CN106554756A - 一种发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法 - Google Patents

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张文龙
刘希
杜超
方昭
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Abstract

本发明涉及油品发泡领域，具体公开了一种发泡剂，该发泡剂含有表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂，所述表面活性剂A为阴离子表面活性剂，所述表面活性剂B为甜菜碱型表面活性剂，所述相容剂为与水油共溶的醚，所述溶剂为醇，本发明还涉及一种发泡剂组合物，该发泡剂组合物含有稳泡剂和上述发泡剂，本发明还涉及上述发泡剂组合物在油基发泡中的应用，以及油基发泡的方法。本发明的含有阴离子表面活性剂、甜菜碱型表面活性剂、水油共溶的醚和醇的发泡剂与稳泡剂配合使用，能够形成稳定的发泡体系，将该发泡体系用于发泡处理各种植物油时，能够显著提高植物油基的发泡效果，且该组合物价格低廉、使用方法简单，便于现场操作。

Description

一种发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法
技术领域
本发明涉及油品发泡领域，具体地，涉及一种发泡剂、发泡剂组合物以及该发泡剂组合物在油基发泡中的应用和油基发泡的方法。
背景技术
随着超低压地层和中后期老油气田的勘探与开发日益增加，发展低密度钻井流体技术显得尤为重要。以水基泡沫为代表的泡沫低密度钻井液流体应运而生，并且得到了广泛的应用。然而，由于泥页岩水化膨胀等问题，通常的水基泡沫钻井液不适用于水敏性地层和岩心。谈心等在《油基泡沫钻井流体技术研究》中，采用氟碳表面活性剂或者含硅的表面活性剂为发泡剂与聚合物稳泡剂组成了稳定性的柴油基泡沫系统，该系统虽然可以对油基进行发泡处理，但是由于其价格较高的问题，严重限制了该发泡剂在油基发泡中的实际应用。
因此，现在急需一种能够提高发泡效果且价格低廉的发泡剂系统，以拓展该发泡系统在油基发泡领域中的实际应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中发泡效果差且价格昂贵的缺陷，提供一种发泡剂和发泡剂组合物及其应用。
本发明的发明人在研究中发现，发泡剂含有表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂，所述表面活性剂A为阴离子表面活性剂，所述表面活性剂B为甜菜碱型表面活性剂，所述相容剂为与水油共溶的醚，所述溶剂为醇时，不仅能够提高油基发泡效果，而且价格也较低廉。
因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种发泡剂，该发泡剂含有表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂，所述表面活性剂A为阴离子表面活性剂，所述表面活性剂B为甜菜碱型表面活性剂，所述相容剂为与水油共溶的醚，所述溶剂为醇。
另一方面，本发明提供了一种发泡剂组合物，该发泡剂组合物含有稳泡剂和上述的发泡剂。
第三方面，本发明还提供了上述发泡剂组合物在油基发泡中的应用。
第四方面，本发明还提供了一种油基发泡的方法，该方法包括：将上述发泡剂与稳泡剂以及油混合，或者将上述发泡剂组合物与油混合，然后进行发泡处理，所述油为棕榈油、蓖麻油和菜籽油中的至少一种。
本发明的含有阴离子表面活性剂、甜菜碱型表面活性剂、水油共溶的醚和醇的发泡剂与稳泡剂配合使用，能够形成稳定的发泡体系，将该发泡体系用于发泡处理各种植物油，尤其是棕榈油、蓖麻油和菜籽油中的至少一种时，能够显著提高植物油基的发泡效果，并且，本发明的发泡剂及其组合物因为不含有氟或硅的表面活性剂而价格大幅降低，另外，本发明的发泡体系的制备和使用方法简单，便于现场操作。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
液体发泡，要求发泡剂具有大幅度降低液体表面张力的能力。而植物油具有较低的表面张力，一般低于30mN/M左右，常规发泡剂很难在此基础上进一步降低表面张力，造成植物油基发泡的困难，并且常规的发泡剂的成本也较高。
