了泡排工艺成败的关键。

目前业内广泛采用的有两种评价方法：一种是罗氏米尔倾注法(GB/T 13173.6)，是将一定浓度的起泡剂溶液从罗氏米尔仪上端的细孔滴下，冲入下方相同浓度的起泡剂溶液，记下试液流完时的泡沫高度和5分钟后的泡沫高度，用于测试起泡能力与稳泡能力。另一种是气流法(SY/T 5761-1995)，将气流通入事先盛有起泡剂溶液的发泡器中，产生泡沫并排至泡沫收集器，排出液占原始液体的体积比例即为携液率，用来反映泡沫携液能力。在已公开的专利中，包括公开号为CN201810294U，名称为“高温气井泡沫排水室内模拟实验装置”、公开号为CN202228059U，名称为“排水采气用起泡剂实验系统”、公开号为CN205175982U，名称为“泡沫动态性能评价装置”等均是延用了上述类似的方法，其改进点只是将评价装置的耐温、耐压、耐硫化氢等性能进行了提升。

上述的评价方法只是针对直井条件提出的，并且主要是关注泡沫生成量的多少、泡沫的消泡速度、以及泡沫的携液率，这种评价方式存在如下缺陷：

(1)只关注泡沫生成量的多少，而忽略了泡沫流动阻力的大小。泡沫排水的核心问题是降低井筒压降，泡沫作为非牛顿流体，与管壁的摩阻系数远大于水，尤其对于水平井，其管段长度远大于直井，摩阻压降不容忽略，若选择的泡沫排水剂摩阻过高，即使起泡能力良好，也不利于降低井筒压降，甚至增加井筒压降，抑制地层产气。

(2)注重泡沫生成量而忽略了泡沫质量。泡沫质量指泡沫中气体体积的百分比。当泡沫质量大于64％时为干泡沫，否则为湿泡沫。只有当形成干泡沫时，普拉托交界处的液膜滑脱才少，泡沫结构才稳定。尤其对于水平井，其流动距离远大于直井，要求更长时间的维持干泡沫的流动状态，避免携液上升途中发生明显滑脱，降低携液效率。

(3)现有方法均是针对垂直井提出的，未考虑水平井倾斜段、水平段对泡沫生成的影响。

发明内容

本发明提供了一种水平气井泡沫排水剂性能的评测方法，有助于优选出沿程摩擦阻力小、泡沫结构稳定的适用于水平井条件的泡沫排水剂。

本发明水平气井泡沫排水剂性能的评测方法，步骤为：

步骤一：在由水平管段、倾斜管段和垂直管段构成的泡沫发生器中设有压力传感器、温度传感器和气体流量计，以及在水平管段中安装水平压差传感器，垂直管段安装垂直压差传感器；

步骤二：通过气瓶、气体增压泵、高压储气罐等设备向水平管段中注入设定浓度的泡沫排水剂溶液，并通过水平管段向泡沫发生器中通入高压气，通过所述的气体流量计显示泡沫发生器中的工况气量Q_g，通过所述的压力传感器显示泡沫发生器中的压力P，通过所述温度传感器显示泡沫发生器中的温度T；

步骤三：通过所述的高压气搅动水平管段中的泡沫排水剂溶液使其产生泡沫，所述泡沫流经所述水平管段、倾斜管段和垂直管段后，进入泡沫收集器消泡，并通过水平压差传感器检测水平管段的压差ΔP₁；通过垂直压差传感器检测垂直管段的压差ΔP₂；得到所述的高压气体在所述的压力P和温度T下的气体密度ρ_g；根据工况气量Q_g和泡沫发生器管段的截面积A，求得气体流速v_g＝Q_g/A；

根据水平管段的压差ΔP₁和气体流速v_g计算得到泡沫摩擦阻力系数λ；

根据垂直管段的压差ΔP₂、气体流速v_g和泡沫摩擦阻力系数λ计算得到泡沫重力压降ΔG₂；

根据泡沫重力压降ΔG₂和所述的气体密度ρ_g计算得到泡沫质量Γ；

步骤四：根据泡沫摩擦阻力系数λ对泡沫排水剂进行评测：泡沫摩擦阻力系数λ越小则泡沫的摩擦阻力越小，泡沫排水剂的性能越优；采用泡沫摩擦阻力系数λ作为评测指标，有助于优选出沿程摩擦阻力小的泡沫排水剂，符合水平气井泡排井筒低摩阻压降需要；

步骤五：根据泡沫质量Γ对泡沫排水剂进行评测：泡沫质量Γ越高，泡沫排水剂性能越优。采用泡沫质量Γ作为评测指标，有助于优选出泡沫质量高、泡沫结构稳定的泡沫排水剂，符合水平气井泡排井筒低液体滑脱需要。

