泡沫排水采气固体消泡工艺应用现状.pdf

第 3 3卷 第 5期 Ol L AND GAS TRE ATl NG AND PR OCE SSl NG 泡沫排水采气固体消泡工艺应用现状 李旭成郑榕郑小林刘鹏 中国石油西南油气 田公司 ， 四川 成都6 1 0 0 5 1 t lI ~II I T 2 7 摘要 ： 泡沫排水由于操作简便、 成本低 ， 在产水气井排水采气中得到广泛运用。但是在排出 液体 中含有大量泡沫， 严重影响气液分离和脱水效果。因此， 消除产出液中的泡沫显得尤为重要。 传统液体消泡工艺存在消泡剂用量不易控制、 消泡效果差、 运行成本高以及在寒冷冬季运行不稳定 等难题。近年来， 国内研发 出了固体消泡棒和与之相配套的加注装置， 很好地解决了这些问题。在 固体 消泡 工艺发展 现状调研 的基础上 ， 对 比了液体 和 固体两种消泡 工艺 的优缺 点 ， 并针对 固体 消泡 工艺在 目前适用过程中存在的缺陷和可能出现的问题进行了整理分析， 提出了相关建议， 有利于泡 沫排水采气工艺的进一步发展。 关键词 ： 泡沫排水； 固体消泡； 发展； 应用现状 D0 I ： 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 6—5 5 3 9 ． 2 0 1 5 ． 0 5 ． 0 0 7 0前言 产水气田在开发后期气井积液较多， 单井无法靠 自 身的能量将积液带出井筒， 各种排水采气工艺作为产水 气井稳产的重要手段逐渐得到了普遍重视。作为排水 采气 的一种 主要工艺 ， 化排工 艺在各 大气 田得到 了广泛 运用。但在一线生产场站 ， 由于消泡剂加注剂量、 加注 方式等差异 ， 常常 出现管线 消泡不 充分 的问题 。含 有地 层水 的天然气裹挟 着残 留的泡沫进 入管线 ， 影 响了分离 器的分离效果 ， 导致集输管线积液严重； 在某些高矿化 度地层水 区域 ， 气 液分离不 干净将 使得大量 高矿 化度 地 层水进入管线及脱水装置中， 造成管线腐蚀； 对脱水装 置造成 “ 液泛 ” 并 引起三 甘醇 发泡 变质 ； 同时 ， 随着 脱 水 装置 的运行 ， 高矿化 度地层 水在循 环管路 中易形 成盐结 晶堵塞 ， 造成脱水设备运行故障， 影响生产的正常运行。 因此 ， 对于采用化排 工艺的气井来气 ， 其气质的洁净度 对整个输气 管 网以及 脱水 装置 的正常 运行 都会 产 生很 大影 响。 基 于以上原 因 ， 各 大气 田正积极 探索适 应各 自气井 的消泡工艺技术。在化排工艺推广初期 ， 采用的消泡剂 溶液一般是通过液体消泡剂按一定比例在储存罐 中配 置稀释后通过高压往复泵注入管线 中， 对含泡剂的气液 混合流体进行消泡。由于天然气井都存在出液不连续 的现象 ， 可能有时产出的泡沫较为丰富， 有时又无泡沫 产出， 为了保证消泡效果， 传统液体消泡剂均采用大剂 量 、 连续泵 注 的方 式 进行 加注 ， 造 成 了消泡 剂 和能 源 的 浪费。近年来， 固体消泡工艺逐渐进入人们 的视 野， 并 在靖边 、 吉林 、 青 海 、 四川等 气 田得 到 了成 功运 用。对 固 体消泡工艺 目前的应用现状进行研究将有利于泡沫排 水采气工艺的进一步发展。 1 固体 消泡机理及工艺发展现状 1 ． 1 消泡剂消泡机理 关 于泡沫 的消泡 机 理 ， 目前 国 内外 尚未研 究 清楚 ， 但消泡方式主要有两种 ： 第一种是消泡剂在泡沫液体系 中利用消泡剂溶液 自身的表面张力等性质对体 系中泡 沫进行破泡 ， 同时对 整个 泡 沫液 体 系进 行抑 泡 ； 第 二种 是消泡剂通过与起泡剂 发生化学 反应 ， 改 变起泡 剂 的化 学物性 ， 使其失去起泡 能力实现 消泡 。第 二种方 式在反 应过程中极易生成不溶性脂肪酸盐， 容易对设备管道造 成堵塞以及发生腐蚀， 现场一般运用较少。 收稿 日期 ： 2 0 1 5～ 0 5— 0 4 作者简介： 李旭成( 1 9 8 9一) ， 男， 四川中江人 ， 助理工程师， 硕士， 主要从事油气藏工程 、 油气藏渗流等方面研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 28 天熟与 与石油 NA T UR AL GAS A ND O l L 2 0 1 5年 1 0月 对 于第一种消泡方式 的而言 ， 消泡剂 一般要 求具 有 两方面的性能 ： 1 ) 破泡性 ， 即将 已形成的泡沫迅速破泡 的性能， 铺展性( 分散性) 好的物质， 其破泡性能好； 2 ) 抑 泡性 ， 即抑制溶 液起 泡 的能 力 ， 溶 解 度越 小 的物 质其 抑 泡性越好 。铺展 性 良好且 溶 解度 小 的化 学 品可 以被认 为是较好 的消泡 剂 。这 两种 性质 也 被大 家称 作 是 消泡 剂 的铺展作用和插入作用 ⋯。 