因此，针对上述现有技术中的缺陷，一方面，本发明提供了一种发泡剂，该发泡剂含有表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂，所述表面活性剂A为阴离子表面活性剂，所述表面活性剂B为甜菜碱型表面活性剂，所述相容剂为与水油共溶的醚，所述溶剂为醇。
根据本发明所述的发泡剂，其中，表面活性剂A可以在各种常规阴离子表面活性剂中选择，优选地，所述表面活性剂A为烷基硫酸类、烷基苯磺酸类、烷基醇聚醚硫酸酯类和磺基琥珀酸酯类中的至少一种，更优选为烷基苯磺酸类、磺基琥珀酸酯类、烷基醇聚醚硫酸酯类中的至少一种，从而能够显著提高油基发泡效果，其中，烷基苯磺酸类可以为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸铵和十二烷基苯磺酸钙中的至少一种，烷基醇聚醚硫酸酯类可以为月桂醇聚醚硫酸钠、月桂醇聚醚硫酸铵和壬基酚聚醚硫酸钠中的至少一种，磺基琥珀酸酯类可以为月桂醇磺基琥珀酸酯二钠、月桂醇醚磺基琥珀酸单酯二钠和磺化琥珀酸二辛酯钠中的至少一种。
根据本发明所述的发泡剂，其中，表面活性剂B可以在各种常规甜菜碱型表面活性剂中选择，优选地，表面活性剂B为烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、磺丙基甜菜碱和磷酸脂甜菜碱中的至少一种，从而能够显著提高油基发泡效果，其中，烷基甜菜碱可以为十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十二烷基二羟乙基甜菜碱中的至少一种，烷基酰胺甜菜碱可以为椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺基丙基甜菜碱和十八酰胺基丙基甜菜碱中的至少一种，磺丙基甜菜碱可以为十二烷基磺丙基甜菜碱、十四烷基磺丙基甜菜碱和十六烷基磺丙基甜菜碱中的至少一种，磷酸脂甜菜碱可以为十二烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱、十四烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱和十六烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱中的至少一种。
根据本发明所述的发泡剂，其中，相容剂可以为各种能够与水油共溶的醚，例如可以为乙二醇丁醚、乙二醇异丙醚、乙二醇乙醚、乙醚和甲异丙醚中的至少一种，但是，为了进一步提高油基发泡效果，优选地，所述相容剂为乙二醇丁醚。
根据本发明所述的发泡剂，其中，溶剂可以为各种醇，例如可以为乙醇、丙醇、异丙醇和季戊四醇中的至少一种，优选地，所述溶剂为异丙醇。
根据本发明所述的发泡剂，优选地，表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂的重量比为30-70：5-25：5-20：3-8，更优选为40-60：10-20：5-15：4-6，从而能够进一步提高油基发泡效果。
第二方面，本发明提供了一种发泡剂组合物，该发泡剂组合物含有稳泡剂和上述的发泡剂。
根据本发明所述的发泡剂组合物，其中，稳泡剂可以在各种粘度指数改进剂中选择，优选地，稳泡剂为聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、聚异丁烯和三元乙丙共聚物中的至少一种。
根据本发明所述的发泡剂组合物，其中，发泡剂组合物中稳泡剂与发泡剂的重量比例可以为1：0.5-3。
本发明中，该发泡剂组合物可以通过将发泡剂和稳泡剂进行混合制得。
第三方面，本发明还提供了上述发泡剂组合物在油基发泡中的应用。
第四方面，本发明还提供了一种油基发泡的方法，该方法包括：将上述发泡剂与稳泡剂以及油混合，或者将上述发泡剂组合物与油混合，然后进行发泡处理，所述油为棕榈油、蓖麻油和菜籽油中的至少一种。
本发明中，发泡剂组合物在油基发泡中的应用领域可以包括：钻井领域或者压裂领域。
本发明的发泡剂或者发泡剂组合物可以在使用前用水稀释，也可以在制备过程中加入水备用。
本发明中，发泡剂中表面活性剂A与水的重量比可以为30-70：10-30，优选为40-60：15-20。
本发明中，可以先制备发泡剂组合物，再将该制得的发泡剂组合物与水和油进行混合，然后进行发泡处理，也可以将发泡剂和稳泡剂先与水混合，再与油混合，然后进行发泡处理，或者使用的时候将发泡剂、稳泡剂、水以及油直接混合，以便于现场进行应用。
