CN108929668A

CN108929668A - 一种耐高盐发泡剂及其制备方法

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Publication number: CN108929668A
Application number: CN201810768262.0A
Authority: CN
Inventors: 王尧; 李�瑞; 王斯雯; 龙华; 王浩; 戴倩倩; 彭宝亮; 吴享远; 吴晓明; 张成博; 宋阳; 王磊; 冷冰
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2018-12-04

Abstract

本发明提供了一种耐高盐发泡剂及其制备方法。该耐高盐发泡剂的原料组成为：0.2％‑0.5％的淀粉、0.3％‑1.0％的乙二胺四乙酸、1.0％‑2.5％的椰油酰胺丙基甜菜碱、0.5％‑1.0％的助泡剂、0.05％‑0.5％的稳泡剂、0.05％‑0.2％的pH调节剂、0.1％‑0.2％的甲醇和余量的高矿化度水。本发明还提供了上述发泡剂的制备方法。本发明的发泡剂可以兼具耐高矿化度和抗凝析油的性能。

Description

一种耐高盐发泡剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐高盐的发泡剂及其制备方法，属于油田化学技术领域。

背景技术

天然气井在开发过程中由于边底水推进、注水驱动以及压裂等作业，井筒内不断积水，产气量下降甚至被压死。国内外油气田从天然气井中排除积液的常用工艺有泡沫排水工艺和液氮工艺等。修复死井时用液氮法效果较好，但需要专业作业队伍，作业费用高。泡沫排水采气是通过泡沫剂的注入，提高气流携液能力，从而解除气水流通堵塞，费用低，产能高，操作方便，效果好，适用于逐渐出水的气井。

泡排工艺能否取得成功，在很大程度上取决于所用发泡剂的性能。在地层条件下，发泡剂的起泡、稳泡性能和热稳定性受到井底温度、矿化度以及凝析油含量的影响，温度、矿化度和凝析油含量升高会导致起泡高度、携液能力下降，从而削弱排水采气施工工艺的效果。我国大部分气井是油、气、水共生的，井中积液具有一定矿化度，积液中还含有25％凝析油。例如青海油田东坪区块根据35支地层水样分析结果，地层水密度1.103-1.22g/cm³、平均密度1.135g/cm³、矿化度13505-293454mg/L、平均矿化度118626mg/L、pH值为6、水型CaCl₂。

因此，为了在高温、高矿化度的情况下保持起泡剂的起泡能力，要求发泡剂能够在高温、高矿化度、高凝析油条件下也能有良好的泡沫性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐高盐发泡剂，该发泡剂可以兼具耐高矿化度和抗凝析油的性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种耐高盐发泡剂，以该耐高盐发泡剂的各原料的质量百分比之和为100％计，该耐高盐发泡剂的原料组成为：0.2％-0.5％的淀粉、0.3％-1.0％的乙二胺四乙酸、1.0％-2.5％的椰油酰胺丙基甜菜碱、0.5％-1.0％的助泡剂、0.05％-0.5％的稳泡剂、0.05％-0.2％的pH调节剂、0.1％-0.2％的甲醇和余量的高矿化度水。

本发明的耐高盐发泡剂适用于高盐油藏气井的泡沫排水，同时适合高盐地层的泡沫调剖。

本发明的耐高盐发泡剂，外观为透明、均匀的液体，通过将各个单体的协同作用，使发泡剂具有较好的耐高矿化度、耐硬度的性能，同时可以较好的发泡和携液。

为了实现上述技术目的，本发明又提供了一种耐高盐发泡剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一：向高矿化度水中分别加入淀粉、乙二胺四乙酸，加热至70℃-85℃，在100转/min-200转/min的转速下搅拌5min-10min，冷却，得到混合溶液；

步骤二：向混合溶液中分别加入椰油酰胺丙基甜菜碱、助泡剂、稳泡剂、pH调节剂和甲醇，搅拌，得到耐高盐发泡剂。

本发明的耐高盐发泡剂能够兼具耐高矿化度、抗凝析油性能，耐矿化度达到50000-200000mg/L，耐硬度达1000-20000mg/L，抗凝析油含量达10％-30％，发泡体积达到4-8倍(以发泡剂母液体积为基准，比如发泡剂为200mL，发泡体积则为800mL-1600mL)，携液量为60％-85％。

本发明的耐高盐发泡剂能够迅速起泡，大幅降低积液密度，从而降低井筒中气液混合物的流动阻力，大幅增加气井产量。

本发明的耐高盐发泡剂的原料易得、低毒、易降解。

本发明的耐高盐发泡剂的制备方法简单、对设备要求低，易于实现工业化生产。

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。

泡沫排水采气工艺是一种向井中加入表面活性剂的注排工艺。采用的表面活性剂又叫起泡剂。向井内注入一定数量的起泡剂，井底积水与起泡剂接触以后，借助天然气流的搅动，生成大量低密度的含水泡沫，随气流从井底携带到地面，达到清除井底积液的目的。

