CN111088019B - 强化耐高温泡沫排水剂组合物及其制备方法和采气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种强化耐高温泡沫排水剂组合物及其制备方法和采气方法。主要解决低压高温深气井在开发后期由于气量减少，井底积液难以高效排出，气井减产甚至停喷的问题。本发明采用一种泡沫排水剂组合物，以质量份数计，包括以下组分：(1)1份的烷基胺聚醚；(2)0.1～50份的烃基聚醚甜菜碱；(3)0.1～100份的强化助剂A；(4)0.1～100份的强化助剂B的技术方案，较好地解决了该问题，可用于低压高温深气井排水采气工业中。
Description
技术领域
本发明涉及一种强化耐高温泡沫排水剂组合物及其制备方法，特别是一种针对低压高温深气井的强化耐高温泡沫排水剂组合物及其制备方法。
背景技术
随着气田开采进入开发后期，产气压力逐渐下降，产水气井逐年增加，井筒积液日益严重，导致气井产量不断下降，甚至出现水淹井现象，成了制约气井正常生产的关键问题。泡沫排水采气是近年来国内外迅速发展的一种排水采气技术，具有设备简单、施工方便、成本低、适用井深范围大、不影响气井正常生产等优点。泡沫排水就是通过油管或油套管环空向井内注入泡沫排水剂，在气流的搅动下，产生具有一定稳定性的泡沫。管内滑脱沉积的液相变为泡沫，改变管内低部位流体的相对密度，连续生产的气相驱替泡沫流出井筒，从而排出井内积液，达到排水采气的目的。
然而目前现场使用的泡沫排水剂多数需要借助井底气体自身的搅动以及加入的表面活性剂来产生泡沫，从而将积液带出气井。随着气田开发的深入，有越来越多的气井处于开发中后期，其自身产气量严重下降，积液变多且自身携液能力差。在这种情况下，传统泡沫排水剂往往因气源压力不足导致泡沫生成困难，排水性能下降。
在已公布的现有的泡沫排水剂中，专利CN 104498013B公布了一种利用碳酸氢钠、酒石酸为产气剂，无患子皂苷、脂肪酸甲酯磺酸钠、羟基亚乙基二磷酸混合物为表面活性剂的泡沫排水剂。CN103867170A公布了一种碳酰肼、乙二胺或甲酰胺与次氯酸钠、亚硝酸金属盐，或碳酸氢铵为产气剂，阴离子或非离子高分子为表面活性剂的缓蚀泡排棒。以上两篇专利使用大剂量的产气剂，投入气井并在积液中短时间内产生大量气体，以提供排水动力，实现排液目的。但是这种方法使用药剂量非常大，排出液处理不当还可能造成环境污染。
另一方面，我国存在大量埋藏深度较深的天然气井，而目前排水采气用泡排剂大多采用多元复配体系，为了增强单一泡沫的稳定性，配方中通常还加入碱、醇、聚合物、烷醇酰胺等助剂形成强化泡沫。US7122509报道了一种高温泡排剂配方，采用阴离子表面活性剂加胺中和的研究思路，提高体系的耐温性能。US20120279715报道了一种气井中回收气体增加油产量的泡沫流体，是一类含酰胺基团季铵盐表面活性剂兼具泡排和杀菌功能，疏水链为取代萘环、苯环或天然油酯中的疏水片段，具有很强的耐氯和抗凝析油的性能，还具有很好的缓蚀性能。然而由于分子结构中含有对高温较为敏感的酰胺基团，因而对100℃以上的气井适应性较差。
所以，一种适合在低产气高温深井中使用的强化耐高温泡沫排水剂组合物有着很好的市场需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中对于开发中后期产气量较低的气井，泡排剂泡沫生成能力不足，携液效率低的问题，以及现有技术中气井开发过程中现有自生气泡沫排水方法中药剂使用量大、成本高且排出液处理困难的问题，和针对高温深气井，传统泡排剂耐温性能差，遇高温易分解的问题，提供一种适合低压高温深气井排水采气用的强化耐高温泡沫排水剂组合物，该组合物具有在产气量较低的气井，具有良好的泡沫生成能力和较高的携液效率，而且具有用量较低、成本低且易排液处理，以及耐高温等优点。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决上述技术问题之一相对应的适合低压高温深气井排水采气用的强化耐高温泡沫排水组合物的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种排水采气的方法，采用上述解决技术问题之一所述的泡沫排水剂组合物或由上述解决技术问题之二所述的制备方法制得的泡沫排水剂组合物。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种排水采气用强化耐高温泡沫排水剂组合物，以质量份数计，包括以下组分：
(1)1份的烷基胺聚醚；
(2)0.1～50份的烃基聚醚甜菜碱；
(3)0.1～100份的强化助剂A；
(4)0.1～100份的强化助剂B。
上述技术方案中，所述烷基胺聚醚的分子通式优选为：
其中，R1为C8～C20的烷基中的任意一种；m，n，p，q为独立选自0～20的任意数，m+n≥1。进一步，m+p优选为1～5的任意数，n+q优选为5～15的任意数。
上述技术方案中，所述烃基聚醚甜菜碱的分子通式优选为：
其中，R1为C10～C26的脂肪基或C10～C26的芳香基；x＝0～20，y＝0～60；R2、R3选自C1～C4的亚烷基；R4、R5独立选自C1～C5的烷基、取代烷基中的任意一种；Y选自使式(II)所示分子呈电中性的阴离子基团。进一步，R1优选为C10～C20的烷基、C10～C20的烷基苯，R5优选为C2H4或C3H6，y优选大于0。
上述技术方案中，所述Y只要是使分子通式(II)呈电中性的阴离子基团即可，例如但不限定Y优选自-COO—、-SO3 —、-HPO4 —中的至少一种，进一步优选为-COO—、-SO3 —中的至少一种。
上述技术方案中，所述强化助剂A选自水溶性含氨基化合物，进一步优选为季铵盐或有机胺，更优选为氯化铵、碳酸氢铵、尿素、缩二脲的至少一种。
上述技术方案中，所述强化助剂B优选为水溶性含氮氧化合物，进一步优选为亚硝酸盐，最优选为亚硝酸钠。