可选的，步骤三中通过气体密度表得到所述的高压气体在所述的压力P和温度T下的气体密度ρ_g。

具体的，步骤三中计算泡沫摩擦阻力系数λ的公式为：其中：

λ：泡沫摩擦阻力系数，无单位；

ΔP₁：水平管段测试压差，单位：Pa；

L₁：水平管段测压段段长，单位：m；

ρ_L：溶液密度，单位：kg/m³；

v_g：气体流速，单位：m/s；

d：泡沫发生器内径，单位：m。

具体的，步骤三中计算泡沫重力压降ΔG₂的公式为：其中：

ΔG₂：泡沫重力压降，单位：Pa；

ΔP₂：垂直管段测试压差，单位：Pa；

λ：泡沫摩擦阻力系数，无单位；

L₂：垂直管段测压段段长，单位：m；

ρ_L：泡沫排水剂溶液密度，单位：kg/m³；

v_g：气体流速，单位：m/s；

d：泡沫发生器内径，单位：m。

具体的，步骤三中计算泡沫质量Γ的公式为：其中：

Γ：泡沫质量，单位：％；

ΔG₂：泡沫重力压降，单位：Pa；

L₂：垂直管段测压段段长，单位：m；

ρ_g：压力P、温度T下的气体密度，单位：kg/m³；

ρ_L：溶液密度，单位：kg/m³；

g：重力加速度，值：9.8m/s²。

本发明水平气井泡沫排水剂性能的评测方法，能够优选出泡沫摩擦阻力低和泡沫质量高的泡沫排水剂，满足了对水平气井的泡沫排水剂的要求，对传统的倾注法和气流法形成了有益补充。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

具体实施方式

本发明水平气井泡沫排水剂性能的评测方法，步骤为：

步骤一：在由水平管段、倾斜管段和垂直管段构成的泡沫发生器中设有压力传感器、温度传感器和气体流量计，以及在水平管段中安装水平压差传感器，垂直管段安装垂直压差传感器；

步骤二：通过气瓶、气体增压泵、高压储气罐等设备向水平管段中注入设定浓度的泡沫排水剂溶液，并通过水平管段向泡沫发生器中通入高压气，通过所述的气体流量计显示泡沫发生器中的工况气量Q_g，通过所述的压力传感器显示泡沫发生器中的压力P，通过所述温度传感器显示泡沫发生器中的温度T；

步骤三：通过所述的高压气搅动水平管段中的泡沫排水剂溶液使其产生泡沫，所述泡沫流经所述水平管段、倾斜管段和垂直管段后，进入泡沫收集器消泡，并通过水平压差传感器检测水平管段的压差ΔP₁；通过垂直压差传感器检测垂直管段的压差ΔP₂。

根据气体密度表，查得所述的高压气体在所述的压力P和温度T下的气体密度ρ_g；根据工况气量Q_g和泡沫发生器管段的截面积A，求得气体流速v_g＝Q_g/A；

由于水平管段的压差ΔP₁全部来自泡沫摩擦阻力ΔF₁，即ΔP₁＝ΔF₁，根据摩擦阻力定义式，计算泡沫摩擦阻力系数λ：其中：

λ：泡沫摩擦阻力系数，无单位；

ΔP₁：水平管段测试压差，单位：Pa；

L₁：水平管段测压段段长，单位：m；

ρ_L：溶液密度，单位：kg/m³；

v_g：气体流速，单位：m/s；

d：泡沫发生器内径，单位：m。

垂直管段的压差ΔP₂来自泡沫重力压降ΔG₂与摩擦阻力ΔF₂，即ΔP₂＝ΔG₂+ΔF₂，根据摩擦阻力定义式，计算得到泡沫重力压降ΔG₂：其中：

ΔG₂：泡沫重力压降，单位：Pa；

ΔP₂：垂直管段测试压差，单位：Pa；

λ：泡沫摩擦阻力系数，无单位；

L₂：垂直管段测压段段长，单位：m；

ρ_L：泡沫排水剂溶液密度，单位：kg/m³；

v_g：气体流速，单位：m/s；

d：泡沫发生器内径，单位：m。

泡沫重力压降ΔG₂由泡沫密度ρ_f、重力加速度g和垂直管段测压段段长L₂决定，即ΔG₂＝ρ_fgL₂；泡沫密度ρ_f由泡沫质量Γ、气体密度ρ_g和溶液密度ρ_L决定，即ρ_f＝ρ_gΓ+ρ_L(1-Γ)，计算得到泡沫质量Γ：其中：

Γ：泡沫质量，单位：％；

ΔG₂：泡沫重力压降，单位：Pa；

L₂：垂直管段测压段段长，单位：m；

ρ_g：压力P、温度T下的气体密度，单位：kg/m³；

ρ_L：溶液密度，单位：kg/m³；

g：重力加速度，值：9.8m/s²。

步骤四：根据泡沫摩擦阻力系数λ对泡沫排水剂进行评测：在给定的试验管道下，泡沫摩擦阻力系数λ仅与流体介质有关，泡沫摩擦阻力系数λ越小则泡沫的摩擦阻力越小，泡沫排水剂的性能越优；采用泡沫摩擦阻力系数λ作为评测指标，有助于优选出沿程摩擦阻力小的泡沫排水剂，符合水平气井泡排井筒低摩阻压降需要；

步骤五：根据泡沫质量Γ对泡沫排水剂进行评测：泡沫质量Γ小于64％时形成湿泡沫，气泡离散疏松，泡沫质量大于64％时形成干泡沫，泡沫结构稳定，液体滑脱小，即泡沫质量Γ越高，泡沫排水剂性能越优。采用泡沫质量Γ作为评测指标，有助于优选出泡沫质量高、泡沫结构稳定的泡沫排水剂，符合水平气井泡排井筒低液体滑脱需要。