1 ． 1 ． 1 铺展作用 根据 S y d n e y R的研究理论 ， 消泡剂 因其表 面张力 较低 ， 能 够 自动在 泡 沫 表 面铺 展 。在 整个 铺 展 的过 程 中， 消泡剂分 子不 仅会 带走 邻 近表 面 的一层 液 体 ， 使液 膜变薄 ； 同时还会在液膜表面产生一定的扰动 ， 使得体 系中的泡沫受到周围大表面张力膜层的强力牵引， 使液 膜 达到临界液膜 厚 度 以下 ， 导 致 液膜 破 裂 ， 最 终实 现破 泡 的 目的。其 中 ， 表征铺展 能力 的铺展 系数 s可表示 为 ： 5=．y F— F D— D ( 1 ) 式 中 ： T 为体系 内泡沫液体的表面 张力 ； 。 为消泡剂 与 泡 沫液之 间的界面张力 ； 为 消泡剂表 面张力 。 1 ． 1 ． 2插入 作用 当分散在泡沫液 中的消泡剂分子进入到泡沫液体 中， 整个泡沫液体体系的 自由能将会发生改变， 破坏膜 层的原有平衡， 其体系 自由能改变的大小可以用插入系 数 来 表示 ： E = F+ D— F D ( 2 ) 其中， 当 E> 0时， 消泡剂能插入到泡沫溶液的部分 表面中， 插入的局部由于消泡剂的扩展将逐渐变为体系 的薄弱环节 ， 最终使 得泡 沫破 裂。若 E< 0 ， 则消泡 剂 分 子不能进入到泡沫溶液体系表面。 因此 ， 较为理 想 的工 业用 消 泡剂 一般均 具有 以下 3 个 特点 ： 消泡剂不 溶 于将 要进 行 消泡 的体 系介质 ； 消 泡 剂溶液有 正的铺 展系数 ； 消泡剂溶液有 正的插 人系数 。 消泡剂按照其成分主要可以分为硬脂酸皂 、 硬脂酰 胺等酯类 ， 脂肪 醇 、 脂肪 醚类 及 其他 硅类 产 品 。其 中硅 类 消泡剂 是化工 生产 、 石 化等行业 中使用 最为广 泛 的一 类 消泡剂 。纯硅 油 由于价 格 昂贵 ， 溶 解度 较小且 难 以乳 化 ， 消泡效果并不 理想 。现场使 用 的硅类 消泡剂一 般是 用 二甲基 硅油 、 乙基硅油 等与二氧 化硅气 溶胶 以及 其他 乳化剂 、 稳定剂等助剂混合后制备而成， 其统称 为有机 硅消泡剂 - 4 ] 。按照物理状态， 消泡剂又可大致分为两 种 ， 分别是油状、 乳液状的液体消泡剂和膏状的固体消 泡剂 。其中， 油状、 乳液状的液体消泡剂作为最早使 用 的消泡 剂 ， 很早 之前就在 泡沫排 水采气 工艺 中得 以运 用 ， 其工艺技 术相 对 比较 成熟 ， 加 注多 采用 平衡 罐 或者 往 复泵进 行泵人 ， 国 内外 已有过很 多相关 报道 。但 固体 消泡剂在 最 近 几 年 才得 以推 广 ， 目前 已逐 渐 在 靖边 气 田、 吉林 、 青海 以及川 渝地 区气 田加 以运用 。 1 ． 2固体消泡工艺发展现状 1 ． 2 ． 1 固体消泡剂研究现状 固体消泡剂 因其制备工艺简单、 贮存稳定性好、 运 输方便等优点在石化行 业逐渐 被人们 采用 。早 在 8 0年 代初期 ， 已有学 者对 固体 消 泡剂 进行 过相 关研 究 ， 发现 该类型消泡剂在 对 聚 乙二 醇 烷基 醚磺 酸钠 水 溶液 进行 消泡 时 比传 统 乳 液 型 有 机 硅 消泡 剂 效 果 更 好 。随 后 H u g h e s 等人用醋酸钠对 J S E 一 1 乳液 型消泡 剂进行 处理后 制备得到固体消泡剂 ， 发现其与乳液型消泡剂相 比具有 良好 的贮存性 。9 0年代 ， 张骥 红等 人 用 碳酸 钠 、 二 氧 化硅等作为载体 ， 以二甲基硅油、 有机硅化合物等物质 作为活性组分， 并添加部分纤维素 、 硅酸盐等助剂合成 了固体颗粒消泡剂， 在现场运用过程中， 基本可以达到 乳液型消泡剂 的消泡、 抑泡标 准。2 0 0 2年 ， 沈玉龙等 人 采用有机硅 与水溶 性赋形剂 相混合 的方法 ， 研 制 出 Y S型固体有机硅 消泡剂 ， 消泡性 能优 良。近年来 ， 成都 孚 吉科技公 司针 对 固体消 泡剂 的制备 以及 消 泡装 置进 行 了研究 ， 研 发了 由改性硅 油与全 氟表面 活性剂 及多 种 高分子材料复配而成的 F G - 4固体消泡剂及 固体消泡剂 加注装置 ， 并 全面运用到石化行业 的排水采气工艺中 。 固体消泡剂一 般 由活 性组 分 、 助 剂 、 载 体 3部 分 组 成 。其制备方法 主要 有 以下 3种 ： 将活性 组 分直 接 喷洒在固体消泡剂载体 表面 ， 此方 法制备 的消泡 剂适 用 温 度范围宽 ； 将活 性 组分 与软 化 点较 低 的脂 肪醇 、 脂 肪 酸、 石蜡等物质一起熔融 ， 再将熔融后 的物质在载体上 进行附着， 合成蜡封型固体消泡剂； 将部分成膜的物质 包裹在活性组分物质外部， 并加以混合， 合成包封型固 体消泡剂， 此类消泡剂稳定性较强， 可实现活性组分缓 慢 释放的 目的 ， 是一种延 时释放 的有机 硅消 泡剂 。