为了解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案为：一种排水采气用强化耐高温泡沫排水剂组合物的制备方法，将上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的泡沫排水剂组合物中所述的烷基胺聚醚、烃基聚醚甜菜碱、强化助剂A、强化助剂B按照所述质量份数混合均匀，得到所述的排水采气用强化耐高温泡沫排水剂组合物。
上述技术方案中，所述的排水采气用强化耐高温泡沫排水剂组合物可以将所述量的烷基胺聚醚、烃基聚醚甜菜碱、强化助剂A、强化助剂B混合均匀得到，也可以将所述量的烷基胺聚醚、烃基聚醚甜菜碱、强化助剂A、强化助剂B与水混合均匀得到，例如但不限定将所述量的烷基胺聚醚、烃基聚醚甜菜碱、强化助剂A、强化助剂B与水混合均匀，得到所述的泡沫排水剂组合物，以所述的烷基胺聚醚、烃基聚醚甜菜碱、强化助剂A、强化助剂B总的质量计，得到的所述泡沫排水剂组合物中，所述的烷基胺聚醚、烃基聚醚甜菜碱、强化助剂A、强化助剂B的质量浓度为0.3～100g/L；所述水可以是淡水、盐水以及地层采出水等。
为解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：一种排水采气的方法，其特征在于采用上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的泡沫排水剂组合物或由上述解决技术问题之二所述技术方案中任一所述的制备方法制得的泡沫排水剂组合物。
上述技术方案中，所述排水采气方法，并无特殊要求，本领域技术人员可以根据实际应用环境，对本发明泡沫排水剂组合物进行使用；例如但不限定所述排水采气方法特别适用于高温深气井排水采气。
本发明泡沫排水剂组合物所使用的强化助剂用量远远低于传统自生气型泡沫排水剂，大大节省药剂成本。只需较少量强化助剂与表面活性剂组合配成溶液后一起使用，操作简单。表面活性剂生成泡沫的同时不断释放气体，在泡沫排水携液过程中直接对泡排体系增能，最大程度发挥产气药剂的效能。
上述技术方案中，所述组合物应用中气井温度可高达180℃。
本发明方法的强化耐高温泡沫排水剂组合物具有很好的配伍性，还可以含有本领域常用的其它处理剂，如表面活性剂、聚合物，碱等采油助剂。
本发明方法的泡沫排水剂组合物中烷基胺聚醚和烃基聚醚甜菜碱的热分解温度在200℃，在水溶液中不水解；其次，组合物中同时含有多个亲水基团，多亲水基使得泡沫剂携带的结合水和束缚水的量增加，泡沫携液量增强，析液减慢，使得其可以应用于180℃的高温深井排水采气过程中。
采用本发明的技术方案，根据SY/T 6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》对该泡沫排水剂进行泡沫性能测试，在100,000mg/L矿化度盐水中，180℃下，起泡高度大于140mm，携液量大于140mL，具有良好的耐高温、起泡性能和携液能力，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
图1为携液量测定装置(夹套容器高度为1米)。
具体实施方式
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】
在常温常压下，将烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物20克、氯化铵1克、亚硝酸钠50克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-1.，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例2】
在常温常压下，将烷基胺聚醚5克、长链聚醚含氮化合物50克、氯化铵10克、亚硝酸钠80克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-2.，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例3】
在常温常压下，将烷基胺聚醚50克、长链聚醚含氮化合物10克、氯化铵50克、亚硝酸钠5克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-3.，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例4】
在常温常压下，将烷基胺聚醚20克、长链聚醚含氮化合物20克、氯化铵70克、亚硝酸钠2克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-4.，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例5】
在常温常压下，将烷基胺聚醚20克、长链聚醚含氮化合物10克、氯化铵100克、亚硝酸钠30克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-5.，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例6】
在常温常压下，将烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物30克、氯化铵30克、亚硝酸钠30克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-6，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例7】