根据本发明所述的方法，优选地，所述油为棕榈油。
在上述优选实施方式中，更优选地，相对于100ml的油，所述发泡剂的用量为0.1-3g，所述稳泡剂的用量为0.1-3g，最优选地，相对于100ml的油，所述发泡剂的用量为0.1-1.6g，所述稳泡剂的用量为1-2g。
根据本发明所述的方法，其中，优选地，发泡处理过程中的鼓泡气源为二氧化碳。
根据本发明所述的方法，其中，发泡处理方式可以为本领域中公知的发泡方式，例如可以采用发泡装置进行发泡处理。其中，为了模拟泡沫钻井作业施工工艺，可以采用砂芯干燥二氧化碳鼓泡方式，在量筒底部安装砂芯鼓泡器。在室温条件下，将配制的发泡体系溶液倒入量筒中，启动鼓泡，泡沫体积增加。当上部泡沫破裂速度与下部泡沫生成速度相等时，泡沫高度趋于稳定，此时记录泡沫高度为发泡体积(初始体积)，停止鼓泡，记录泡沫体积减少到初始体积一半的时间，记为半衰期。
实施例
月桂醇磺基琥珀酸酯二钠(LT-60)和月桂醇醚磺基琥珀酸单酯二钠(MES-30)购自北京普利森科技有限公司，壬基酚聚氧乙烯醚硫酸酯钠(NPES-3)、月桂醇聚醚硫酸钠(AES)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、月桂酰胺基丙基甜菜碱(LAB-30)、十四烷基磺丙基甜菜碱(SB14-3)、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基苯磺酸铵(DBSA)、十二烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱和磺化琥珀酸二辛酯钠(渗透剂T)、十二烷基硫酸钠(SDS)购自海安石油化工厂，三元乙丙共聚物(EPDM)、氢化苯乙烯双烯共聚物(HSD)、乙烯丙烯共聚物(OCP)、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯购自北京高科润海润滑油有限公司。
实施例1
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
(1)将月桂醇磺基琥珀酸酯二钠(LT-60)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、乙二醇丁醚、异丙醇、水按质量比50:15:10:5:20混合，取1克制得的混合物于100ml棕榈油中，加入2克三元乙丙共聚物(EPDM)充分溶解形成可发泡棕榈油。
(2)采用砂芯干燥二氧化碳鼓泡方式，在量筒底部安装砂芯鼓泡器，将制得的可发泡棕榈油倒入量筒中，启动鼓泡，泡沫体积增加，当上部泡沫破裂速度与下部泡沫生成速度相等时，泡沫高度趋于稳定，此时记录泡沫高度为发泡体积(初始体积)，停止鼓泡，记录泡沫体积减少到初始体积一半的时间，记为半衰期，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例2
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
(1)将月桂醇醚磺基琥珀酸单酯二钠(MES-30)月桂酰胺基丙基甜菜碱(LAB-30)、乙二醇丁醚、异丙醇、水按质量比40:20:10:6:20混合，取1.5克制得的发泡剂于100ml棕榈油中，加入1克乙烯丙烯共聚物(OCP)充分溶解形成可发泡棕榈油。
(2)采用砂芯干燥二氧化碳鼓泡方式，在量筒底部安装砂芯鼓泡器，将制得的可发泡棕榈油倒入量筒中，启动鼓泡，泡沫体积增加，当上部泡沫破裂速度与下部泡沫生成速度相等时，泡沫高度趋于稳定，此时记录泡沫高度为发泡体积(初始体积)，停止鼓泡，记录泡沫体积减少到初始体积一半的时间，记为半衰期，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例3
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
(1)将磺化琥珀酸二辛酯钠(渗透剂T)、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)、乙二醇丁醚、异丙醇、水按质量比45:10:15:5:15混合，取1克制备的混合物于100ml棕榈油中，加入2克氢化苯乙烯双烯共聚物(HSD)充分溶解形成可发泡棕榈油。
