随着川西气田的持续开发，泡沫排水采气工艺已经成为保障气田产水井连续稳定生产的有效措施[1-3]。然而，返排液中含有丰富的泡沫，这些泡沫稳定，不易消失，且有可能二次起泡[4-5]。含泡沫液随天然气进入井站，直接影响分离器的气液分离效率，导致大量液体进入下游集输管网，管道的输送效率降低，清管次数增加，下游设备频出故障，严重影响客户正常用气。此外，大量泡沫聚集在阀门、管道弯头时，易发生堵塞，严重时将造成集输事故。加注消泡剂在含泡沫液天然气进入分离器之前消除其携带的泡沫是解决上述问题简单有效的措施。
目前，川西气田采用的液体消泡剂泵注工艺要求站内有水有电，泵注系统需要工作人员操作维护，消泡剂加注参数无法随产泡沫液状况及时调整，消泡剂消耗量大，且冬季受气温影响，管线易冻堵[6-7]。因此，川西气田引进了XXP-1固体消泡剂及其配套加药装置，并在X5、XY6及XYHF-2井成功应用。
大量含泡沫液随天然气进入分离器，对分离器气液分离效率的影响有：①造成分离器出现假液位现象，液位控制困难，排液不及时；②致使丝网的液泛速度大大降低，液沫被气流二次夹带，气体中带液量增加；③减小了分离器重力沉降段和积液段的有效体积，使气液分离工况恶化，分离效率降低[8-11]。泡沫的存在直接影响了分离器的分离效率，导致下游设备无法正常运行，加注消泡剂消除泡沫是解决该问题简单有效的措施。
消泡剂作为一种表面活性剂，通过改变泡沫液膜的物理性质，降低泡沫的稳定性，达到消除泡沫的目的。不同消泡剂的消泡机理不同，但均是通过破坏泡沫稳定性实现消泡。消泡剂的作用机理主要包括下列三个方面[12-14]：①消泡剂液滴侵入液膜并铺展，取代原泡沫表面上的表面活性分子，降低泡沫液膜局部表面张力，表面张力较高的泡沫液膜将产生收缩力，从四周牵引、延展表面张力较低的液膜，液膜慢慢变薄，最终破裂；②消泡剂破坏泡沫液膜弹性，液膜失去自修复作用而导致泡沫破裂；③消泡剂通过降低液膜黏度，加快液膜排液速率和气体扩散速率，缩短泡沫寿命而达到消泡的目的。
XXP-1固体消泡剂的主要成分是聚醚改性硅油，属于聚醚类消泡剂。该类消泡剂由聚醚改性硅油与少量乳化剂、支撑剂结合压制而成。XXP-1固体消泡剂引入氟碳表面活性剂改性工艺，对聚醚改性硅油的表面活性进行了更加深入的调节，使得XXP-1固体消泡剂具有更强的分散性能及更快的消泡速率。
固体消泡剂的性能指标主要是破泡时间与抑泡时间[6-7]。
(1) 破泡时间测试方法。称取一定量的起泡液倒入500 mL量筒，以0.3 m3/h的流量通入空气，起泡至泡沫高度达到500 mL刻度线位置停止通气。将配制好的消泡剂稀释液通过喷头均匀喷洒在500 mL泡沫上，并计时。泡沫完全破灭的时间即为破泡时间。破泡时间越短，消泡剂的消泡性能越好。
(2)抑泡时间测试方法。破泡时间测试完毕后，继续以0.3 m3/h的流量通空气起泡，并计时。量筒内泡沫高度达到500 mL所需时间即为抑泡时间。抑泡时间越长，消泡剂的抑泡性能越好。
取重复3次测定的破泡时间与抑泡时间的平均值。破泡时间3次测定结果的绝对差值不得超过2 s，抑泡时间三次测定结果的绝对差值不得超过1 min。XXP-1固体消泡剂对不同气井来液的破泡、抑泡性能测试结果见表 1。
固体消泡剂加药装置主要由入口阀门、出口阀门、消泡剂加药阀、旁通阀、入口导流锥、入口螺旋叶轮及消泡剂装药腔组成，其结构如图 1所示。含泡沫液的天然气经装置入口端阀门进入装置，在入口导流锥的导流下进入入口螺旋叶轮，流体产生强大的离心力并按螺旋运动轨迹前行进入消泡剂装药腔与固体消泡剂接触，消泡剂在流体的冲刷下慢慢溶解，溶解后的消泡剂与天然气、泡沫、地层水等相互混溶实现消泡。
