CN104845602A - 环境友好型超稳定多相泡沫体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超稳定多相泡沫体系的制备方法，特别涉及一种环境友好型超稳定多相泡沫体系及其制备方法，包含生物型表面活性剂烷基糖苷、阳离子双子型表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒的泡沫体系，所述的阳离子双子型表面活性剂为C12-3-C12?2Br，本发明的泡沫体系具有生物相容性好、良好的生态安全性、泡沫稳定性大幅度提升，使用亲水纳米可以很容易地分散到体系中，泡沫易制备。使用表面活性剂复配体系发泡，只需要很少量的阳离子表面活性剂，体系中大量使用的生物型表面活性剂烷基糖苷廉价易得。
Description
技术领域
本发明涉及超稳定多相泡沫体系的制备方法，特别涉及一种环境友好型超稳定多相泡沫体系及其制备方法。
背景技术
泡沫流体具有密度可调、压缩性好、粘度高、摩擦阻力小、液体用量小、对储层伤害小、固体颗粒携带能力强等优势，广泛应用于石油工业的各个工艺环节，例如酸化、压裂、解堵、压水锥、调驱等。泡沫体系使用的起泡剂一般为阴离子表面或非离子表面活性剂、稳泡助剂为聚丙烯酰胺等聚合物。目前使用的烷基苯磺酸类或α烯烃磺酸盐类表面活性剂因环境友好性和可降解性差，使用过程存在较大的环保压力。通过增加液相粘度来延长液膜排液时间可增强泡沫稳定性，但加入的聚合物稳泡剂在高温条件下会热解，所产生的有机物残渣在一定程度上会造成地层的伤害；水溶性无机盐是另外一种具有稳定泡沫作用的稳泡助剂，电解质浓度的增加可以压缩双电层，从而稳定泡沫液膜，但是无机盐的加入会造成管线和设备的电化学腐蚀；部分疏水二氧化硅纳米颗粒也可以用作稳泡助剂，但存在体系分散性差，纳米颗粒利用效率低的缺点。现有用于石油开采的多种泡沫体系存在环境友好性差、泡沫稳定性不理想、存在地层污染隐患、多相体系分散性差等缺陷，对于某一种泡沫体系存在其中的一个缺陷或者几个缺陷同时存在。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种环境友好型超稳定多相泡沫体系及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种超稳定多相泡沫体系，包含生物型表面活性剂烷基糖苷、阳离子双子型表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒的泡沫体系，所述的阳离子双子型表面活性剂为C12-3-C12·2Br，如式I所示。所述的亲水性二氧化硅纳米颗粒购于德国瓦克化学有限公司，颗粒直径为10～20纳米。
优选的，所述的多相泡沫体系为一定量的去离子水中含有0.1-0.5wt％表面活性剂烷基糖苷APG、0.001-0.020wt％阳离子双子型表面活性剂和1-1.5wt％二氧化硅纳米颗粒。
优选的，相泡沫体系为一定量的去离子水中含有0.2-0.5wt％表面活性剂烷基糖苷APG、0.002-0.010wt％阳离子双子型表面活性剂和1.2-1.5wt％二氧化硅纳米颗粒。
优选的，所述的多相泡沫体系为一定量的去离子水中含有0.25wt％表面活性剂烷基糖苷APG、0.003wt％阳离子双子型表面活性剂和1.5wt％二氧化硅纳米颗粒。
本发明的另一个目的在于公开一种超稳定多相泡沫体系的制备方法，将所述表面活性剂烷基糖苷、双子型表面活性剂C12-3-C12·2Br、亲水二氧化硅纳米颗粒，使用高速搅拌机8000rpm搅拌3分钟，迅速转移到带有刻度的容器中产生泡沫，排液半衰期约为5000秒。
本发明的有益效果是：
本发明的多相泡沫体系使用生物型表面活性剂烷基糖苷和极少量的双子型阳离子表面活性剂复配，结合适量二氧化硅纳米颗粒，可以形成排液半衰期在80分钟以上的超稳定多相泡沫体系。所使用的生物型表面活性剂烷基糖苷具有高表面活性、良好的生态安全性和相容性，是一种绿色功能性表面活性剂；所使用的双子型阳离子表面活性剂具有很强的表界面活性，少量即可很大程度得降低体系的表面张力，且可以强烈的吸附在颗粒及气液界面，通过与烷基糖苷类表面活性剂的协同作用，达到稳泡效果；使用的二氧化硅纳米颗粒为亲水性纳米颗粒，在水中分散性好。由于纳米颗粒的粒径与地层微米级别的孔喉大小相差一个数量级，因此即使消泡后，颗粒从气泡壁脱落下来，经过后续驱替，可以直接从地层中排出，二氧化硅颗粒与地层有很好的相容性，该类泡沫与其他类型的泡沫相比对地层环境的污染程度有极大的降低。
本发明的多相泡沫体系与常规泡沫相比，具有生物相容性好、良好的生态安全性、泡沫稳定性大幅度提升，使用亲水纳米颗粒可以很容易地分散到体系中，实现纳米颗粒的有效利用，泡沫易制备。使用表面活性剂复配体系发泡，只需要很少量的阳离子表面活性剂，体系中大量使用的生物型表面活性剂烷基糖苷廉价易得。
附图说明
附图1为本发明具体实施例1的泡沫形态随时间的变化；
附图2为不同C12-3-C12浓度的泡沫个数随时间的变化；
