李楠
“納米粒子泡沫排水採氣技術應用在長慶、西南、青海、大慶4個氣區，2015年開展現場試驗以來，共計應用8685井次，累計增氣4.2億立方米。與常規泡沫排水採氣技術相比，納米泡排技術施工效率提高10%、綜合效益增加40%以上。”9月27日,中國石油勘探開發研究院採油採氣工程研究所曹光強對記者如是說。
納米粒子泡沫排水採氣技術應時而生
隨著國家對環保越來越重視，天然氣作為一種優質、高效、清潔的能源，在我國能源消費中增長迅猛。
然而，在我國已開發的氣田中，有水氣藏佔比達80%以上、儲量超過75%，是天然氣穩產和大發展的基石。隨著開發時間延長，這類氣田出水逐漸加劇，導致天然氣產量大幅下降（降幅20%～85%），國家持續穩定供氣和氣田的高效開發面臨嚴峻挑戰。
排水採氣是解決氣田出水問題最主要的工藝技術，其中泡沫排水採氣是最經濟有效、應用最廣泛的技術（佔比80%以上），年應用井數近6000口、年實施井次超過12萬井次。
然而，泡沫排水採氣技術存在井筒實際條件下起泡劑模擬評價手段缺乏，高溫、高礦化度、高酸性、高凝析油等複雜井況條件下起泡劑性能差、成本高，積液診斷預測、工藝優化及效果評價方法不繫統等瓶頸問題，嚴重影響了這項技術應用的效率和效益。
自2014年開始，勘探院採油採氣所13名科研人員創新思維，突破了傳統起泡劑的研發模式，從分子結構設計出發，合成出一種具有雙親水基和雙親油基結構的Gemini表面活性劑，大幅提高表面活性劑的起泡性。
他們首次在泡沫排水採氣起泡劑中引入固體納米穩泡劑的概念，並通過接枝修飾合成了一種納米粒子穩泡劑，新研發的納米粒子起泡劑體系耐溫達到了160℃、耐礦化度250000mg/L、抗凝析油40%。
同時，他們結合中國石油長慶油田、四川油田、塔里木油田、青海油田、大慶油田、新疆油田6個氣區的地層水及天然氣組份特點，形成了兩大類7種適應不同類型氣田的高效低成本納米粒子起泡劑體系。納米粒子起泡劑體系性能在高溫高壓條件下較常規藥劑提升了近一倍，排出同樣水量的起泡劑用量降低了40%。
納米粒子起泡劑體系研發成功後，採油採氣所又先後開發了起泡劑高溫高壓實驗模擬裝置及方法、多因素氣井積液診斷技術、排水採氣定量化效果評價技術等7項關鍵配套技術，構建了高效低成本納米粒子泡沫排水採氣技術系列，為產水氣田降本增效增添了一套新的技術利器。
納米粒子起泡劑體系國際領先
“在高溫高壓條件下，納米粒子穩泡劑較常規藥劑提升了近一倍、排出同樣水量的起泡劑用量降低了40%。”曹光強說。郭尚平院士等專家評定認為，納米粒子起泡劑體系達到了國際領先水平。
此項由勘探院歷時5年研發的增效利器現場使用後，較常規泡沫排水採氣技術施工有效率提高10%，增產一萬立方米天然氣藥劑用量降低56.1%、作業次數降低61.3%，井均日增天然氣4171立方米，平均綜合成本降低40%以上。
“藥劑用量和人工成本大幅下降，綜合經濟效益較常規泡排技術增加了一倍多，大幅提振了我們對低滲透產水井穩產和提高採收率的信心。”蘇里格氣田蘇75區塊現場技術負責人王全勝說。
截至2017年年底，中國石油低產低壓氣井已達7000餘口，且每年以3%至5%的速度增加。該項技術可很好地滿足這部分井的穩產需求。
按前期效果及效益計算，隨著下一步的全面推廣，每年可增產天然氣40億立方米，降低成本2.2億元，新增效益46.2億元，將為各出水氣田保持產量穩定、降本增效、提高採收率，以及保障國家穩定供氣方面提供重要的技術支撐。
納米粒子起泡劑研發二三事
納米粒子起泡劑體系研發之初，並不是採用的Gemini表面活性劑主劑+納米粒子穩泡劑+助劑（抗鹽、酸性氣體、凝析油等）的研發模式，而是採用目前國內外常用的復配方式，利用不同表面活性劑之間的協同作用來提高起泡劑的性能。
但是，在研發過程中發現這種研發方式對提高起泡劑的穩定性方面是有天花板的，也就是當溫度達到100℃後穩泡性急劇下降且很難再提高。而我國目前開發的天然氣中深層的資源量佔到了56%，地層溫度均超過100℃，如果還是按照常規的研發思路無法滿足深層氣田的開發需求。
針對這種情況，負責起泡劑研發的武俊文博士後經過對國內外的系統調研，提出了Gemini表面活性劑主劑+納米粒子穩泡劑+助劑的研發模式，Gemini表面活性劑由兩個單鏈單頭基普通表面活性劑在離子頭基處通過化學鍵聯接而成，這種結構阻抑了表面活性劑有序聚集過程中的頭基分離力，極大地提高了表面活性。
同時，創新的在起泡劑體系中引入納米粒子穩泡劑的理念，採用接枝修飾後的納米顆粒做穩泡劑，納米顆粒均勻分散在泡沫之間的液膜中，最大程度的阻止了生成泡沫間的聚並和歧化作用，大幅提高了泡沫的穩泡性。
經過反覆500多次的合成實驗，最終確定了Gemini表面活性劑的分子結構和納米穩泡劑的接枝修飾方式。
納米粒子起泡劑研發出來後，對其性能的系統評價又成為課題組面臨的又一大難題。
因現有起泡劑評價設備不能加載壓力，且採用水浴加熱的方式，實驗溫度最高只能達到90℃，無法實現實際井筒條件下的起泡劑性能測試，特別是90℃以後的起泡性、穩泡性、攜液性無法系統評價。
針對這一問題，負責性能測試及評價的負責人曹光強博士在Ross-Miles方法的基礎上，創新設計了一套起泡劑高溫高壓評價設備及方法，並實現了全過程的可視化、自動化。
這套設備動態評價溫度可達200℃，動態評價壓力達到25Mpa，不僅有效解決了納米起泡劑體系的性能評價，而且也為新型高效起泡劑的研發、現場質檢提供了可靠的測試手段。
納米粒子泡末排水採氣技術尚待改進
目前適應不同類型氣田的納米粒子起泡劑系列配方已經定型，相關配套技術也已基本成配套，下一步計劃從2019年開始進行中國石油各氣區的全面推廣，預計在“十四五”期間完成中國石油六個氣區的全覆蓋，年實施井數超過8000口。
經過兩年多的現場應用，取得了良好的現場效果，但採油採氣所也發現了幾個方面問題：部分氣井因井場條件及井筒管柱結構限制，液體泡排不能滿足現場要求，需開展性能無損失低成本固化技術研究；因消泡工藝問題，目前消泡方式及設計方法還存在較大的提升空間，新的消泡方式及產品有待進一步研發；現場加註工藝仍以車注為主、自動加註尚未全面推廣，泡沫排水採氣效果不能完全發揮，需在智能化加註方面開展攻關研究。
納米粒子泡抹排水採氣技術完全成熟配套好後，有望進入國際市場。
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