(2)采用砂芯干燥二氧化碳鼓泡方式，在量筒底部安装砂芯鼓泡器，将制得的可发泡棕榈油倒入量筒中，启动鼓泡，泡沫体积增加，当上部泡沫破裂速度与下部泡沫生成速度相等时，泡沫高度趋于稳定，此时记录泡沫高度为发泡体积(初始体积)，停止鼓泡，记录泡沫体积减少到初始体积一半的时间，记为半衰期，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例4
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
(1)将十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十四烷基磺丙基甜菜碱(SB14-3)、乙二醇丁醚、异丙醇、水按质量比50:15:10:5:20混合，取1克制得的混合物于100ml棕榈油中，加入2克聚甲基丙烯酸酯充分溶解形成可发泡棕榈油。
(2)采用砂芯干燥二氧化碳鼓泡方式，在量筒底部安装砂芯鼓泡器，将制得的可发泡棕榈油倒入量筒中，启动鼓泡，泡沫体积增加，当上部泡沫破裂速度与下部泡沫生成速度相等时，泡沫高度趋于稳定，此时记录泡沫高度为发泡体积(初始体积)，停止鼓泡，记录泡沫体积减少到初始体积一半的时间，记为半衰期，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例5
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
(1)将月桂醇聚醚硫酸钠(AES)、十二烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱、乙二醇异丙醚、乙醇、水按质量比40:20:10:6:20混合，取2克制得的发泡剂于100ml棕榈油中，加入3克聚异丁烯充分溶解形成可发泡棕榈油。
(2)采用砂芯干燥二氧化碳鼓泡方式，在量筒底部安装砂芯鼓泡器，将制得的可发泡棕榈油倒入量筒中，启动鼓泡，泡沫体积增加，当上部泡沫破裂速度与下部泡沫生成速度相等时，泡沫高度趋于稳定，此时记录泡沫高度为发泡体积(初始体积)，停止鼓泡，记录泡沫体积减少到初始体积一半的时间，记为半衰期，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例6
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
(1)将壬基酚聚氧乙烯醚硫酸酯钠(NPES-3)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、甲异丙醚、正丙醇、水按质量比45:10:15:5:15混合，取1克制备的混合物于100ml棕榈油中，加入2克氢化苯乙烯双烯共聚物(HSD)充分溶解形成可发泡棕榈油。
(2)采用砂芯干燥二氧化碳鼓泡方式，在量筒底部安装砂芯鼓泡器，将制得的可发泡棕榈油倒入量筒中，启动鼓泡，泡沫体积增加，当上部泡沫破裂速度与下部泡沫生成速度相等时，泡沫高度趋于稳定，此时记录泡沫高度为发泡体积(初始体积)，停止鼓泡，记录泡沫体积减少到初始体积一半的时间，记为半衰期，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例7
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
按照实施例1的方式制备发泡剂组合物并将其用于油基发泡，不同的是，用等重量的十二烷基硫酸钠(SDS)替换实施例1中的月桂醇磺基琥珀酸酯二钠(LT-60)，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例8
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
按照实施例1的方式制备发泡剂组合物并将其用于油基发泡，不同的是，月桂醇磺基琥珀酸酯二钠(LT-60)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、乙二醇丁醚和异丙醇的重量比为70：25：20：8，发泡体积和半衰期的结果见表1。
实施例9
本实施例用于说明本发明的发泡剂和发泡剂组合物及其应用和油基发泡方法。
按照实施例1的方式制备发泡剂组合物并将其用于油基发泡，不同的是，月桂醇磺基琥珀酸酯二钠(LT-60)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、乙二醇丁醚和异丙醇的重量比为30：5：5：3，发泡体积和半衰期的结果见表1。
对比例1