附图3为0.25wt％APG半径分布随时间变化；
附图4为本发明具体实施例1的泡沫半径分布随时间变化
附图5为不同体系泡沫体积随时间的变化。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
实施例1：
100mL去离子水中加入0.25g烷基糖苷、0.003g C12-3-C12·2Br、1.5g亲水二氧化硅纳米颗粒，使用高速搅拌机8000rpm搅拌3分钟，迅速转移到带有刻度的500mL量筒中，产生约430mL泡沫，排液半衰期约为5000s。
实施例2：
多相泡沫体系为100mL去离子水中含有0.1g表面活性剂烷基糖苷APG、0.020g阳离子双子型表面活性剂C12-3-C12·2Br和1.2g氧化硅纳米颗粒，使用高速搅拌机8000rpm搅拌3分钟，迅速转移到带有刻度的500mL量筒中，产生约430mL泡沫，排液半衰期约为5000s。
实施例3：
多相泡沫体系为100mL去离子水中含0.5g表面活性剂烷基糖苷APG、0.001g阳离子双子型表面活性剂C12-3-C12·2Br和1g氧化硅纳米颗粒,使用高速搅拌机8000rpm搅拌3分钟，迅速转移到带有刻度的500mL量筒中，产生约430mL泡沫，排液半衰期约为5000s。
为了进一步说明本发明多相泡沫体系的稳定性，本发明做了大量的对比实验以说明本发明的多相泡沫体系的稳定性。
以实施例1制备的多相泡沫体系为例。
使用泡沫扫描仪研究泡沫形态、个数、泡沫中液体含量等随时间的变化，0.003wt％C12-3-C12·2Br+0.25wt％APG+1.5wt％SiO2，25℃，氮气流速400mL/min(如图1所示)
从图1中可以直观的看到复合泡沫体系比单独表面活性剂形成的泡沫聚并速度明显比较慢，而且整体粒径比较小，泡沫大小分布比较均匀，可以直观的看到复合泡沫体系比单独表面活性剂形成的泡沫稳定性好。
图2为不同C12-3-C12·2Br浓度的泡沫个数随时间的变化，图2是整张照片的泡沫个数随时间的变化，从中可以看出，未加亲水纳米颗粒的烷基糖苷和不同浓度的Gemini表面活性剂复配体系，泡沫个数变化很大，开始产生很多泡沫，随着时间的推移，泡沫很快破灭，1000s以后泡沫个数已经只剩几个；而加入亲水颗粒的复配体系，泡沫破灭速度慢很多，最多时泡沫有200个左右，1000s以后泡沫破灭速度极慢，到2000s左右泡沫个数还有70个左右，可以得出加入颗粒的多相泡沫体系，稳定型很好。
从图3和图4中可以看出，单独表面活性剂形成的泡沫和多相泡沫体系，都随着时间的推移小泡逐渐聚并变成大泡，但多相泡沫体系的聚并速度要比单独表面活性剂形成的泡沫体系慢很多，600s多相泡沫体系泡沫半径不超过0.4mm，且大泡个数只占少数，单独表面活性剂烷基糖苷形成的泡沫最大泡沫半径为0.45mm，大泡个数相对多相泡沫体系较多，也说明泡沫聚并数量较多，泡沫聚并速度较快。以上这些说明多相泡沫体系比单独表活剂形成的泡沫体系稳定很多。
图5为使用泡沫扫描仪测定泡沫体积随时间的变化，仪器设定泡沫体积达到220ml后，停止鼓气，然后测定泡沫体积随时间的变化，从上图可以看出，加入颗粒的多相泡沫体系泡沫体积下降比表面活性剂体积慢很多，且表面活性剂复配再加入颗粒的多相体系泡沫体积下降最慢，可以定性说明其泡沫稳定性最好。
Claims (6)
1.一种超稳定多相泡沫体系，其特征在于，包含生物型表面活性剂烷基糖苷、阳离子双子型表面活性剂和二氧化硅纳米颗粒的泡沫体系，所述的阳离子双子型表面活性剂为C12-3-C12·2Br，如式I所示，
2.根据权利要求1所述的超稳定多相泡沫体系，其特征在于，所述的多相泡沫体系为一定量的去离子水中含有0.1-0.5wt％表面活性剂烷基糖苷APG、0.001-0.020wt％阳离子双子型表面活性剂和1-1.5wt％二氧化硅纳米颗粒。
3.根据权利要求3所述的超稳定多相泡沫体系，其特征在于，所述的多相泡沫体系为一定量的去离子水中含有0.2-0.5wt％表面活性剂烷基糖苷APG、0.002-0.010wt％阳离子双子型表面活性剂和1.2-1.5wt％二氧化硅纳米颗粒。
4.根据权利要求4所述的超稳定多相泡沫体系，其特征在于，所述的多相泡沫体系为一定量的去离子水中含有0.25wt％表面活性剂烷基糖苷APG、0.003wt％阳离子双子型表面活性剂和1.5wt％二氧化硅纳米颗粒。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超稳定多相泡沫体系，其特征在于，所述的二氧化硅纳米颗粒的颗粒直径为10～20纳米。
6.一种根据权利要求1所述的超稳定多相泡沫体系的制备方法，其特征在于，将所述表面活性剂烷基糖苷、双子型表面活性剂C12-3-C12·2Br、亲水二氧化硅纳米颗粒，使用高速搅拌机8000rpm搅拌3分钟，迅速转移到带有刻度的容器中产生泡沫，排液半衰期约为5000s。
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