CN104804717B - 一种泡沫堵剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种泡沫堵剂，所述堵剂中包含生物发泡剂，所述生物发泡剂为菌种发酵后产生的发酵液和/或其浓缩液，且所述菌种为铜绿假单胞菌和/或灰暗诺卡氏菌。本发明能有效的解决常规发泡剂耐矿化度和耐金属离子性能差，泡沫稳定性低等问题。本发明提供的堵剂再通过延缓交联，可达到深入调剖的目的，因而尤其适用于稠油蒸汽开采后期，是一种理想的泡沫堵剂。

Description

一种泡沫堵剂
技术领域
本发明属于油田化学领域，具体涉及一种泡沫堵剂及其应用。
背景技术
泡沫堵剂是将大量气体以气泡的形式均匀分散在体系中，分散相的气泡常常以多面体的形式存在，具有粘度高、滤失低、可有效增大储层流动阻力、可选择性封堵、选择性封堵调剖能力强和对地层伤害小等特点。泡沫堵剂的焦点问题在于其在特定环境下的“起泡性”和“稳泡性”。
泡沫堵水剂中常用的发泡剂为十二烷基磺酸钠（AS）和十二烷基苯磺酸钠（ABS）等化学表面活性剂。但化学表面活性剂作为发泡剂时，它常常受金属阳离子影响和矿化水影响，对发泡性和泡沫稳定性产生严重的影响。而以生物表面活性剂作为发泡剂时，它具有耐高温、耐矿化度和耐高价金属离子等特性。
生物表面活性剂是微生物或植物在一定条件下培养时，在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物，如糖脂、多糖脂、脂肽或中性类脂衍生物等。它们不仅具有化学表面活性剂具有的各种表面性能，而且还拥有下列优点：①选择性广，对环境友好；②庞大而复杂的化学结构使得表面活性和乳化能力更强；③分子结构类型多样，具有许多特殊的官能团，专一性强；④原料在自然界广泛存在且价廉；⑤发酵生产是典型的“绿色”工艺等；而更为突出的是其可以有很低的成束浓度、且其耐温和耐矿化度高。由于生物表面活性剂分子的空间结构比化学表面活性剂更加复杂，所占用表面空间更大，可以更高效的吸附于表/界面，改善表/界面性质，由此决定了生物表面活性剂能在很低的浓度下达到最低界面张力和成束。
CN101838621A提供一种枯草芽孢杆菌及脂肽类生物表面活性剂的制备方法，所用菌株为高效脂肽生产菌枯草芽孢杆菌BIT09S1、BIT09S2、BIT09A2，所用培养基以廉价的糖蜜、豆粉、魔芋胶精粉、瓜尔胶及改性瓜尔胶的破胶液为碳源，加以其它的氮源、磷源和无机盐成份及营养元素，发酵后，经分离纯化，制得脂肽生物表面活性剂。所得的脂肽类生物表面活性剂Surfactin的粗提物可以用于油气田压裂、酸化、解堵、调剖堵水、油污水处理及环境修复等诸多钻采工艺，是一前景广阔的生物表面活性剂。
但本领域还需要一种针对性更好、性能更优异的泡沫堵剂。
发明内容
因此，本发明提供一种泡沫堵剂，所述堵剂中包含生物发泡剂，所述生物发泡剂为菌种发酵后产生的发酵液和/或其浓缩液，且所述菌种为铜绿假单胞菌和/或灰暗诺卡氏菌。
容易理解的，本发明所述铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和/或灰暗诺卡氏菌（Nocardla erythropolis）均可通过商购获得。
在一种具体的实施方式中，所述菌种为铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌的混合菌种。在本发明中，使用铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌混合菌种制备生物发泡剂时，所得堵剂在应用过程中的封堵效果明显优于由单一菌种制备得到的堵剂。在一种具体的实施方式中，所述菌种中铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌发酵液体积比为1～5:1，优选1.5～3:1。
