CN110791273A

CN110791273A - 一种气井泡排剂组合物、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN110791273A
Application number: CN201910975642.6A
Authority: CN
Inventors: 韩庆建; 王文栋; 孙春同; 孙霜青; 任平平; 胡松青; 孙志强; 孙新元
Original assignee: Dongying Shi Purui Petroleum Works Technology Co Ltd; China University of Petroleum East China
Current assignee: Dongying Shi Purui Petroleum Works Technology Co Ltd; China University of Petroleum East China
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: CN110791273B

Abstract

本发明公开了一种气井泡排剂组合物、制备方法及其应用，属于油气田化学剂技术领域。主要解决了现有技术中泡排剂在高温高盐高矿化度情况下排水采气过程中泡沫稳定性以及携水能力差等技术性问题。该组合物包括以下组分：质量分数为40％的阴离子表面活性剂；质量分数为45％的自制的CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺；质量分数为10％的自制的聚合物AM‑NVP‑AS；质量分数为5％的泡沫稳定剂及乙醇。本发明泡排剂在高温、高矿化度地层水中具有响应性的同时，兼具发泡性能好，半衰期长，携液能力大等性能，较好的解决了高温高盐气井的排水采气问题，本发明的原料价格低廉且易于获得原料低毒低刺激性，生产制备简单，可应用于气井排水采气工业。

Description

一种气井泡排剂组合物、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于油气田化学剂技术领域，具体涉及一种气井泡排剂组合物、制备方法及其应用。

背景技术

随着对气田的持续开发，近年来国内大部分气井均出现了井筒积液的现象。井筒积液会导致气井内回压增大，采气量下降，甚至压死气井，严重影响气田的开发和生产。为解决这一问题，泡沫排水采气、优选管柱排水采气、有杆泵排水采气、气举排水采气等工艺得到了广泛的应用。在诸多排水采气工艺中，泡沫排水采气因具有操作简便、成本低、见效快等优点，应用井数占80％以上，成为维护产水气井稳定生产的最有效手段。然而，泡沫排水采气过程中会生成大量泡沫，这些泡沫在到达地面后难以消除，即使加入消泡剂，也存在消泡缓慢、不彻底等问题。另外，由于凝析油的存在，产出液中很容易生成乳化物，这给后期处理带来诸多问题。智能响应型泡排剂生成泡沫后可通过外部刺激实现自动消泡及乳化物破乳，从而避免泡沫排水采气过程中出现的上述问题。CO₂响应型表面活性剂是一类以CO₂为环境触发器的表面活性剂，通过向溶液中通入和排出CO₂，能够对溶液表面活性的“有”或“无”进行控制。该种表面活性剂具有绿色、廉价、可再生及低耗能等优点。

现有技术有关气井泡排剂方面的研究报道主要有：

CN108690590A公开了一种气井泡排剂及其制备方法和应用，以质量份数计，包含下列组分：(1)0.01～1份阴离子表面活性剂；(2)0.01～1份两性离子表面活性剂；(3)0.01～0.5份泡沫稳定剂，该泡排剂在高温、高盐、高凝析油、酸性地层水中发泡性能好，半衰期长，携液量大，能解决高温、高盐、酸性、凝析气井的排水采气问题。

CN109679637A公开了一种超深气井采用固体泡沫排水剂组合物排水采气的方法，其主要方法步骤包括：(1)将固体泡沫排水剂组合物与水混合得到泡沫排水剂溶液；(2)将泡沫排水剂溶液或泡沫排水剂溶液与油的混合溶液与气体充分接触，形成泡沫流体，将水或油水混合物驱替出来；固体泡排剂组合物包括：1份式(1)所示多胺聚醚化合物、0.01～100份助表面活性剂、0.05～1000份固形填料及0～0.5份黏合剂。

上述现有技术虽然取得了一定的进步，但是由于气田普遍存在高温、高盐等苛刻环境，当前已报道的CO₂响应型表面活性剂不能直接作为泡排剂在现场使用，需要对其在具备良好的CO₂响应性的基础上进行改性设计，以达到耐温抗盐的效果。

发明内容

为了解决现有的气井在开发过程中容易出现的积液过多，导致气井减产甚至停喷的问题，本发明提供了一种具有很好的耐温抗盐性能、起泡性能和高效的携液能力的气井泡排剂组合物。

