CN105086980B - 一种用于深层气井排水采气的泡排剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于深层气井排水采气的泡排剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于深层气井排水采气的泡排剂及其制备方法。以重量百分比计，该泡排剂包括15‑35％两性离子表面活性剂A、10‑30％两性离子表面活性剂B、10‑20％阴离子表面活性剂、0.1‑2％氟碳表面活性剂、0.1‑0.5％固态稳泡剂、余量为去离子水。本发明还提供了一种制备该泡排剂的方法，其包括：将两性离子表面活性剂A和B加入反应容器中，加入去离子水，得到第一混合物，将第一混合物加热并搅拌；向第一混合物中加入阴离子表面活性剂，得到第二混合物；将第二混合物升温至90℃，加入氟碳表面活性剂，得到第三混合物；向第三混合物中加入固态稳泡剂，得到泡排剂。该泡排剂具有优良的起泡性、稳泡性与携液性。

Description

一种用于深层气井排水采气的泡排剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于深层气井排水采气的泡排剂及其制备方法，属于石油天然气开采领域。
背景技术
在天然气开采中后期，地层能量严重不足，气井积液越来越严重，气体不能将水和凝析油完全携带到地面，增加井底的回压，造成井壁附近的产层的渗透性变差，造成天然气产量急剧下降，甚至被淹死停产。在众多排水采气工艺中，泡沫排水采气工艺以其配套设备简单、管理施工方便以及投资小等优点被广泛采用。泡沫排水采气工艺成败的关键取决于泡排剂的性能，泡排剂应当在高温、高矿化度、高浓度H2S气体以及含凝析油的地层水中，具有起泡力强、稳定性好、携液量大的性能优点。
目前，国内外已有数十种适用于不同储层条件的泡排剂，然而，它们一般适用于温度为90℃以下、矿化度为100000ppm、无H2S气体以及凝析油含量不高的中浅层气井，随着温度、矿化度、H2S气体以及凝析油含量的增加，泡排剂的起泡以及稳泡能力会大大降低。许多泡排剂在温度大于100℃、矿化度大于100000ppm、含有H2S气体以及凝析油含量大于15％的深层气井中，其产生的泡沫会在1-2min内完全消失，甚至不产生泡沫，严重制约了泡沫排水采气在深层气井中的应用。
因此，提供一种针对深层气井排水采气用的耐高温、高矿化度、高浓度H2S气体以及高浓度凝析油的泡排剂成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于深层气井排水采气的泡排剂，该泡排剂在深层高温、高矿化度、高浓度H2S气体以及高浓度凝析油条件下具有优良的起泡性、稳泡性与携液性。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于深层气井排水采气的泡排剂，以重量百分比计，该泡排剂的组成包括：
两性离子表面活性剂A：15-35％；
两性离子表面活性剂B：10-30％；
阴离子表面活性剂：10-20％；
氟碳表面活性剂：0.1-2％；
固态稳泡剂：0.1-0.5％；
余量为去离子水。
在上述泡排剂中，优选地，所述两性离子表面活性剂A包括椰油酰胺丙基甜菜碱，但不限于此，该两性表面活性剂的溶解度受电解质和溶液pH范围的影响较小，具有较好的耐矿化度及H2S气体的能力。
在上述泡排剂中，优选地，所述两性离子表面活性剂B包括月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱或十二烷基二甲基甜菜碱，但不限于此。
采用上述两性离子表面活性剂A和B，这两者会产生特殊协同相应，二者的分子结构可以形成很好的位置适应性，使得泡排剂的起泡性及稳泡性大幅度提高，而这种有益效果绝不是这两种两性离子表面活性剂单独使用时效果的简单加和。
在上述泡排剂中，优选地，所述阴离子表面活性剂包括α-烯基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠，但不限于此。
在上述泡排剂中，优选地，所述氟碳表面活性剂包括由杭州仁杉科技有限公司产的FCN-18型氟碳表面活性剂，但不限于此，该氟碳表面活性剂能够显著降低体系的表面张力和总表面能，从而增强泡沫的稳定性。