在另一种具体的实施方式中，所述生物发泡剂在所述堵剂中的质量含量为1～90%，优选4～80%。具体地，当本发明中直接使用菌种发酵后产生的发酵液为生物发泡剂时，所述生物发泡剂在所述堵剂中的质量含量例如为25～80%；而当本发明中使用发酵液的浓缩液为生物发泡剂时，例如将所述发酵液负压浓缩至原体积的10～15%，此时所述生物发泡剂在所述堵剂中的质量含量优选为4～8%。本发明中使用的生物发泡剂可以是未经菌体分离的发酵液，也可以是除去菌体后的发酵液，例如以经10000转高速离心所述发酵液后得到的上清液作为本发明中的生物发泡剂。
优选地，所述堵剂中还包含泡沫稳定剂、交联剂和交联延缓剂。在一种具体的实施方式中，所述泡沫稳定剂为聚丙烯酰胺类或纤维素类物质。所述聚丙烯酰胺类物质例如为分子量为600-1000万且水解度小于4%的聚丙烯酰胺，或者是分子量为600-1000万且水解度小于25%的部分水解聚丙烯酰胺；所述纤维素类物质例如为甲基纤维素。所述交联剂例如选自氧氯化锆、氯化铝和柠檬酸铝。所述交联延缓剂例如为NaOH溶液和CH3COOCH3的混合液。更加优选地，所述泡沫稳定剂、交联剂和交联延缓剂在堵剂中的重量百分含量分别为0.1-0.5%、0.05-0.8%和0.05-0.5%，且所述堵剂的pH值为8-10。
本发明还提供一种如上所述泡沫堵剂的使用方法，具体地，所述堵剂与氮气一起注入地层中作为堵水剂使用。
本发明中以生物发泡剂制备泡沫堵剂的方法与常规泡沫堵剂的制备方法相似。本发明中堵剂的配制和注入工艺简单，按一定顺序加入试剂均匀搅拌即可完成配置，且所得堵剂的表观粘度低。本发明能有效的解决常规发泡剂（化学发泡剂）耐矿化度和耐金属离子性能差，泡沫稳定性低等问题。本发明提供的堵剂再通过延缓交联，可达到深入调剖的目的，因而尤其适用于稠油蒸汽开采后期，是一种理想的泡沫堵剂。本发明可广泛应用于油田注水开发后期阶段的含水量高、经济效益差的油井，尤其适用于高温稠油蒸汽吞吐井。
具体实施方式
本发明中以下述实施例来具体说明本发明的内容，但本发明的保护范围并不仅限于下述实施例。
实施例1
本实施例为以铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa SH16）为单一菌种制备生物发泡剂的过程。
铜绿假单胞菌接种活化后，转接到500ml装有100ml种子培养基的三角瓶内，将其置于旋转式摇床上并在30℃和200r/min的条件下培养20h。将上述培养好的种子液按5-20%的接种量转接到7.5L的发酵罐内培养，培养温度为30℃，通气量为1.0L/min，装液量为4.5L，转速为200-400r/min，通过自动添加体积分数为4%的NaOH溶液或1mol/L的HCl溶液在线调控发酵液的pH=7.0，发酵3-5天。得到的菌种发酵液表面张力小于30mN/m。将发酵液负压浓缩至原体积的10-15%，即得到本实施例中的生物发泡剂A。
其中，种子培养基成分为：葡萄糖5g，(NH4)2SO41.3g，MgSO4-7H2O0.25g，CaCl2-2H2O0.01g，FeSO4-7H2O0.02g，KH2PO40.4g，MnSO4-H2O0.25g，pH=7；发酵培养基则可以用土豆培养基或是糖蜜，pH=7-8。
实施例2
本实施例为以灰暗诺卡氏菌（Nocardla erythropolis SY17）为单一菌种制备生物发泡剂的过程。
灰暗诺卡氏菌接种活化后，转接到500ml装有100ml种子培养基的三角瓶内，将其置于旋转式摇床上并在30℃和200r/min的条件下培养20h。将上述培养好的种子液按5-20%的接种量转接到7.5L的发酵罐内培养，培养温度为30℃，通气量为1.0L/min，装液量为4.5L，转速为200-400r/min，通过自动添加体积分数为4%的NaOH溶液或1mol/L的HCl溶液在线调控发酵液的pH=7.0，发酵3-5天。得到的菌种发酵液表面张力小于30mN/m。将发酵液负压浓缩至原体积的10-15%，即得到本实施例中的生物发泡剂B。其中，所用的种子培养基和发酵培养基的成份均与实施例1相同。