为了解决上述技术问题，本发明的任务之一在于提供一种气井泡排剂组合物，其采用了以下技术方案：

一种气井泡排剂组合物，其包括以下组分：

(1)质量分数为40％的阴离子表面活性剂；

(2)质量分数为45％的自制的CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺；

(3)质量分数为10％的自制的聚合物AM-NVP-AS；

(4)质量分数为5％的泡沫稳定剂及乙醇；

其中：

所述的CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺的分子通式如(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中R₂为C8～C20的烷基，b为乙氧基的个数；

所述的聚合物AM-NVP-AS具有以下分子结构，如(Ⅱ)所示：

进一步的，上述的阴离子表面活性剂具有以下分子通式，如(Ⅲ)所示：

式(Ⅲ)中：R₁为C8～C20的脂肪基；M选自碱金属离子、铵根离子、碱土金属离子或者氢离子中的至少一种；m为磺酸基团的个数，其取值范围为1～5中任意一个整数；a是M的个数。

进一步的，上述的R₁选自C8～C20的烷基或C8～C20的烯基；M选自-NH₄ ⁺、Na⁺、Mg²⁺中的至少一种。

进一步的，上述的M选自Na⁺、NH₄ ⁺中的至少一种。

进一步的，上述的R₂为选自C8～C16的烷基，b的取值范围为b≥2。

本发明的任务之二在于提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，依次包括以下步骤：

S1、CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺的合成

a、在反应瓶中加入R₃-Br和H(OCH₂CH₂)_bOH(b为乙氧基的个数b≥2)在N₂保护下进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、磺化试剂按照摩尔比3:1～2进行混合，之后与二甲基胺在反应釜中进行反应，得到目标产物烷基聚氧乙烯醚基叔胺，所述磺化试剂为卤代磺酸及其盐；

S2、聚合物AM-NVP-AS的合成

聚合物的合成采用自由基聚合的方法，原料丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、烯丙基磺酸钠按照1:1:1的比例在三口烧瓶中进行反应，通过沉淀法得到聚合物；

S3、气井泡排剂组合物的制备

将阴离子表面活性剂、稳泡剂、步骤S1制备所得CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺及步骤S2制备所得聚合物按所需质量份数与水和乙醇均匀混合，即得。

进一步的，步骤S1中，在反应温度为150～180℃左右反应7～9小时。

进一步的，步骤S2中，反应在N₂保护下，温度130～150℃条件下聚合18～24小时；采用亚硫酸氢盐作为引发物。

本发明的再一任务在于提供上述一种气井泡排剂组合物在排水采气中的应用。

进一步的，上述的应用为矿化度低于150000mg/L，温度低于80℃的气井。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)本发明的耐温抗盐响应型排水采气用泡排剂所用的烷基聚氧乙烯醚叔胺具有较好的CO₂/N₂开关性能，在烷基叔胺的基础上引入乙氧基，使分子具有较好的耐盐性能，但由于叔胺起泡能力较弱，所以我们选用具有较好的发泡性能和泡沫稳定性能的阴离子表面活性剂，其能够与响应后质子化的叔胺具有较好的协同作用，增强泡沫的携液能力和稳定能力，聚合物的加入可以有效地增加泡沫体系在高温状态下的的黏度，同时形成致密的聚合物膜，抑制起泡的聚并和歧化，从而增加泡沫在高温状态下的稳定性。

(2)采用本发明的技术方案，所述泡排剂组合物可适用于矿化度低于150000mg/L，温度低于80℃的气井。根据SY/T 6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》对该泡排剂进行泡沫性能测试，起泡高度大于200mm，携液量大于150mL，具有良好的起泡性能、泡沫稳定性及携液能力，取得了较好的技术效果。

(3)本发明在叔胺响应型表面活性剂的基础上引入了乙氧基片段，提高了分子本身的耐盐性能，阴离子表面活性剂分子中多个活性基团使其具有较高的界面活性，起泡性能较好，泡沫稳定好，此两者复配在保证了体系的CO₂/N₂的响应性的基础上，提高了体系的耐盐性能。针对高温环境进一步复配自主合成的耐温聚合物，提供了一种耐温抗盐泡排剂，大大提高了泡沫在高温高盐气井中稳定性，较好的解决了高温高矿化度气井的排水采气问题。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明CO₂/N₂开关响应原理图。