固体 消泡剂的制备过程主要是通过将常规消泡剂配料如二 甲基硅油、 二氧化硅和聚乙二醇等物质混合均匀后进行 加热， 并在恒温( 7 0～ 9 0 o C) 一段时间后， 将其全部融化 并 冷却成 型 ， 最后压 制成圆棒状 。 1 ． 2 ． 2固体 消泡装 置发展情况 目前 常用 的 固体 消泡 加 注装置 主要 分 为卧式 与立 式 两种 ， 其结 构分别见 图 l ～2 。卧式 固体 消泡装 置在其 进 口端和出口端分别装有入口导流锥和出口导正叶轮， 当高压高流速的天然气、 地层水等混合流体进入装置入 口后 ， 迅 速按 螺旋 运 动轨 迹 前行 ， 对加 装 在装 置 中部 的 固体消泡棒产生圆周性的切削力 ， 使消泡棒缓慢溶解并 与混合 流体 充分 混 合 ， 在 流体 流 经装 置 出 口位置 时 ， 导 正 叶轮产 生反作 用力 ， 使得 消泡液 与混合 流体再 次充 分 混 合 ， 达 到消泡 的 目的 。而立式 固体消 泡装 置则 主要 通 过其加 注筒下 端形 成 的积 液段将 加 注 的消 泡棒 浸 泡 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷 第 5期 OI L AND GAS T RE A TI NG AND PROCE SSI NG [ 8 ]焦学舜， 张琼， 安家驹． 消泡剂制备与应用[ M] ． 北京： 中 国轻 工 业 出版 社 。 1 9 9 6． J i a o X u e s h u n ， Z h a n g Q i o n g ，A n J i a j u ．P r e p a r a t i o n a n d A p - p l i c a t i o n o f D e f o a m e r s[ M] ．B e i j i n g ：C h i n a L i g h t I n d u s t r y Pr e s s，1 9 96． [ 9 ]葛俊风， 杨锦宗． 固体消泡剂合成技术进展[ J ] ． 精细石油 化 工， 1 9 9 1 ， ( 6 ) ： 4 2— 4 4 ． Ge J u n f e n g ，Ya n g J i n z o n g ． T h e De v e l o p me n t o f S y n t h e s i s T e c h n o l o g y f o r S o l i d D e foa m e r[ J ] ．S p e c i a l i t y P e t r o c h e m i — c a l s ，1 9 9 1 ，( 6 ) ： 4 2— 4 4 ． [ 1 0 ]戚杰， 刘伟， 张振文， 等． 固体消泡剂及其制备工艺： 中国， 1 0 2 9 2 1 1 9 9 ．A[ P ] ． 2 0 1 3— 0 3—1 2 ． Q i J i e ，L i u we i ，Z h a n g Z h e n w e n ，e t a1．T h e P r e p a r a t i o n P r o c e s s o f S o l i d D e f o a m e r ：C h i n a ，1 0 2 9 2 1 1 9 9 ．A [ P] ． 201 3—03—1 2． [ 1 1 ]张振文， 任涛， 牛斌 ， 等． 固体消泡剂在鄂尔多斯盆地 靖边气田的试验与效果评价 [ J ] ． 天然气工业， 2 0 1 3 ， 3 3 ( 2) ： 3 2—3 6 ． Z h a n g Z h e n w e n，Re n Ta o，Ni u B i n ，e t a 1 ．T e s t s a n d E f f e c t E v a l u a t i o n o f S o l i d De f o a me r s i n t h e J i n g b i a n Ga s F i e l d，Or - d o s B a s i n[ J ] ．N a t u r a l G a s I n d u s t ry，2 0 1 3 ，3 3( 2) ： 3 2 — 36． [ 1 2 ] 王心敏， 王振嘉， 牛斌 ， 等． 气井井口固体消泡技术优化 与应用[ cl ／ ／ 宁夏回族 自治区科学技术协会． 第十届宁 夏青年科学家论坛论文集． 银川： 《 石油化工应用》 杂志 油号加工 31 社 ， 2 0 1 4： 2 1 7—2 2 0 ． Wa n g X i n m i n ， Wa n g Z h e n j i a ，N i u B i n ，e t a 1 ．