实施例3
本实施例为以铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa SH16）和灰暗诺卡氏菌（Nocardla erythropolis SY17）为混合菌种制备生物发泡剂的过程。
铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌接种活化后，转接到500ml装有100ml种子培养基的三角瓶内，将其置于旋转式摇床上并在30℃和200r/min的条件下培养20h。将上述培养好的两个种子液按体积比2：1接种量5-20%转接到7.5L的发酵罐内培养，培养温度为30℃，通气量为1.0L/min，装液量为4.5L，转速为200-400r/min，通过自动添加体积分数为4%的NaOH溶液或1mol/L的HCl溶液在线调控发酵液的pH=7.0，发酵3-5天。得到的菌种发酵液表面张力小于30mN/m。将发酵液负压浓缩至原体积的10-15%，即得到本实施例中的生物发泡剂C。其中，所用的种子培养基和发酵培养基的成份均与实施例1相同。
实施例4
实施例4为实施例1中所得的生物发泡剂A制备相应的堵剂的过程。
取一定量的实施例1中得到的生物发泡剂即发酵液的浓缩液分散在水中，加入泡沫稳定剂聚丙烯酰胺，交联剂氯化铝和交联延缓剂，再以水定容使得发酵液的浓缩液在堵剂中的重量含量为5%，泡沫稳定剂的重量含量为0.1%，交联剂的重量含量为0.6%，交联延缓剂的重量含量为0.5%，且以pH值调节剂将溶液的pH值调至9。其中所用的聚丙烯酰胺的水解度为10%、分子量为1000万，所用的交联延缓剂为重量比为1:3的20%NaOH溶液和CH3COOCH3的混合液。
实施例5
实施例5为实施例2中所得的生物发泡剂B制备相应的堵剂的过程。
以实施例2中的生物发泡剂代替实施例1中的生物发泡剂，堵剂的其余制备过程同实施例4。
实施例6
实施例6为实施例3中所得的生物发泡剂C制备相应的堵剂的过程。
以实施例3中的生物发泡剂代替实施例1中的生物发泡剂，堵剂的其余制备过程同实施例4。
实施例7
实施例7为实施例3中所得的生物发泡剂C制备另一种堵剂的过程。
取一定量的实施例3中得到的生物发泡剂即发酵液的浓缩液分散在水中，加入泡沫稳定剂聚丙烯酰胺，交联剂氯化铝和交联延缓剂，再以水定容使得发酵液的浓缩液在堵剂中的重量含量为8%，泡沫稳定剂的重量含量为0.1%，交联剂的重量含量为0.6%，交联延缓剂的重量含量为0.5%，且以pH值调节剂将溶液的pH值调至9。其中所用的聚丙烯酰胺的水解度为10%、分子量为1000万，所用的交联延缓剂为重量比为1:3的20%NaOH溶液和CH3COOCH3的混合液。
实施例8
实施例8为实施例3中所得的生物发泡剂C制备另一种堵剂的过程。
取一定量的实施例3中得到的生物发泡剂即发酵液的浓缩液分散在水中，加入泡沫稳定剂聚丙烯酰胺，交联剂氯化铝和交联延缓剂，再以水定容使得发酵液的浓缩液在堵剂中的重量含量为5%，泡沫稳定剂的重量含量为0.1%，交联剂的重量含量为0.5%，交联延缓剂的重量含量为0.3%，且以pH值调节剂将溶液的pH值调至10。其中所用的聚丙烯酰胺的水解度为10%、分子量为1000万，所用的交联延缓剂为重量比为1:3的20%NaOH溶液和CH3COOCH3的混合液。
对比例1
对比例1为一种化学发泡剂制备一种堵剂的过程。
取一定量的水按质量比加入1%的十二烷基苯磺酸钠，0.1%泡沫稳定剂聚丙烯酰胺，0.3%的交联延缓剂，调节pH=10后加入交联剂氯化铝0.1%。其中所用的聚丙烯酰胺的水解度为10%、分子量为1000万，所用的交联延缓剂为重量比为1:3的20%NaOH溶液和CH3COOCH3的混合液。
检测实施例4～8和对比例1中堵剂的发泡性能：将实施例4～8和对比例1中得到的堵剂用高速搅拌器搅拌1分钟，测定泡沫质量。