具体实施方式

本发明提出了一种气井泡排剂组合物、制备方法及其应用，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

首先，本发明所需主要原料中，阴离子表面活性剂、泡沫稳定剂及乙醇均通过商业渠道购买获得。

CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺(烷基聚氧乙烯醚基叔胺)、聚合物AM-NVP-AS通过自制得到。

一种耐温抗盐排水采气用泡排剂组合物，以质量分数计，包括以下组分：

(1)40％阴离子表面活性剂；

(2)45％自主合成CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺；

(3)10％自主合成的聚合物AM-NVP-AS；

(4)5％泡沫稳定剂以及乙醇溶液。

上述技术中所述的阴离子表面活性剂具有以下分子通式：

式中：R₁选自C8～C20的烷基、C8～C20的烯基；M为使式所示分子呈现电中性的阳离子基团即可。

上述技术方案中，M使式为电中性的离子基团可以但不限定为NH₄ ⁺、Na⁺、Mg²⁺中的至少一种.进一步优选为Na⁺、NH₄ ⁺中的至少一种。

上述技术方案中，所述R₁为C8～C20的脂肪基，可以含有酰基、羰基、醚基、羟基等基团，可以是饱和碳链，也可以含有不饱和碳链，作为优选R₁的优选方案为C8～C16的烷基、C8～C16的烯基。

上述技术中所述的CO₂/N₂开关响应型叔胺具有以下分子通式：

式中：R₂为C8～C20的烷基，b为乙氧基的个数其中R₂优选为C8～C16的烷基，b的取值范围为b≥2。

上述技术方案中所述的自主合成聚合物具有以下分子结构：

上述技术方案中,气井泡排剂组合物在制备时，水没有严格要求所述水可以是去离子水、淡水、盐水、油田采出水及地层模拟水。

一种耐温抗盐排水采气用泡排剂组合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺的合成

a、在三口烧瓶中加入R₃-Br和H(OCH₂CH₂)_bOH,在N₂保护下进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、磺化试剂按照摩尔比3:(1～2)进行混合，之后与二甲基胺在水热反应釜中进行反应，在反应温度为150～180℃左右反应7～9小时，得到目标产物烷基聚氧乙烯醚基叔胺，所述磺化试剂为卤代磺酸及其盐。

(2)聚合物AM-NVP-AS的合成

聚合物的合成采用自由基聚合的方法，原料按照1:1:1的比例在三口烧瓶中进行，反应在N₂保护下大约130～150℃条件下聚合18～24小时，产物通过沉淀法得到产物。所述引发剂为亚硫酸氢盐。

(3)泡排剂组合物的制备

将阴离子表面活性剂、CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺、聚合物AM-NVP-AS和稳泡剂按所需质量份数与水和乙醇均匀混合得到耐温抗盐CO₂/N₂开关响应型泡沫排水剂组合物。

上述一种耐温抗盐排水采气用泡排剂组合物在排水采气中的应用。

上述应用并无特殊限制，本领域技术人员可以根据现有技术中的排水采气工艺技术加以应用，例如但不限定所述应用适用气井的地层水矿化度小于150000ppm，适用温度小于等于80℃。

为了更好的理解本发明，以下结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

组合物1的制备，制备步骤：

(1)耐盐响应型叔胺的合成

a、在三口烧瓶中加入13gC₁₂H₂₅Br和22g乙二醇进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将12g烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、与35g二甲基胺水溶液在水热反应釜中进行反应，在反应温度为165℃左右反应8小时，得到目标产物十二烷基聚氧乙烯醚基叔胺。

(2)泡排剂组合物的制备

将十二烷基聚氧乙烯醚基叔胺、阴离子表面活性剂、自主合成的聚合物AM-NVP-AS按照质量比1:1:1溶解在矿化度为50000mg/L，pH为7的乙醇与水的混合液中，混合均匀得到泡排剂组合物1，生成的泡沫在63℃环境下进行自然消泡。组分结构如表1所示。

实施例2：

组合物2的制备，制备步骤：

(1)耐盐响应型叔胺的合成

a、在三口烧瓶中加入10gC₁₀H₂₁Br和22g乙二醇进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将12g烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、与38g二甲基胺水溶液在水热反应釜中进行反应，在反应温度为165℃左右反应7.5小时，得到目标产物十二烷基聚氧乙烯醚基叔胺。