X5、XC6及XYHF-2井的站场流程为：井口→水套加热炉→分离器→出站原则上应在携液天然气进入分离器前完成消泡，才能提高分离器的分离效率，故消泡剂加药装置可布置在井口-水套加热炉之间或水套加热炉-分离器之间。考虑到水套加热炉内高温及扰动对消泡剂性能的影响，并结合设备承压及安全方面考虑，确定将固体消泡剂加药装置布置在水套加热炉之后，消泡剂加药装置安装位置示意图如图 2所示。
川西气田X5、XC6及XYHF-2井采用泡沫排水采气工艺后，大量泡沫随天然气一同进入井站，分离器气液分离效果极不理想。各井站污水罐内均有大量泡沫，污水罐内泡沫高度最高达到22 cm，月污水拉运量远小于月产水量，天然气出站压力接近2 MPa，高于管网运行压力，严重影响气田管网正常运行。
川西气田于2013年1月开始在X5、XC6及XYHF-2井站内加注XXP-1固体消泡剂，消泡剂加药装置设置在水套加热炉与分离器之间，消泡剂加药制度分别为1根/天、1根/天和2根/天。
污水罐内泡沫高度是评价消泡剂应用效果最直观的指标。消泡剂有效消除携液天然气中的大部分泡沫后，进入污水罐的泡沫减少，污水罐内泡沫高度降低。X5、XC6及XYHF-2井应用XXP-1固体消泡剂后污水罐内泡沫高度的变化如图 3所示。污水罐内的泡沫高度大大降低，分别由18 cm、16 cm、22 cm下降至2.5 cm、2.9 cm、2.2 cm，XXP-1固体消泡剂有效消除了携液天然气中的泡沫。
井站月污水拉运量的变化间接反映了消泡剂的应用效果。产水量变化不大的情况下，消泡剂发挥其作用效果后，分离器内的泡沫减少，分离器气液分离效率提高，随天然气进入集输管网的液体量减少，分离器分离出的污水量增加，井站月污水拉运量增加。X5、XC6及XYHF-2井应用XXP-1固体消泡剂后井站月污水拉运量的变化如图 4所示。井站月污水拉运量分别从89 m3、57 m3、337 m3增加至134 m3、89 m3、478 m3，满足了井站消泡要求。
天然气出站压力是评价消泡剂应用效果的另一指标。消泡剂有效消除携液天然气中的泡沫，分离器气液分离效率提高，站内管网的积液量减少，天然气出站压力降低。虽然，天然气出站压力受管网压力和用户用气的影响，评价具有一定的局限性，但可以作为参考。X5、XC6及XYHF-2井应用XXP-1固体消泡剂前后天然气出站压力见图 5。从图 5可以看出，应用XXP-1固体消泡剂后，天然气出站压力分别由2 MPa、1.89 MPa、1.93 MPa降低至1.42 MPa、1.31 MPa、1.32 MPa。XXP-1固体消泡剂的消泡效果达到工艺要求。
(1) XXP-1固体消泡剂的主要成分是聚醚改性硅油，引入氟碳表面活性剂改性工艺后，具有更强的分散性能及更快的消泡速率。实验表明，XXP-1固体消泡剂对川西气田X5、XC6及XYHF-2气井水样具有较好的破泡、抑泡能力，平均破泡时间小于10 s，平均抑泡时间大于6 min。
(2) 在X5、XC6及XYHF-2气井应用XXP-1固体消泡剂后，各井站污水罐泡沫高度大大降低，月污水拉运量增加，天然气出站压力降低。含泡沫液的天然气在固体消泡剂加药装置中与消泡剂充分接触，装置运行平稳，消泡效果满足气井消泡要求。
(3) 加注消泡剂是提高分离器气液分离效率的一方面。此外，可考虑改进分离器的内部构件，进一步消除残留的细小泡沫，以提高分离器的分离效率。增加消泡剂加药装置至分离器入口段的管径，在满足消泡效果的同时能降低流程占地面积，建议推广。
2015, Vol. 44 Issue (1): 75-78
2015, Vol. 44 Issue (1): 75-78