在常温常压下，将烷基胺聚醚1克、长链聚醚含氮化合物50克、碳酸氢铵40克、亚硝酸钠40克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-7，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例8】
在常温常压下，将烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物20克、碳酸氢铵5克、亚硝酸钠50克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-8，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例9】
在常温常压下，将烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物20克、尿素50克、亚硝酸钠10克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-9，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例10】
在常温常压下，将烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物20克、尿素50克、亚硝酸钠30克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-10，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例11】
在常温常压下，将烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物20克、缩二脲60克、亚硝酸钠60克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液。即得泡沫排水剂组合物FS-11，其表面活性剂组分结构如表1所示。
【实施例12】
参照SY/T 6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》标准，测定泡沫排水剂的起泡力和泡沫稳定性，结果见表2所示。
将4000mL/min的氮气连续通入泡沫排水剂水溶液，测定15分钟时间内泡沫携液量，结果见表2所示。采用的携液量测定装置如图1所示。
实施例1-11中的烷基胺聚醚和长链聚醚含氮化合物先配成溶液并在耐压耐酸老化装置中180℃老化24h，冷却后再加入强化助剂配成溶液，重新测定起始发泡高度、5分钟后发泡高度及15分钟的携液量等性能，结果见表2所示。
【比较例1】
使用【实施例1】中的烷基胺聚醚30克，不加入长链聚醚含氮化合物，氯化铵1克、亚硝酸钠50克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S1。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表3所示。
【比较例2】
使用【实施例2】中的烷基胺聚醚55克，不加入长链聚醚含氮化合物，氯化铵10克、亚硝酸钠80克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S2。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表3所示。
【比较例3】
使用【实施例3】中的烷基胺聚醚60克，不加入长链聚醚含氮化合物，氯化铵50克、亚硝酸钠5克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S3。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表3所示。
【比较例4】
使用【实施例4】中的烷基胺聚醚40克，不加入长链聚醚含氮化合物，氯化铵70克、亚硝酸钠2克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S4。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表3所示。
【比较例5】
使用【实施例5】中的烷基胺聚醚30克，不加入长链聚醚含氮化合物，氯化铵100克、亚硝酸钠30克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S5。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表3所示。
【比较例6】
使用【实施例6】中的烷基胺聚醚30克，不加入长链聚醚含氮化合物，氯化铵30克、亚硝酸钠30克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S6。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表3所示。
【比较例7】
使用【实施例1】中的长链聚醚含氮化合物30克，不加入烷基胺聚醚，氯化铵1克、亚硝酸钠50克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S7。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表4所示。
【比较例8】
使用【实施例2】中的长链聚醚含氮化合物55克，不加入烷基胺聚醚，氯化铵10克、亚硝酸钠80克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S8。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表4所示。
【比较例9】