在上述泡排剂中，优选地，所述固态稳泡剂包括硅烷修饰的二氧化硅球；更优选地，所述硅烷修饰的二氧化硅球的直径为10-60nm，气-液-固三相接触角为40-80°，具有上述直径大小及疏水程度的二氧化硅球能够增强泡沫的稳定性。
本发明还提供了一种制备上述用于深层气井排水采气的泡排剂的方法，其包括以下步骤：
步骤一：将两性离子表面活性剂A和两性离子表面活性剂B缓慢加入反应容器中，再加入去离子水，得到第一混合物，将所述第一混合物加热并搅拌；
步骤二：向上述第一混合物中缓慢加入阴离子表面活性剂，搅拌，得到第二混合物；
步骤三：将上述第二混合物升温至60-90℃(将温度升至这一范围有利于溶解)，一次性加入氟碳表面活性剂，搅拌，得到第三混合物；
步骤四：向上述第三混合物中一次性加入固态稳泡剂，搅拌，得到泡排剂。
在上述方法中，优选地，所述固态稳泡剂是由以下步骤制备的：
a、取2-4g直径为10-60nm的球状二氧化硅置于反应容器中，向所述反应容器中加入50-70mL无水乙醇，搅拌至二氧化硅分散后加热至80-105℃，得到第一产物；
b、向上述第一产物中一次性加入2-5mL硅烷偶联剂(采用硅烷偶联剂能够使修饰接枝反应容易进行)，再向其中滴加3-6mL氨水，回流，得到第二产物；
c、对上述第二产物进行离心分离得到第三产物，将所述第三产物用无水乙醇洗涤，干燥，得到固态稳泡剂。
在上述方法中，优选地，在步骤b中，所述回流温度为80-105℃，回流时间为2-10h。
在上述方法中，优选地，在步骤c中，采用无水乙醇进行洗涤时，洗涤3次，每次使用10mL无水乙醇；所述干燥温度为40-90℃，干燥时间为1-5h。
在上述方法中，优选地，在步骤b中，所述硅烷偶联剂包括三甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、三乙氧基甲基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷中的任一种。
在上述方法中，优选地，在步骤一中，所述加热温度为40-50℃，所述搅拌速度为400-500r/min，搅拌时间为10-15min；在步骤二中，所述搅拌速度为400-500r/min，搅拌时间为20-30min；在步骤三中，所述搅拌速度为400-500r/min，搅拌时间为10-20min；在步骤四中，所述搅拌速度为500-700r/min，搅拌时间为15-30min。
本发明的有益效果：
本发明所提供的用于深层气井排水采气的泡排剂，在温度为80-160℃、矿化度为50000-250000ppm、H2S浓度为200-5000ppm(地层水中浓度)、凝析油含量为5-30％(在地层水中的质量浓度)的条件下具有较高的起泡性、稳泡性与携液率，该泡排剂能够用于高温、高矿化度、含高浓度H2S气体以及高浓度凝析油的深层气井的泡沫排水采气工艺，具有较高的耐高温、高矿化度、高浓度H2S气体及高浓度凝析油的性能；此外，本发明提供的泡排剂原料来源广泛，价格低廉，具有环境友好性、低毒、低刺激性的有点，可在现场规模应用。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种用于深层气井排水采气的泡排剂。
以重量百分比计，该泡排剂(KTY-1)的组成包括：20％椰油酰胺丙基甜菜碱、15％月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱、15％α-烯基磺酸钠、0.3％氟碳表面活性剂FCN-18(杭州仁杉科技有限公司生产)、0.3％硅烷修饰的二氧化硅球(该二氧化硅球的直径为50nm，气-液-固三相接触角为60°)，余量为去离子水。
本实施例提供的泡排剂是由以下步骤制备的：
(1)制备硅烷修饰的二氧化硅球
a、取2.5g直径为50nm的球状二氧化硅置于反应容器中，向所述反应容器中加入60mL无水乙醇，搅拌至二氧化硅分散后加热至90℃，得到第一产物；
b、向上述第一产物中一次性加入3mL乙烯基三氯硅烷，再向其中滴加4mL氨水，于90℃下回流4h，得到第二产物；
c、对上述第二产物进行离心分离得到第三产物，将所述第三产物用无水乙醇洗涤3次，每次使用10mL无水乙醇，于60℃下干燥2h，得到硅烷修饰的二氧化硅球。
(2)制备泡排剂
