CN105670591A - 一种防冻泡沫排水剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防冻泡沫排水剂及其制备方法与应用。以重量百分比计，多数防冻泡沫排水剂的原料组成包括：20-35％脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐、10-20％α-烯烃磺酸钠、2-3％聚阴离子纤维素、1-2％椰油酸二乙醇酰胺、2-4％醇、1-1.5％碳酸钾、1-1.5％氯化钠、0.5-1％尿素、0.5-1％乙酸钠、余量为水；所述防冻泡沫排水剂的制备方法包括将上述各原料组分依次加入反应容器中，并在加入过程中进行搅拌。本发明提供的防冻泡沫排水剂的耐油、耐盐性能，以及起泡、携水能力优异，且凝固点低(-30℃)，适用于严寒条件下天然气气井的排水采气作业。

Description

一种防冻泡沫排水剂及其制备方法与应用

技术领域

本申请涉及一种适用于油田天然气气井排水采气的泡沫排水剂，属于天然气开采技术领域。

背景技术

天然气是一种优质清洁高效的能源。在国民经济发展中起着举足轻重的作用。近年来由于辽河油田天然气气井已进入开发后期，地层压力衰减，气井进入高含水期，使得气井不能依靠自身的能量将流入井底的液体推至地面，以致在井筒内产生积液，导致天然气产量下降，严重的会造成水淹，使气井停产，因此气井排水势在必行。投棒排水虽然一时解决了气井出水造成产量下降的问题，但是投棒排水也存在不尽人意的地方，投棒时需要暂时关井，生产不稳定，有时会造成堵油管现象，影响正常生产。同时，由于辽河油田所处的地理位置，冬季较为漫长，一般的发泡剂在低于零摄氏度时就会结冻，无法使泡沫剂从地面的井口通过加药装置流到井底中，从而就无法起到排水采气的目的。

因此，研发一种适合辽河天然气气井冬季使用的泡沫排水剂是本领域亟待解决的问题之一。

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防冻泡沫排水剂，该泡沫排水剂耐油、耐盐性能优异，凝固点较低(为-30℃)，并且具有良好的起泡能力、携水能力，能够应用于天然气气井在冬季严寒条件下的排水采气作业。

为达到上述目的，本发明提供了一种防冻泡沫排水剂，以重量百分比计，所述防冻泡沫排水剂的原料组成包括：20-35％脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐、10-20％α-烯烃磺酸钠、2-3％聚阴离子纤维素、1-2％椰油酸二乙醇酰胺、2-4％醇、1-1.5％碳酸钾、1-1.5％氯化钠、0.5-1％尿素、0.5-1％乙酸钠、余量为水。

在本发明提供的防冻泡沫排水剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐和α-烯烃磺酸钠用作主剂；本发明提供的技术方案将脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐和α-烯烃磺酸钠复配使用，能够最大程度地发挥两者的协同作用，不仅能够使防冻泡沫排水剂获得良好的热稳定性和较高的发泡效率，还能够使防冻泡沫排水剂符合绿色环保的要求。

在本发明提供的防冻泡沫排水剂中，聚阴离子纤维素用作稳定剂，其能够提高防冻泡沫排水剂的热稳定性和耐盐能力。

在本发明提供的防冻泡沫排水剂中，椰油酸二乙醇酰胺用作助泡剂，其能够使防冻泡沫排水剂的泡沫体系更加稳定，耐盐能力更强。

在本发明提供的防冻泡沫排水剂中，碳酸钾、氯化钠用作无机防冻剂，醇、尿素、乙酸钠用作有机防冻剂，本发明提供的无机防冻剂和有机防冻剂在使用时能够产生很好的复配性和协同效应，从而有效降低了泡沫体系的凝固点，使泡沫剂在较低的温度下不凝固、不结冰，解决了冬季不能使用液体起泡剂的难题，有效缓解了冬季天然气紧张的局面，使液体泡沫剂全年都能够使用，效果十分显著。

在上述防冻泡沫排水剂中，优选地，所述醇包括C2-C4的醇。本发明提供的低碳醇能够降低泡沫体系的凝固点，使泡沫剂在较低的温度下不凝固、不结冰，使液体泡沫剂全年都能够使用，缓解了冬季天然气紧张的局面。