O p t i m i z a t i o n a n d App l i c a t i o n o f S o l i d De f o a me r Te c h no l o gy i n Ga s W e l l We l l h e a d [ C] ／ ／ N i n g x i a H u i A u t o n o m o u s R e g i o n A s s o c i a t i o n for S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ． P r o c e e d i n g o f t h e 1 0 “Ni n g x i a Yo u n g S c i e n t i s t s F o r u m． Yi n c h u a n：P e t r o c h e mi c al I n d u s t r y A p p l i c a t i o n J o u r n a l Ag e n c y，2 0 1 4：2 1 7—2 2 0． [ 1 3 ]张振文， 尚万宁， 贾浩民， 等． 靖边气田自动化泡沫排水采 气工艺技术应用与优化[ c ] ／ ／ 宁夏回族 自治区科学技术 协会． 第九届宁夏青年科学家论坛论文集． 银川： 《 石油化 工应用》 杂志社 ， 2 0 1 3 ： 2 0 2— 2 0 5 ． Z h a n g Z h e n we n，S h a n g Wa n n i n g ，J i a Ha o mi n，e t a 1 ．A p p l i — c a t i o n a nd Opt i mi z a t i o n o f Aut o ma t i c Dr a i n a g e Ga s Re c o v e ry T e c h n o l o gy i n J i n g b i a n G a s F i e l d [ C ] ／ ／ N i n g x i a H u i A u t o n o — mo us Re g i o n As s o c i a t i o n for S c i e nc e a nd Te c h no l o g y． Pr o — c e e d i n g o f t he 9 Ni ng x i a Yo u n g Sc i e n t i s t s F o rum． Yi n — c h u a n：P e t r o c h e mi c a l I n d u s t ry A p p l i c a t i o n J o u r n al Ag e n c y ， 2 01 3：2 0 2 —2 05． [ 1 4 ]李旭成， 郑小林， 肖 军， 等． 三甘醇脱水装置运行常见问 题分析及 处理 对策[ J ] ． 石油与天然气4 L- -z - ， 2 0 1 5 ， ( 5 ) ： 4 4 — 4 7． L i X u c h e n g ，Z h e n g Xi a o l i n，Xi a o J u n， e t a 1 ．C o mmo n C a s e S t u d y a n d C o u n t e r me a s u r e s o f t h e Op e r a t i o n t o I n s t a l l t h e N a t u r a l G a s D e h y d r a t i o n D e v i c e[ J ] ． P e t r o c h e m i c al I n d u s t ry A p p l i c a t i o n ， 2 0 1 5 ，( 5 ) ： 4 4— 4 7 ． ( 上接第 l 7页 ) [ 3 ]汪钧， 刘长波， 李佳宁， 等． 输气管道截断阀室远程控制 系统设计[ J ] ． 煤气与热力， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 2 ) ： 1— 4 ． Wa n g J u n， L i u C h a n g b o ， L i J i a n i n g ， e t a 1 ．De s i g n o f Re mo t e C o n t r o l S y s t e m i n B l o c k V a l v e V a u h i n G a s P i p e l i n e[ J ] ． G a s＆ H e a t i n g ， 2 0 0 8 ， 2 8( 2 ) ： 1— 4 ． [ 4 ]马 驰． 输气管道线路截断阀气液联动执行机构引压管安 装[ J ] ． 中国高新技术企业， 2 0 1 2 ， ( 2 0 ) ： 5 8— 5 9 ． Ma C h i ． I n s t a l l a t i o n o f P r e s s — L e a d i n g T u b e i n P n e u ma t i c Hy — d r a u l i c A c t u a t o r o f G a s P i p e l i n e B l o c k V a l v e 『 J ] ．