(2)泡排剂组合物的制备

将十烷基聚氧乙烯醚基叔胺、阴离子表面活性剂、自主合成的聚合物AM-NVP-AS按照质量比2:1:1溶解在矿化度为80000mg/L，pH为7的乙醇与水的混合液中，混合均匀得到泡排剂组合物2，生成的泡沫在65℃环境下进行自然消泡。组分结构如表1所示。

实施例3：

组合物3的制备，制备步骤：

(1)耐盐响应型叔胺的合成

a、在三口烧瓶中加入15gC₁₄H₂₉Br和22g乙二醇进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将12g烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、与44g二甲基胺水溶液在水热反应釜中进行反应，在反应温度为170℃左右反应7小时，得到目标产物十四烷基聚氧乙烯醚基叔胺。

(2)泡排剂组合物的制备

将十烷基聚氧乙烯醚基叔胺、阴离子表面活性剂、自主合成的聚合物AM-NVP-AS按照质量比1:2:1溶解在矿化度为120000mg/L，pH为7的乙醇与水的混合液中，混合均匀得到泡排剂组合物3，生成的泡沫在68℃环境下进行自然消泡。组分结构如表1所示。

实施例4：

组合物4的制备，制备步骤：

(1)耐盐响应型叔胺的合成

a、在三口烧瓶中加入13gC₁₂H₂₅Br和26g三乙二醇进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将12g烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、与35g二甲基胺水溶液在水热反应釜中进行反应，在反应温度为165℃左右反应6小时，得到目标产物十二烷基聚氧乙烯醚基叔胺。

(2)泡排剂组合物的制备

将十二烷基聚氧乙烯醚基叔胺、阴离子表面活性剂、自主合成的聚合物AM-NVP-AS按照质量比1:0.8:2溶解在矿化度为100000mg/L，pH为7的乙醇与水的混合液中，混合均匀得到泡排剂组合物4，生成的泡沫在70℃环境下进行自然消泡。组分结构如表1所示。

实施例5：

组合物5的制备，制备步骤：

(1)耐盐响应型叔胺的合成

a、在三口烧瓶中加入10gC₁₀H₂₁Br和22g三乙二醇进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将12g烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、与40g二甲基胺水溶液在水热反应釜中进行反应，在反应温度为160℃左右反应7小时，得到目标产物十二烷基聚氧乙烯醚基叔胺。

(2)泡排剂组合物的制备

将十烷基聚氧乙烯醚基叔胺、阴离子表面活性剂、自主合成的聚合物AM-NVP-AS按照质量比3:2:1溶解在矿化度为150000mg/L，pH为7的乙醇与水的混合液中，混合均匀得到泡排剂组合物5，生成的泡沫在75℃环境下进行自然消泡。组分结构如表1所示。

实施例6：

组合物6的制备，制备步骤：

(1)耐盐响应型叔胺的合成

a、在三口烧瓶中加入15gC₁₄H₂₉Br和26g三乙二醇进行反应，得到烷基聚氧乙烯醚基醇中间体；

b、将12g烷基聚氧乙烯醚基醇中间体、与44g二甲基胺水溶液在水热反应釜中进行反应，在反应温度为160℃左右反应9小时，得到目标产物十四烷基聚氧乙烯醚基叔胺。

(2)泡排剂组合物的制备

将十烷基聚氧乙烯醚基叔胺、阴离子表面活性剂、自主合成的聚合物AM-NVP-AS按照质量比4:1:3溶解在矿化度为120000mg/L，pH为7的乙醇与水的混合液中，混合均匀得到泡排剂组合物6，生成的泡沫在72℃环境下进行自然消泡。组分结构如表1所示。

实施例7：

参照SY/T6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》标准，测定泡排剂的起泡力、泡沫稳定性、携液能力等性能。结果见表2所示。

对比例1：

使用:实施例5中合成的响应型烷基聚氧乙烯醚基叔胺和阴离子表面活性剂，不加入自主合成的聚合物AM-NVP-AS，按质量比3:2溶解在矿化度150000mg/L，pH值为7的水中，混合均匀，制备成泡排剂组合物，生成的泡沫在75℃环境下进行自然消泡。同实施例11进行泡沫排水性能试验，结果见表3所示。