在上述防冻泡沫排水剂中，优选地，其中：所述醇包括乙醇、乙二醇、异丙醇、丙二醇中的一种或几种的组合。

在上述防冻泡沫排水剂中，优选地，所述防冻泡沫排水剂的凝固点为-30℃。

本发明还提供了一种制备上述防冻泡沫排水剂的方法，其包括以下步骤：

步骤一、将脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐和α-烯烃磺酸钠加入到反应容器中，于常温下搅拌；

步骤二、向上述反应容器中加入聚阴离子纤维素和椰油酸二乙醇酰胺，于常温下搅拌；

步骤三、向上述反应容器中加入醇、碳酸钾、氯化钠、尿素和乙酸钠，于常温下搅拌，得到防冻泡沫排水剂。

在上述方法中，优选地，在步骤一中，所述搅拌的时间为20-30分钟；在步骤二中，所述搅拌的时间为10-15分钟；在步骤三中，所述搅拌的时间为15-25分钟。

在上述方法中，优选地，所述搅拌的速度为150-300转/分。

本发明提供的防冻泡沫排水剂能够应用于天然气气井的排水采气作业，主要适用于见水后油套压差日趋增大的天然气气井，低压低产的天然气气井，弱喷或间喷的天然气气井，以及井底温度不高于150℃的天然气气井；对于套管变形或套管漏的天然气气井则不宜使用。

在上述应用中，优选地，当天然气气井满足产水量<5m³/d的条件时，每隔7-10天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg；当天然气气井满足5m³/d≤产水量<10m³/d的条件时，每隔3天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg；当天然气气井满足10m³/d≤产水量<50m³/d的条件时，每隔2天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg；当天然气气井满足产水量≥50m³/d的条件时，每隔1-2天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg。

本发明的有益效果：

1)本发明提供的防冻泡沫排水剂具有较低的凝固点(其凝固点为-30℃)，能够在严寒气候条件下应用于天然气气井的排水采气作业中；

2)本发明提供的防冻泡沫排水剂具有良好的起泡能力、携水能力、以及耐油耐盐性能。

附图说明

图1为天然气气井井口加药装置的结构示意图；

主要附图标号说明：

1：加料斗；2：加料入口阀；3：加药罐；4：排空阀；5：平衡管线；6：平衡阀；7：出料管线；8：压力表；9：出口阀。

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防冻泡沫排水剂。

以重量百分比计，该防冻泡沫排水剂的原料组成为：脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐30％，α-烯烃磺酸钠20％，聚阴离子纤维素2.5％，椰油酸二乙醇酰胺1.5％，乙二醇3％，碳酸钾1.5％，氯化钠1.2％，尿素0.8％，乙酸钠0.6％，余量为水。

本实施例中泡排剂的制备步骤如下：

(1)将脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐和α-烯烃磺酸钠依次加入到反应釜中，在常温下搅拌25分钟，搅拌速度为300转/分；

(2)向上述反应釜中依次加入聚阴离子纤维素和椰油酸二乙醇酰胺，在常温下搅拌15分钟，搅拌速度为300转/分；

(3)向上述反应釜中依次加入乙二醇、碳酸钾、氯化钠、尿素和乙酸钠，在常温下搅拌20分钟，搅拌速度为300转/分；得到防冻泡沫排水剂。

对实施例1提供的防冻泡沫排水剂进行相应的性能评价实验：

(1)起泡能力评价实验

取实施例1提供的防冻泡沫排水剂300mL放入高温高压反应釜或耐高温钢瓶中，并密封；然后将密封好的高温高压反应釜或耐高温钢瓶置于高温恒温器中，在95℃下恒温24h后取出；待高温高压反应釜或耐高温钢瓶自然冷却至室温后打开釜体或耐高温钢瓶取出试样溶液备用；

取前述备用试样液200mL于自动混调器中，高速(3000rad/min)搅拌60s后，将泡沫倒入1000mL量筒中读取泡沫的体积(即为发泡体积)；同时，当泡沫倒入1000mL量筒后立即开始计时，记录泡沫析出100mL水的时间(即为泡沫半析水期)。

实验过程中，将实施例1提供的防冻泡沫排水剂配制成不同的浓度，观察发泡体积和泡沫半析水期的变化情况，实验结果见表1。

表1不同浓度的防冻泡沫排水剂的起泡能力(95℃)