矿化度又叫做水的含盐量，是表示水中所含盐类的数量。由于水中的各种盐类一般是以离子的形式存在，所以水的矿化度也可以表示为水中各种阳离子的量和阴离子的量的总和。

高矿化度水一般是指无机盐含量大于1000mg/L的水。

在本发明的一具体实施方式中，提供了一种耐高盐发泡剂，该耐高盐发泡剂的原料组成可以为：0.2％-0.5％的淀粉、0.3％-1.0％的乙二胺四乙酸(EDTA)、1.0％-2.5％的椰油酰胺丙基甜菜碱、0.5％-1.0％的助泡剂、0.05％-0.5％的稳泡剂、0.05％-0.2％的pH调节剂、0.1％-0.2％的甲醇和余量的高矿化度水。

在本发明的一具体实施方式中，淀粉起到增稠，稳泡的作用。淀粉的添加量可以为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％。进一步地，淀粉的通式为(C₆H₁₀O₅)_n；具体地，可以采用的淀粉包括食用级玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉。

在本发明的一具体实施方式中，乙二胺四乙酸(EDTA)是一种金属离子螯合剂，可以消除高矿化度水中Ca²⁺、Mg²⁺对发泡剂的不良影响。其中，乙二胺四乙酸的添加量可以为0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％。进一步地，采用的乙二胺四乙酸可以是自行制备得到的，也可以是市售的，比如由石家庄杰克化工有限公司生产的。

在本发明的一具体实施方式中，椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB35)作为发泡剂，其添加量可以为1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％。具体地，该椰油酰胺丙基甜菜碱可以由上海楚星化工有限公司生产制备得到。

在本发明的一具体实施方式中，助泡剂的添加量可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％。更进一步地，采用的助泡剂可以为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚的混合物。

具体地，采用的助泡剂为质量比为(2.5-3.5):(0.5-1):(0.5-1)的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚。进一步优选，采用的助泡剂为质量比为3:1:1的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚。

在本发明的一具体实施方式中，稳泡剂的添加量可以为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％。更进一步地，采用的稳泡剂为钠基膨润土、有机膨润土、硅藻土、硅凝胶、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原胶中的一种或是几种的组合。具体地，采用的稳泡剂为瓜尔胶。

在本发明的一具体实施方式中，pH调节剂用于调节溶液的酸碱度，其添加量可以为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.15％、0.2％。更进一步地，采用的pH调节剂可以为柠檬酸、乳酸、苹果酸、冰乙酸、乙酸、磷酸、盐酸、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸一钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或是几种的组合。具体地，采用的pH调节剂为柠檬酸。

在本发明的一具体实施方式中，甲醇作为防冻剂。甲醇的添加量可以为0.1％、0.15％、0.2％。

在本发明的一具体实施方式中，采用的高矿化度水的矿化度为50000mg/L-200000mg/L。

在本发明的另一具体实施方式中，提供了一种耐高盐发泡剂的制备方法，该制备方法可以包括以下步骤：

步骤一：向高矿化度水中分别加入淀粉、乙二胺四乙酸，加热至80℃，在150转/min的转速下搅拌至混合溶液透明，变至粘稠，冷却，得到混合溶液；

具体地，在步骤一中，向高矿化度水中先后分别加入淀粉、乙二胺四乙酸，加热至70℃-85℃(优选为80℃)之后，在100转/min-200转/min(优选150转/min)的转速下搅拌5min-10min，至混合溶液透明，变至粘稠，停止搅拌和加热；然后在室温下静置冷却，得到混合溶液。

更进一步地，搅拌时可以采用电动搅拌器。

具体地，在步骤二中，更近一地分为以下步骤：

向混合溶液中加入椰油酰胺丙基甜菜碱，搅拌均匀；

添加助泡剂，搅拌均匀；

添加稳泡剂，搅拌均匀；

添加pH调节剂，搅拌，调节溶液的pH为7-7.5；

添加甲醇，搅拌均匀，得到耐高盐发泡剂。

具体地，搅拌时可以直接手动搅拌，使混合液搅拌均匀即可。

实施例1

本实施例提供了如表1所示的耐高盐发泡剂的耐高矿化度、抗油测试评价试验。

实验材料：

自配盐水1#(矿化度50000mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺总含量1000mg/L)500mL；

自配盐水2#(矿化度100000mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺总含量5000mg/L)500mL；

自配盐水3#(矿化度150000mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺总含量10000mg/L)500mL；

自配盐水4#(矿化度200000mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺总含量15000mg/L)500mL；

自配盐水5#(矿化度200000mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺总含量20000mg/L)500mL。