使用【实施例3】中的长链聚醚含氮化合物60克，不加入烷基胺聚醚，在氯化铵50克、亚硝酸钠5克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S9。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表4所示。
【比较例10】
使用【实施例4】中的长链聚醚含氮化40克，不加入烷基胺聚醚合物，氯化铵70克、亚硝酸钠2克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S10。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表4所示。
【比较例11】
使用【实施例5】中的长链聚醚含氮化合物30克，不加入烷基胺聚醚，氯化铵100克、亚硝酸钠30克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S11。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表4所示。
【比较例12】
使用【实施例6】中的长链聚醚含氮化合物40克，不加入烷基胺聚醚，氯化铵30克、亚硝酸钠30克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S12。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水剂的携液能力，结果见表4所示。
【比较例13】
使用【实施例1】中的烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物20克、氯化钠51克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S13。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表5所示。
【比较例14】
使用【实施例2】中的烷基胺聚醚5克、长链聚醚含氮化合物50克、氯化钠90克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S14。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表5所示。
【比较例15】
使用【实施例3】中的烷基胺聚醚50克、长链聚醚含氮化合物10克、氯化钠55克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S15。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表5所示。
【比较例16】
使用【实施例4】中的烷基胺聚醚20克、长链聚醚含氮化合物20克、氯化钠72克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S16。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表5所示。
【比较例17】
使用【实施例5】中的烷基胺聚醚20克、长链聚醚含氮化合物10克、氯化钠130克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S17。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表5所示。
【比较例18】
使用【实施例6】中的烷基胺聚醚10克、长链聚醚含氮化合物30克、氯化钠60克，在矿化度100,000mg/L的模拟水溶液溶解，配制成3000mg/L的溶液FS-S18。参照【实施例12】中的方法，测定泡沫排水携液能力，结果见表5所示。
表1实施例中的组合物组分结构
表2实施例中的泡沫排水剂组合物的泡沫性能
表3比较例1～6中的泡沫排水剂组合物的泡沫性能
表4比较例7～12中的泡沫排水剂组合物的泡沫性能
表5比较例13～18中的泡沫排水剂组合物的泡沫性能
Claims (5)
1.一种泡沫排水剂组合物，以质量份数计，包括以下组分：
（1）1份的烷基胺聚醚；
（2）0.1~50份的烃基聚醚甜菜碱；
（3）0.1~6份的强化助剂A；
（4）0.1~16份的强化助剂B；
所述烷基胺聚醚，具有式（I）所示分子通式：
式（I）中，所述R1为C8~C20的烷基中的任意一种；m，n，p，q为0~20的任意数，m+n≥1；所述m+p为1~5的任意数，n+q为5~15的任意数；
所述烃基聚醚甜菜碱具有式（II）所示分子通式：
式（II）中，R1为C10~C26的脂肪基或C10~C26的芳香基；x=0~20，y=0~60；所述y大于0；R2、R3独立任意选自C1~C5的烷基、C1~C5的取代烷基；R4、R5独立任意选自C1~C5的亚烷基、C1~C5的取代亚烷基；Y—选自使式（II）所示分子呈电中性的阴离子基团；
所述强化助剂A为氯化铵、碳酸氢铵、尿素、缩二脲中的至少一种；所述强化助剂B为亚硝酸盐。
2.根据权利要求1所述泡沫排水剂组合物，其特征在于所述R1为C10~C26的烷基，或C10~C20的烷基苯。
3.根据权利要求1所述泡沫排水剂组合物，其特征在于所述强化助剂B为亚硝酸钠。
4.一种泡沫排水剂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将权利要求1~3任一所述的泡沫排水剂组合物中所述的烷基胺聚醚、烃基聚醚甜菜碱、强化助剂A剂、强化助剂B剂按照所需质量份数混合均匀，得到所述的泡沫排水剂组合物。
5.一种排水采气的方法，其特征在于采用权利要求1-3任一所述的泡沫排水剂组合物或由权利要求4所述的制备方法制得的泡沫排水剂组合物。
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