由表1的实验结果可以看出，当防冻泡沫排水剂的浓度达0.5％时，体系的发泡能力达到比较理想的程度，所以防冻泡沫排水剂的最佳浓度应为0.5％。

(2)携水能力评价实验

携水能力实验原理是：在一定温度时间和气流速度下，收集所形成的部分泡沫，待消泡后析出水即为携水量；携水实验的操作步骤如下所述：

a、将仪器冲洗干净；

b、在泡沫发生器中注入200mL的防冻泡沫排水剂溶液(该防冻泡沫排水剂由实施例1提供，其质量百分比浓度为0.5％)；

c、打开气瓶，将流量调整为4L/min，待流量稳定；

d、打开收集筒阀门，充气5min，从收集筒中收集泡沫；

e、关阀门，待消泡后，读取收集筒中的流量(即为携水量)。

实验过程中，将实施例1提供的防冻泡沫排水剂配制成不同的浓度，观察携水能力的变化情况，实验结果见表2。

表2不同浓度的防冻泡沫排水剂的携水能力(95℃)

(3)耐油性能评价

通过上述起泡能力实验和携水能力实验，确定实施例1提供的防冻泡沫排水剂的使用浓度为0.5％(质量百分比浓度)，耐油性能评价的操作同前述起泡能力实验的操作，在95℃条件下，分别测试其在不同浓度的原油下的发泡体积和泡沫半析水期，以考察防冻泡沫排水剂的耐油性能，实验结果见表3。

表3防冻泡沫排水剂在不同浓度的原油下的耐油性能

原油浓度，质量百分比浓度％	5	10	15	20
					发泡体积，mL	1011	998	967	935
泡沫半析水期，s	635	616	602	586

从表3可以看出：在不同浓度的原油条件下，实施例1提供的防冻泡沫排水剂泡沫体系的质量和稳定性都比较好，说明该防冻泡沫排水剂具有良好的耐油性能。

(4)耐盐性能评价

通过上述起泡能力实验和携水能力实验，确定实施例1提供的防冻泡沫排水剂的使用浓度为0.5％，耐盐性能评价的操作同起泡能力实验的操作，在95℃条件下，分别测试其在不同浓度的NaCl下的发泡体积和泡沫半析水期，以考察防冻泡沫排水剂的耐盐性能，实验结果见表4。

从表4可以看出：在不同浓度的NaCl条件下，实施例1提供的防冻泡沫排水剂泡沫体系的质量和稳定性都比较好，说明该防冻泡沫排水剂具有良好的耐盐性能，其起泡性能基本不受水的硬度影响。

表4防冻泡沫排水剂在不同浓度的NaCl下的耐盐性能

NaCl浓度，质量百分比浓度％	1	2	3	5
					发泡体积，mL	1015	1002	994	975
泡沫半析水期，s	638	629	616	601

(5)凝固点测定实验

按照GB510凝固点测定法，测得实施例1提供的防冻泡沫排水剂的凝固点为-30℃；该防冻泡沫排水剂在较低的温度下不凝固、不结冰，解决了冬季不能使用液体起泡剂的难题，有效缓解了冬季天然气紧张的局面，使液体泡沫排水剂全年都能够使用。

实施例2

本实施例提供了一种防冻泡沫排水剂。

以重量百分比计，该防冻泡沫排水剂的原料组成包括：脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐25％，α-烯烃磺酸钠15％，聚阴离子纤维素2％，椰油酸二乙醇酰胺1％，异丙醇2％，碳酸钾1.2％，氯化钠1％，尿素0.6％，乙酸钠0.5％，余量为水。

本实施例中防冻泡沫排水剂的制备步骤如下：

(1)将脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐和α-烯烃磺酸钠依次加入到反应釜中，在常温下搅拌20分钟，搅拌速度为200转/分；

(2)向上述反应釜溶液中依次加入聚阴离子纤维素和椰油酸二乙醇酰胺，在常温下搅拌10分钟，搅拌速度为200转/分；

(3)向上述反应釜溶液中依次加入混合醇、碳酸钾、氯化钠、尿素和乙酸钠，在常温下搅拌15分钟，搅拌速度为200转/分；得到防冻泡沫排水剂。

对实施例2提供防冻泡沫排水剂进行相应的性能评价实验：

(1)起泡能力评价实验

取实施例2提供的防冻泡沫排水剂300mL放入高温高压反应釜或耐高温钢瓶中，密封后再放入高温恒温器中，在65℃下恒温24h后取出，待高温高压反应釜或高温钢瓶自然冷却至室温后打开釜体或耐高温钢瓶取出试样溶液备用；