一定量的淀粉、EDTA(乙二胺四乙酸)、CAB35(椰油酰胺丙基甜菜碱)、助泡剂(质量比为3:1:1的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚)、稳泡剂、pH调节剂、甲醇。

凝析油500mL。

实验器材：吴茵混调器，电子天平(感量1mg)，电子秒表，水浴锅，500mL烧杯若干，100mL量筒。

实验方法：

用量筒取100mL自配盐水，放入500mL烧杯中；

用电子天平按制备顺序在烧杯里分别加入一定量的淀粉、EDTA(乙二胺四乙酸)、pH调节剂、CAB35(椰油酰胺丙基甜菜碱)、助泡剂、稳泡剂和甲醇，搅拌均匀，得到发泡剂；

用量筒取凝析油备用，按自配盐水体积的10％，20％，30％量取。

将发泡剂和凝析油相继加入吴茵混调器中，以750转/分搅拌1分30秒后，将泡沫倒入1000mL量筒中即可测量发泡体积，发泡倍数为泡沫体积对比发泡剂体积。

同时用秒表开始计时，记录泡沫析出50ml水的时间即为泡沫半析水期。实验结果如表1所示。

表1

从表1可以看出，耐高盐发泡剂的耐矿化度范围可达50000mg/L-200000mg/L，耐硬度可达1000mg/L-20000mg/L，抗凝析油含量可达10％-30％，发泡体积达到4-8倍。现场应用时可根据不同情况选择不同配方。

实施例2

本实施例提供了如表2所示的耐高盐发泡剂的携液量测试评价实验。

实验材料：

自配盐水(矿化度200000mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺总含量20000mg/L)500mL。

凝析油500mL。

实验器材：恒温携液仪，500mL烧杯若干，100mL量筒

实验方法：

用自配盐水按发泡剂配置顺序配置5组不同含量发泡剂，每组100mL；

用量筒取凝析油备用，按自配盐水体积的10％，20％，30％量取；

将携液仪预热并恒温在80±1℃，打开充气泵，充入每分钟8L气体，将已预热好的待测样液倒入恒温携液仪中，使溶液起泡，用集液器收集带出的液体，直到无泡沫带出为止，量取带出液体的体积(携液率＝带出液体体积/样液总体积×100％)，即为该实验样品的携液能力。实验结果如表2所示。

表2

从本实施例可以看出改配方的携液量为60％-85％，其中发泡剂和助泡剂的浓度越高，携液率效果越好。

实施例3

东坪305：该气井位于东坪3井区，地层水矿化度123263mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺的总含量11569mg/L，从地层水性分析可知该井地层水属于高矿化度，高硬度。该井出水前，日产气1.2万方/d，出水后日产气仅日产气0.5万方，日产液2t，产凝析油0.4t，产水1.6t，含油20％，油压2.6MPa，套压7.1MPa。出水问题影响该井的生产，为此对其加入发泡剂，排水生产。

(1)由于东坪305气井每天生产1.6t的高矿化水，因此现场准备自配2.4t的高矿化水(矿化度123200mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺总含量为11500mg/L)，自配矿化水加井下水共4t；

(2)按4t的液量准备发泡剂；

(3)在自配矿化水中加入质量分数0.3％淀粉(0.012t)和1.0％EDTA(0.04t)，加热至80℃，用电动搅拌器，不断搅拌，转速150转/分钟，待溶液透明，变至粘稠，停止搅拌；

(4)停止加热，将溶液放置，待其冷却；

(5)取质量分数2.0％的CAB35发泡剂(0.08t)，加入至溶液中，手动搅拌均匀；

(6)取质量分数1.0％助泡剂(0.04t)，加入至溶液中，手动搅拌均匀；采用的助泡剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚混合物，其中，聚氧乙烯辛基苯酚醚-10为0.024t，硬脂酰胺为0.012t，茶多酚为0.012t；

(7)取质量分数0.2％稳泡剂(瓜尔胶0.008t)加入至溶液中，手动搅拌均匀，稳泡剂为；

(8)取质量分数0.08％柠檬酸(0.0032t)加入至溶液中，手动搅拌均匀，用试纸测试，待pH至调节至7.5时，停止搅拌；

(9)取质量分数0.2％甲醇溶液(0.008t)加入至溶液手动搅拌均匀，复配发泡剂配置完毕；

(10)用柱塞泵将复配发泡剂注入井中。

实施泡排后，该井日产气恢复至1.1万方/d，日产液0.1t，油压4.6MPa，套压10.1MPa，恢复正常生产。

实施例4

东坪301：该气井位于东坪3井区，地层水矿化度155930mgL，Ca²⁺、Mg²⁺总含量为15206mg/L，从地层水性分析可知该井地层水属于高矿化度，高硬度。该井出水前，日产气2.7万方/d，出水后日产气仅日产气0.7万方，日产液4t，产凝析油0.9t，产水3.1t，含油22.5％，油压1.8MPa，套压6.3MPa。出水问题影响该井的生产，为此对其加入发泡剂，排水生产。