a、按照上述用量比例，将椰油酰胺丙基甜菜碱和月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱缓慢加入不锈钢反应釜中，再加入溶剂-去离子水，将此混合溶液加热至40-50℃，低速搅拌10-15min；
b、向上述混合溶液中缓慢加入α-烯基磺酸钠，继续低速搅拌20-30min；
c、将上述溶液升温至90℃，一次性加入氟碳表面活性剂FCN-18，低速搅拌10-20min；
d、向上述溶液中一次性加入上述步骤(1)制得的硅烷修饰的二氧化硅球，低速搅拌15-30min，得到泡排剂。
实施例2
本实施例提供了一种用于深层气井排水采气的泡排剂。
以重量百分比计，该泡排剂(KTY-2)的组成包括：30％椰油酰胺丙基甜菜碱、25％月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱、18％α-烯基磺酸钠、0.4％氟碳表面活性剂FCN-18(杭州仁杉科技有限公司生产)、0.2％硅烷修饰的二氧化硅球(该二氧化硅球的直径为50nm，气-液-固三相接触角为60°)，余量为去离子水。
本实施例提供的泡排剂是由以下步骤制备的：
(1)制备硅烷修饰的二氧化硅球
a、取2.8g直径为50nm的球状二氧化硅置于反应容器中，向所述反应容器中加入65mL无水乙醇，搅拌至二氧化硅分散后加热至95℃，得到第一产物；
b、向上述第一产物中一次性加入3.5mL氨丙基三乙氧基硅烷，再向其中滴加4.8mL氨水，回流，得到第二产物；
c、对上述第二产物进行离心分离得到第三产物，将所述第三产物用无水乙醇洗涤3次，每次用10mL无水乙醇，于70℃下干燥1.5h，得到硅烷修饰的二氧化硅球。
(2)制备泡排剂
该步骤制备泡排剂的方法同实施例1中的步骤(2)。
实施例3
本实施例对上述实施例1提供的泡排剂KTY-1在不同温度、矿化度、H2S浓度、凝析油含量下的初始起泡体积V0、泡沫半衰期t1/2以及气流量为5L/min时15min的携液量进行了测试，并在相同测试条件下与国内某市售泡排剂的性能进行了对比。
本实施例测试用仪器为高温高压泡沫评价仪(该高温高压泡沫评价仪为专利号ZL201120400940.1的实用新型专利所记载的高温高压泡沫评价仪，公告号CN202228059U)；测试用的矿化水均为根据现场天然气井产出的水进行分析后，采用NaCl、CaCl2、MgCl2、KCl、Na2SO4、NaHCO3进行配制得到的；测试用的凝析油采用石油醚代替；测试实验中采用硫酸铜溶液吸收硫化氢。具体测试方法如下所述：
1)泡排剂的起泡性与稳泡性测试：
A、先将评价装置内温度升至指定测试温度；
B、向评价装置内泵入一定量(体积为10mL，浓度为1mol/L)的盐酸溶液；
C、再将200mL质量浓度为3％(按表面活性剂的浓度计)的起泡剂溶液泵入评价装置；
D、通风橱内，将一定量的硫化钠(硫化钠的量是根据硫化氢气体的浓度换算的，每个浓度对应的硫化氢的量都不同，二者摩尔比是一比一的关系)溶解于10mL蒸馏水，泵入评价装置；
E、压力升至1MPa(氮气)，记录初始起泡体积与泡沫半衰期。
2)泡排剂的携液性测试：
A、先将评价装置内温度升至指定测试温度；
B、向评价装置内泵入一定量(体积为10mL，浓度为1mol/L)的盐酸溶液；
C、再将200mL质量浓度为3％(按表面活性剂浓度计)的泡排剂溶液(该泡排剂溶液是将实施例1提供的泡排剂溶于模拟地层水后得到的)泵入评价装置；
D、通风橱内，将一定量硫化钠(硫化钠的量是根据硫化氢气体的浓度换算的，每个浓度对应的硫化氢的量都不同，二者摩尔比是一比一的关系)溶解于10mL蒸馏水，泵入评价装置；
E、将氮气以5L/min的速度泵入评价装置内，收集并记录15min的携液量。
具体测试结果如表1-7所示，其中，表1、3、5和7分别为实施例1提供的泡排剂KTY-1在不同温度、矿化度、H2S浓度及凝析油含量条件下的测试结果；表2、4、6和8分别为国内某市售泡排剂在不同温度、矿化度、H2S浓度及凝析油含量条件下的测试结果；对比测试所用的国内某市售泡排剂是由四川恒溢石油技术服务有限公司提供的。
表1不同温度下泡排剂的性能
表2不同温度下国内某市售泡排剂的性能
注：表1、表2中的矿化度为100000ppm、H2S浓度为1000ppm、凝析油含量为10％。
表3不同矿化度下泡排剂的性能
表4不同矿化度下国内某市售泡排剂的性能
注：表3、表4中的温度为140℃、H2S浓度为1000ppm、凝析油含量为10％。
表5不同H2S浓度下泡排剂的性能