取前述备用试样液200mL于自动混调器中，高速(3000rad/min)搅拌60s后，将泡沫倒入1000mL量筒中读取泡沫的体积(即为发泡体积)；同时，当泡沫倒入1000mL量筒后立即开始计时，记录泡沫析出100mL水的时间(即为泡沫半析水期)。

实验过程中，将实施例2提供的防冻泡沫排水剂配制成不同的浓度，观察发泡体积和泡沫半析水期的变化情况，实验结果见表5。

表5不同浓度的防冻泡沫排水剂的起泡能力(65℃)

由表5的实验结果可以看出，当防冻泡沫排水剂的浓度达0.5％时，体系的发泡能力达到比较理想的程度，所以防冻泡沫排水剂的最佳浓度应为0.5％。

(2)携水能力评价实验

携水能力实验原理是：在一定温度时间和气流速度下，收集所形成的部分泡沫，待消泡后析出水即为携水量；携水实验的操作步骤如下所述：

a、将仪器冲洗干净；

b、在泡沫发生器中注入200mL的防冻泡沫排水剂溶液(该防冻泡沫排水剂由实施例2提供，其质量百分比浓度为0.5％)；

c、打开气瓶，将流量调整到4L/min，待流量稳定；

d、打开收集筒阀门，充气5min，从收集筒中收集泡沫；

e、关阀门，待消泡后，读取收集筒中的得流量(即为携水量)。

表6不同浓度的防冻泡沫排水剂的携水能力(65℃)

实验过程中，将实施例2提供的防冻泡沫排水剂配制成不同的浓度，观察携水能力的变化情况，实验结果见表6。

(3)耐油性能评价

通过上述起泡能力实验和携水能力实验，确定实施例2提供的防冻泡沫排水剂的使用浓度为0.5％，奶油性能评价的操作同前述起泡能力实验的操作，在65℃条件下，分别测试其在不同浓度的原油下的发泡体积和泡沫半析水期，以考察防冻泡沫排水剂的耐油性能，实验结果见表7。

表7不同浓度的原油条件下的耐油性能实验结果

原油浓度，质量百分比浓度％	5	10	15	20
					发泡体积，mL	1106	1084	1039	1005
泡沫半析水期，s	665	639	618	591

从表7可以看出：在不同浓度的原油条件下，实施例2提供的防冻泡沫排水剂泡沫体系的质量和稳定性都比较好，说明该防冻泡沫排水剂具有良好的耐油性能。

(4)耐盐性能评价

通过上述起泡能力实验和携水能力实验，确定实施例2提供的防冻泡沫排水剂的使用浓度为0.5％，耐盐性能评价的操作同起泡能力实验的操作，在65℃条件下，分别测试其在不同浓度的NaCl下的发泡体积和泡沫半析水期，以考察防冻泡沫排水剂的耐盐性能，实验结果见表8。

表8防冻泡沫排水剂在不同浓度的NaCl下的耐盐性能

NaCl浓度，质量百分比浓度％	1	2	3	5
					发泡体积，mL	1125	1101	1094	1026
泡沫半析水期，s	672	656	634	618

从表8可以看出：在不同浓度的NaCl条件下，实施例2提供的防冻泡沫排水剂泡沫体系的质量和稳定性都比较好，说明该防冻泡沫排水剂具有良好的耐盐性能，其起泡性能基本不受水的硬度影响。

(5)凝固点测定实验

按照GB510凝固点测定法，测得实施例2提供的防冻泡沫排水剂的凝固点为-29℃；该防冻泡沫排水剂在较低的温度下不凝固、不结冰，解决了冬季不能使用液体起泡剂的难题，缓解了冬季天然气紧张的局面，使液体泡沫排水剂全年都能够使用。

实施例3

将上述实施例1和2提供的防冻泡沫排水剂应用到天然气气井的排水采气中，利用井口加药罐(如图1所示)，把液体防冻泡沫排水剂从套管加入到井筒中，待压力平衡后，液体依靠自身的重力流到井底，与井底的积液混合，经气流搅动后产生泡沫，从而降低了井底的回压，提高了气流的携水能力，达到增加天然气产量的目的。