(1)由于东坪301气井每天生产3.1t的高矿化水，因此现场准备自配6.9t的高矿化水(矿化度155900mg/L，Ca²⁺、Mg²⁺含量15200mg/L)，自配矿化水加井下水共10t；

(2)按10t的液量准备发泡剂；

(3)在自配矿化水中加入质量分数0.4％淀粉(0.04t)和1.2％EDTA(0.12t)，加热至80℃，用电动搅拌器，不断搅拌，转速150转/分钟，待溶液透明，变至粘稠，停止搅拌；

(4)停止加热，将溶液放置，待其冷却；

(5)取质量分数2.2％的CAB35发泡剂(0.22t)，加入至溶液中，手动搅拌均匀；

(6)取质量分数1.0％助泡剂(0.1t)，加入至溶液中，手动搅拌均匀；采用的助泡剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚混合物，其中，聚氧乙烯辛基苯酚醚-10为0.06t，硬脂酰胺为0.02t，茶多酚为0.02t；

(7)取质量分数0.3％瓜尔胶0.3t加入至溶液中，手动搅拌均匀；

(8)取质量分数0.1％柠檬酸0.01t加入至溶液中，手动搅拌均匀，用试纸测试，待PH至调节至7.5时，停止搅拌；

(9)取质量分数0.2％甲醇溶液(0.02t)加入至溶液手动搅拌均匀，复配发泡剂配置完毕；

(10)用柱塞泵将复配发泡剂注入井中。

实施泡排后，该井日产气恢复至2.3万方/d，日产液0.3t，油压5.1MPa，套压11.1MPa，恢复正常生产。

目前矿场上的发泡剂采用的都是常规发泡剂组合，例如发泡剂+稳泡剂等，这种在中、低矿化度(低于30000mg/L)条件下的起泡性能比较好，而在较高矿化度条件下发泡剂的起泡和稳泡性能变差甚至失效，剧烈搅动后起泡性降低，生成的泡沫稳定性变差，携液量少，从而影响泡排施工工艺的效果。同时凝析油具有强烈的消泡作用，目前常规发泡剂在含凝析油较高(比如20％)的气井中起泡少而且稳定性差，携液少，排水采气的效果不显著。

而本发明的发泡剂能够兼具耐高矿化度、抗凝析油性能，耐矿化度达100000mg/L，耐硬度达20000mg/L，抗凝析油含量达30％与气液组分不发生反应，利于现场气井的规模化应用。

Claims

1.一种耐高盐发泡剂，其特征在于，以该耐高盐发泡剂的各原料的质量百分比之和为100％计，该耐高盐发泡剂的原料组成为：0.2％-0.5％的淀粉、0.3％-1.0％的乙二胺四乙酸、1.0％-2.5％的椰油酰胺丙基甜菜碱、0.5％-1.0％的助泡剂、0.05％-0.5％的稳泡剂、0.05％-0.2％的pH调节剂、0.1％-0.2％的甲醇和余量的高矿化度水。

2.根据权利要求1所述的耐高盐发泡剂，其特征在于，所述助泡剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的耐高盐发泡剂，其特征在于，所述助泡剂为质量比为2.5-3.5:0.5-1:0.5-1的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚。

4.根据权利要求3所述的耐高盐发泡剂，其特征在于，所述助泡剂为质量比为3:1:1的聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、硬脂酰胺和茶多酚。

5.根据权利要求1所述的耐高盐发泡剂，其特征在于，所述稳泡剂为钠基膨润土、有机膨润土、硅藻土、硅凝胶、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原胶中的一种或是几种的组合；优选地，所述稳泡剂为瓜尔胶。

6.根据权利要求1所述的耐高盐发泡剂，其特征在于，所述pH调节剂为柠檬酸、乳酸、苹果酸、冰乙酸、磷酸、盐酸、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸一钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或是几种的组合；优选地，所述pH调节剂为柠檬酸。

7.根据权利要求1所述的耐高盐发泡剂，其特征在于，所述高矿化度水的矿化度为50000mg/L-200000mg/L。

8.权利要求1-7任一项所述的耐高盐发泡剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤一：向所述高矿化度水中分别加入淀粉、乙二胺四乙酸，加热至70℃-85℃，在100转/min-200转/min的转速下搅拌5min-10min，冷却，得到混合溶液；

步骤二：向所述混合溶液中分别加入椰油酰胺丙基甜菜碱、助泡剂、稳泡剂、pH调节剂和甲醇，搅拌，得到所述耐高盐发泡剂。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，加热的温度为80℃。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，搅拌速度为150转/min。