对比例2：

使用实施例5中合成的响应型烷基聚氧乙烯醚基叔胺和阴离子表面活性剂，加入聚丙烯酰胺，按质量比3:2:1溶解在矿化度150000mg/L，pH值为7的水中，混合均匀，制备成泡排剂组合物，生成的泡沫在75℃环境下进行自然消泡。同实施例11进行泡沫排水性能试验，结果见表3所示。

对比例3：

使用实施例5中自主合成的聚合物AM-NVP-AS，与阴离子表面活性剂和市场买到的十二烷基叔胺按质量比1:2:3溶解在矿化度150000mg/L，pH值为7的水中，混合均匀，制备成泡排剂组合物，生成的泡沫在75℃环境下进行自然消泡。同实施例11进行泡沫排水性能试验，结果见表3所示。

对比例4：

使用实施例5中合成的响应型烷基聚氧乙烯醚基叔胺和油酸钠，加入自主合成的聚合物AM-NVP-AS，按质量比3:2:1溶解在矿化度150000mg/L，pH值为7的水中，混合均匀，制备成泡排剂组合物，生成的泡沫在75℃环境下进行自然消泡。同实施例11进行泡沫排水性能试验，结果见表3所示。

表1实施例中泡排剂组合物的组分和结构

表2实施例中泡排剂组合物的泡沫性能

泡排剂	罗氏起泡高度(mm)	5min泡沫高度(mm)	泡沫半衰期(s)	携液量(ml)
					1	279	258	358	176
2	259	236	337	163
					3	268	249	342	155
4	261	249	349	169
					5	272	257	326	148
6	250	245	336	157

表3比较例中泡排剂组合物的泡沫性能

泡排剂	罗氏起泡高度(mm)	5min泡沫高度(mm)	泡沫半衰期(s)	携液量(ml)
					对比例1	273	246	136	59
对比例2	264	239	153	76
					对比例3	255	237	253	113
对比例4	258	238	239	86

本发明气井泡排剂组合物的其响应原理如图1所示。该泡排剂在高温、高矿化度地层水中具有响应性的同时，兼具发泡性能好，半衰期长，携液能力大等性能，较好的解决了高温高盐气井的排水采气问题，本发明的原料价格低廉且易于获得原料低毒低刺激性，生产制备简单，可应用于气井排水采气工业。

本发明未述及的部分借鉴现有技术即可实现。

需要说明的是，本领域技术人员在本发明的启示下所作出的等同替换均应当在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种气井泡排剂组合物，其特征在于，其包括以下组分：

(1)质量分数为40％的阴离子表面活性剂；

(2)质量分数为45％的自制的CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺；

(3)质量分数为10％的自制的聚合物AM-NVP-AS；

(4)质量分数为5％的泡沫稳定剂及乙醇；

其中：

所述的CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺的分子通式如(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中R₂为C8～C20的烷基，b为乙氧基的个数；

所述的聚合物AM-NVP-AS具有以下分子结构，如(Ⅱ)所示：

2.根据权利要求1所述的一种气井泡排剂组合物，其特征在于：所述的阴离子表面活性剂具有以下分子通式，如(Ⅲ)所示：

3.根据权利要求2所述的一种气井泡排剂组合物，其特征在于：所述的R₁选自C8～C20的烷基或C8～C20的烯基；M选自-NH₄ ⁺、Na⁺、Mg²⁺中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种气井泡排剂组合物，其特征在于：所述的M选自Na⁺、NH₄ ⁺中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种气井泡排剂组合物，其特征在于：所述的R₂为选自C8～C16的烷基，b的取值范围为b≥2。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种气井泡排剂组合物的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

S1、CO₂/N₂开关耐盐响应型叔胺的合成

S2、聚合物AM-NVP-AS的合成

S3、气井泡排剂组合物的制备

7.根据权利要求6所述的一种气井泡排剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤S1中，在反应温度为150～180℃左右反应7～9小时。

8.根据权利要求6所述的一种气井泡排剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤S2中，反应在N₂保护下，温度130～150℃条件下聚合18～24小时；采用亚硫酸氢盐作为引发物。

9.根据权利要求1～5任一项所述的一种气井泡排剂组合物在排水采气中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的应用为矿化度低于150000mg/L，温度低于80℃的气井。