天然气气井套管加药(加防冻泡沫排水剂)的施工步骤如下所述：

1)关闭加药罐(3)的出口阀(9)和平衡阀(6)，打开排空阀(4)进行排空；

2)打开加药罐(3)的加料入口阀(2)，通过加料斗(1)向加药罐(3)内装入备好的防冻泡沫排水剂；

3)关闭加药罐(3)的加料入口阀(2)和排空阀(4)，打开平衡阀(6)，待罐中的压力平衡后，打开出口阀(9)向井中注入防冻泡沫排水剂。

天然气气井套管的加药情况如下所述：

当天然气气井满足产水量<5m³/d的条件时，可采用每隔7-10天加一次药的方式向井内加药，每次加药不少于20Kg；

当气井满足5m³/d≤产水量<10m³/d的条件时，可采用每隔3天加一次药的方式向井内加药，每次加药不少于20Kg；

当气井满足10m³/d≤产水量<50m³/d的条件时，可采用每隔2天加一次药的方式向井内加药，每次加药不少于20Kg。

当天然气气井满足产水量≥50m³/d的条件时，可采用每隔1-2天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg。

上述实施例1和实施例2提供的防冻泡沫排水剂的应用效果：

将实施例1提供的防冻泡沫排水剂应用于某油田的X1井，该井的产水量为12m³/d，日产天然气6000m³；作业时，利用井口加药罐，2天加一次液体防冻泡沫排水剂，每次加药30Kg，实施套管加药后，该井的日产气量上升到11000m³，并且产气量稳定，增产效果显著。

将实施例2提供的防冻泡沫排水剂应用于某油田的X2井，该井在加入本发明提供的排水剂前产水量为8m³/d，靠投泡沫棒维持生产，日产天然气8000m³；作业时，利用井口加药罐，3天加一次液体防冻泡沫排水剂，每次加药25Kg，该井实施套管加药后，日产气上升到12000m³，增产效果显著。

Claims (10)

1.一种防冻泡沫排水剂，以重量百分比计，所述防冻泡沫排水剂的原料组成包括：20-35％脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐、10-20％α-烯烃磺酸钠、2-3％聚阴离子纤维素、1-2％椰油酸二乙醇酰胺、2-4％醇、1-1.5％碳酸钾、1-1.5％氯化钠、0.5-1％尿素、0.5-1％乙酸钠、余量为水。

2.根据权利要求1所述的防冻泡沫排水剂，其中：所述醇包括C2-C4的醇。

3.根据权利要求1或2所述的防冻泡沫排水剂，其中：所述醇包括乙醇、乙二醇、异丙醇、丙二醇中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的防冻泡沫排水剂，其中：所述防冻泡沫排水剂的凝固点为-30℃。

5.一种制备权利要求1-4任一项所述的防冻泡沫排水剂的方法，其包括以下步骤：

步骤一、将脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐和α-烯烃磺酸钠加入到反应容器中，于常温下搅拌；

步骤二、向上述反应容器中加入聚阴离子纤维素和椰油酸二乙醇酰胺，于常温下搅拌；

步骤三、向上述反应容器中加入醇、碳酸钾、氯化钠、尿素和乙酸钠，于常温下搅拌，得到防冻泡沫排水剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：

在步骤一中，所述搅拌的时间为20-30分钟；

在步骤二中，所述搅拌的时间为10-15分钟；

在步骤三中，所述搅拌的时间为15-25分钟。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中：所述搅拌的速度为150-300转/分。

8.权利要求1-4任一项所述的防冻泡沫排水剂在油田天然气气井排水采气中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其中：所述天然气气井的井底温度不超过150℃。

10.根据权利要求8或9所述的应用，其中：

当天然气气井满足产水量<5m³/d的条件时，每隔7-10天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg；

当天然气气井满足5m³/d≤产水量<10m³/d的条件时，每隔3天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg；

当天然气气井满足10m³/d≤产水量<50m³/d的条件时，每隔2天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg；

当天然气气井满足产水量≥50m³/d的条件时，每隔1-2天向所述天然气气井内加一次防冻泡沫排水剂，每次加入的防冻泡沫排水剂不少于20Kg。