检测实施例4～8和对比例1中凝胶时间：将实施例4～8和对比例1中得到的堵剂用高速搅拌器搅拌1分钟后倒入菲林瓶内，密封后放入90℃烘箱内，记录凝胶时间。
用模拟封堵实验来检测实施例4～8和对比例1中所得堵剂的封堵性能：将实施例4～8和对比例1中得到的堵剂放置于密封发泡反应器中并充氮气，注入密封填砂管内（填砂管内填充40-60目沙粒，渗透率1.5-3毫达西），注入空隙体积0.5PV，升温至90℃，测定凝胶后突破强度，其结果见表1。
表1
实施例 发泡剂 泡沫质量 凝胶时间 突破强度
实施例4 生物发泡剂A 49% 22h 0.045MPa
实施例5 生物发泡剂B 42% 23h 0.039MPa
实施例6 生物发泡剂C 63% 23h 0.063MPa
实施例7 生物发泡剂C 71% 23h 0.070MPa
实施例8 生物发泡剂C 54% 32h 0.054MPa
对比例1 化学发泡剂 43% 23h 0.041MPa
从表1可见，根据添加的交联延缓剂用量的不同，实施例4～8均在30个小时左右内凝胶，该凝胶放置一个月未见析水，凝胶泡沫稳定。实施例6中泡沫质量为63%，堵剂的突破强度为0.063MPa；而实施例4和实施例5中使用铜绿假单胞菌或灰暗诺卡氏菌的单一菌种发酵得到的发酵液作为生物发泡剂时，与实施例6相比，其泡沫质量小且突破强度低。
另外，本发明还比较了实施例6与对比例1中所得堵剂的耐温性能，耐矿化度性能和耐高价金属粒子性能。本发明中的以生物发泡剂制备得到的堵剂的耐温性能与对比例中以化学发泡剂制备得到的堵剂的耐温性能相当，本发明中的堵剂最高可耐温140℃；但其耐矿化度性能和耐高价金属粒子性能明显优于对比例中堵剂的相应性能。

Claims (12)

1.一种泡沫堵剂，所述堵剂中包含生物发泡剂，所述生物发泡剂为菌种发酵后产生的发酵液和/或其浓缩液，且所述菌种为灰暗诺卡氏菌或铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌的混合菌种。
2.根据权利要求1所述的堵剂，其特征在于，所述菌种为铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌的混合菌种。
3.根据权利要求2所述的堵剂，其特征在于，所述菌种中铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌发酵液体积比为1～5:1。
4.根据权利要求3所述的堵剂，其特征在于，所述菌种中铜绿假单胞菌和灰暗诺卡氏菌发酵液体积比为1.5～3:1。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的堵剂，其特征在于，所述生物发泡剂在所述堵剂中的质量含量为1～90％。
6.根据权利要求5所述的堵剂，其特征在于，所述生物发泡剂在所述堵剂中的质量含量为4～80％。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的堵剂，其特征在于，所述堵剂中还包含泡沫稳定剂、交联剂和交联延缓剂。
8.根据权利要求7所述的堵剂，其特征在于，所述泡沫稳定剂为聚丙烯酰胺类或纤维素类物质。
9.根据权利要求7所述的堵剂，其特征在于，所述交联剂选自氧氯化锆、氯化铝和柠檬酸铝。
10.根据权利要求7所述的堵剂，其特征在于，所述交联延缓剂为NaOH溶液和CH3COOCH3的混合液。
11.根据权利要求7所述的堵剂，其特征在于，所述泡沫稳定剂、交联剂和交联延缓剂在堵剂中的重量百分含量分别为0.1-0.5％、0.05-0.8％和0.05-0.5％，且所述堵剂的pH值为8-10。
12.一种如权利要求1～11中任意一项所述泡沫堵剂的使用方法，其特征在于，所述堵剂与氮气一起注入地层中作为堵水剂使用。
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