表6：不同H2S浓度下国内某市售泡排剂的性能
注：表5、表6中的温度为140℃、矿化度为100000ppm、凝析油含量为10％。
表7不同凝析油含量下泡排剂的性能
表8不同凝析油含量下国内某市售泡排剂的性能
注：表7、表8中的温度为140℃、矿化度为100000ppm、H2S浓度为1000ppm。
从表1-8可以看出：与目前国内的泡排剂相比，本发明提供的泡排剂在温度为80-160℃、矿化度为50000-250000ppm、H2S浓度为200-5000ppm、凝析油含量5-30％范围内具有较高的起泡性、稳泡性与携液率。

Claims (9)

1.一种用于深层气井排水采气的泡排剂，其中：以重量百分比计，所述泡排剂的组成包括：
两性离子表面活性剂A：15-35％；
两性离子表面活性剂B：10-30％；
阴离子表面活性剂：10-20％；
氟碳表面活性剂：0.1-2％；
固态稳泡剂：0.1-0.5％；
余量为去离子水；其中，
所述两性离子表面活性剂A为椰油酰胺丙基甜菜碱；
所述两性离子表面活性剂B为月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱或十二烷基二甲基甜菜碱；
所述阴离子表面活性剂为α-烯基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠；
所述固态稳泡剂为硅烷修饰的二氧化硅球。
2.根据权利要求1所述的泡排剂，其中：所述氟碳表面活性剂为由杭州仁杉科技有限公司产的FCN-18型氟碳表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的泡排剂，其中：所述硅烷修饰的二氧化硅球的直径为10-60nm，气-液-固三相接触角为40-80°。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述的用于深层气井排水采气的泡排剂的方法，其包括以下步骤：
步骤一：将两性离子表面活性剂A和两性离子表面活性剂B加入反应容器中，再加入去离子水，得到第一混合物，将所述第一混合物加热并搅拌；
步骤二：向上述第一混合物中加入阴离子表面活性剂，搅拌，得到第二混合物；
步骤三：将上述第二混合物升温至60-90℃，一次性加入氟碳表面活性剂，搅拌，得到第三混合物；
步骤四：向上述第三混合物中一次性加入固态稳泡剂，搅拌，得到泡排剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：所述固态稳泡剂是由以下步骤制备的：
a、取2-4g直径为10-60nm的球状二氧化硅置于反应容器中，向所述反应容器中加入50-70mL无水乙醇，搅拌至二氧化硅分散后加热至80-105℃，得到第一产物；
b、向上述第一产物中一次性加入2-5mL硅烷偶联剂，再向其中滴加3-6mL氨水，回流，得到第二产物；
c、对上述第二产物进行离心分离得到第三产物，将所述第三产物用无水乙醇洗涤，干燥，得到固态稳泡剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：在步骤b中，所述回流温度为80-105℃，回流时间为2-10h。
7.根据权利要求5所述的方法，其中：在步骤c中，采用无水乙醇进行洗涤时，洗涤3次，每次使用10mL无水乙醇；
所述干燥温度为40-90℃，干燥时间为1-5h。
8.根据权利要求5所述的方法，其中：在步骤b中，所述硅烷偶联剂包括三甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、三乙氧基甲基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷中的任一种。
9.根据权利要求4所述的方法，其中：在步骤一中，所述加热温度为40-50℃；所述搅拌速度为400-500r/min，搅拌时间为10-15min；
在步骤二中，所述搅拌速度为400-500r/min，搅拌时间为20-30min；
在步骤三中，所述搅拌速度为400-500r/min，搅拌时间为10-20min；
在步骤四中，所述搅拌速度为500-700r/min，搅拌时间为15-30min。
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