采用《油基泡沫钻井流体技术研究》的方法制备发泡剂组合物，并按照本申请实施例1步骤(2)的方式进行发泡处理，发泡体积和半衰期的结果见表1。
表1
实施例 发泡体积(％) 半衰期(秒)
实施例1 933 410
实施例2 923 440
实施例3 925 410
实施例4 921 412
实施例5 922 406
实施例6 921 407
实施例7 900 372
实施例8 891 374
实施例9 886 371
对比例1 500 630
将实施例1-9与对比例1比较可以看出，本发明的含有阴离子表面活性剂、甜菜碱型表面活性剂、水油共溶的醚和醇的发泡剂与稳泡剂配合使用，能够形成稳定的发泡体系，将该发泡体系用于发泡处理各种植物油，尤其是棕榈油、蓖麻油和菜籽油中的至少一种时，能够显著提高植物油基的发泡效果，并且，本发明的发泡剂及其组合物因为不含有氟或硅的表面活性剂而价格大幅降低，另外，本发明的发泡体系制备和使用方法简单，便于现场操作。
将实施例1与实施例7和8分别比较可以看出，表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂的重量比为40-60：10-20：5-15：4-6时，能够进一步提高油基发泡效果。
将实施例1与实施例9比较可以看出，表面活性剂A为烷基苯磺酸类、磺基琥珀酸酯类、烷基醇聚醚硫酸酯类中的至少一种，从而能够显著提高油基发泡效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种发泡剂，其特征在于，该发泡剂含有表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂，所述表面活性剂A为阴离子表面活性剂，所述表面活性剂B为甜菜碱型表面活性剂，所述相容剂为与水油共溶的醚，所述溶剂为醇。
2.根据权利要求1所述的发泡剂，其中，所述表面活性剂A为烷基硫酸类、烷基苯磺酸类、烷基醇聚醚硫酸酯类和磺基琥珀酸酯类中的至少一种，更优选为烷基苯磺酸类、磺基琥珀酸酯类、烷基醇聚醚硫酸酯类中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的发泡剂，其中，所述表面活性剂B为烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、磺丙基甜菜碱和磷酸脂甜菜碱中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的发泡剂，其中，所述相容剂为乙二醇丁醚、乙二醇异丙醚、乙二醇乙醚、乙醚、和甲异丙醚中的至少一种，优选为乙二醇丁醚。
5.根据权利要求1所述的发泡剂，其中，所述溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇和季戊四醇中的至少一种，优选为异丙醇。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的发泡剂，其中，表面活性剂A、表面活性剂B、相容剂和溶剂的重量比为30-70：5-25：5-20：3-8，优选为40-60：10-20：5-15：4-6。
7.一种发泡剂组合物，其特征在于，该发泡剂组合物含有稳泡剂和权利要求1-6中任意一项所述的发泡剂。
8.根据权利要求7所述的发泡剂组合物，其中，所述稳泡剂为聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、聚异丁烯和三元乙丙共聚物中的至少一种。
9.根据权利要求7或8所述的发泡剂组合物在油基发泡中的应用。
10.一种油基发泡的方法，其特征在于，该方法包括：将权利要求1-6中任意一项所述的发泡剂与稳泡剂以及油混合，或者将权利要求7或8所述的发泡剂组合物与油混合，然后进行发泡处理，所述油为棕榈油、蓖麻油和菜籽油中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述油为棕榈油。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，相对于100ml的油，所述发泡剂的用量为0.1-3g，所述稳泡剂的用量为0.1-3g，优选地，相对于100ml的油，所述发泡剂的用量为0.1-1.6g，所述稳泡剂的用量为1-2g。
13.根据权利要求10-12中任意一项所述的方法，其中，发泡处理过程中的鼓泡气源为二氧化碳。
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