C h i n e s e H i g h — t e c h E n t e r p ri s e s ， 2 0 1 2 ，( 2 0 ) ： 5 8— 5 9 ． [ 5 ]邵建恩， 任小林， 赵杨文， 等． 线路快速截断阀误动作故障 探讨[ J ] ． 石油工业技术监督， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 1 ) ： 1 9— 2 2 ． S h a o J i a n ’ e n， Re n Xi a o l i n， Z h a o Ya n g w e n， e t a 1 ．Di s c u s s i o n o n M i s o p e r a t i o n o f F a s t B l o c k V a l v e s i n P i p e l i n e s[ J ] ．T e c h n o l — o g y S u p e r v i s i o n i n P e t r o l e u m I n d u s t r y ，2 0 0 9，2 5 ( 1 ) ：1 9 — 22． [ 6 ]曾亮泉， 傅贺平． 天然气进 出管道设置截断阀的重要性 [ J ] ． 天然气与石油， 2 0 0 5 ， 2 3 ( 1 ) ： 2 4— 2 8 ． Z e n g L i a n g q u a n， F u He p i n g ． I mp o r t a n c e o f B l o c k Valv e S e t — t i n g i n N a t u r a l G a s P i p e l i n e [ J ] ． N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 0 5 ， 2 3 ( 1) ：2 4—2 8 ． [ 7 ]王卫琳， 高永和， 赖建波， 等． 天然气管道截断阀爆管检测 系统压降速率设定[ J ] ． 煤气与热力， 2 0 1 3 ， 3 3 ( 7 ) ： 1 9— 2 3 ． Wa n g We i l i n， Ga o Yo n g h e， L a i J i a n b o ， e t a 1 ．S e t t i n g o f P r e s — s ur e Dr o p Ra t e i n Pi p e Bur s t De t e c t i o n S y s t e m o f Na t u r al Ga s P i p e l i n e B l o c k V a l v e[ J ] ．G a s&H e a t i n g ，2 0 1 3 ， 3 3( 7) ： l 9 —23． [ 8 ] 徐 海峰 ， 耿磊． 浅谈 天然 气长输 管道截 断阀 室数 据采 集 [ J ] ． 轻 工设计 ， 2 0 1 1 ， ( 5 ) ： 3 7—3 8 ． Xu Ha i f e n g， G e n g L e i ．Di s c u s s i o n o n D a t a C o l l e c t i o n o f B l o c k V a l v e V a u h s i n L o n g — d i s t a n c e G a s P i p e l i n e[ J ] ．L i g h t I n d u s — t r y E n g i n e e ri n g D e s i g n ， 2 0 1 1 ，( 5 ) ： 3 7— 3 8 ． [ 9 ]冯文兴， 王兆芹， 程五一． 高压输气管道小孔与大孔泄漏模 型的比 较 分 析 [ J ] ． 安 全 与 环 境 工程 ， 2 0 0 9 ， 1 6( 4 ) ： 1 0 7 — 1 1 0 ． F e n g W e nx i n g， W a ng Zha o qi n， Che ng Wuy i ． Co mpa r a t i v e A— n a l y s i s o f S ma l l a n d Bi g L e a k a g e Mo d e l s f o r Hi g h P r e s s u r e G a s P i p e l i n e [ J ] ．S a f e t y a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 9 ， 1 6 ( 4 ) ：1 0 7—1 1 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m