CN111440094A - 一种可提高天然气采收率的气湿剂及其应用 - Google Patents

一种可提高天然气采收率的气湿剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可提高天然气采收率的气湿剂及其应用，该气湿剂的化学名：双‑N‑七氟丁酰基丁基‑N′,N′‑二甲基‑1,4‑丁二基‑2‑羟基丙磺酸铵，合成步骤包括)N‑七氟丁酰基‑丁基‑N′,N′‑二甲基‑1,4‑丁二胺的合成、N‑七氟丁酰基‑丁基‑N′,N′‑二甲基‑1,4‑丁二基‑2‑羟基丙磺酸铵的合成和N‑七氟丁酰基‑丁基‑N′,N′‑二甲基‑1,4‑丁二基‑2‑羟基丙磺酸铵的合成。本发明气湿剂可以与水以任意比例混合成水溶液，能将岩石表面润湿性由液湿反转为强气湿，能极大地提高天然气采收率。

Description

一种可提高天然气采收率的气湿剂及其应用
技术领域
本发明涉及油气田化学品应用和生产技术领域，特别涉及一种可提高天然气采收率的气湿剂及其应用。
背景技术
我国国民经济的发展和人民生活水平提高、环保的要求，对天然气需求量越来越大，天然气进口、对外依存度逐年上升。而天然气田开发面临诸多技术瓶颈制约，其中“提高天然气采收率技术”的研发迫在眉睫。
天然气田勘探出天然气储量多少是气田大小的“量”的标志，而天然气开发中采收率的高低则是气田“质”的标志。天然气最终采收率与气藏地质条件密切相关，其中又与气藏的储集层的均质性与气藏的驱动类型关系更紧密。气驱气藏，均质砂岩储层，最终采收率高达92％-97％；气驱气藏,均质碳酸盐岩储层的最终采收率是81％-95％。虽然天然气最终采收率可达80％以上，但实际开发生产中会出现系列具体问题，限制制约了天然气采收率的提高。这些系列具体问题中，储气层基质内储气毛管表面的润湿性的不同，是影响天然气采收率重要的因素。
储气层基质内储气毛管表面的润湿性一般包括水湿、油湿和中性润湿，其中水湿和油湿统称为“液湿”。2000年有研究者提出了“气润湿性”概念，以下简称气湿性或气湿。实验证明，将气藏的润湿性由液湿反转为气湿可提高气井的产量，最终提高天然气采收率。
发明内容
本发明提供一种可提高天然气采收率的气湿剂及其应用，该气湿剂将气藏的润湿性由液湿反转为气湿可提高气井的产量，最终提高天然气采收率。
本发明的技术方案为：
一种可提高天然气采收率的气湿剂，该气湿剂的化学名：双-N-七氟丁酰基丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，是采用下述制备方法制成：
(1)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺的合成：
把装有搅拌器、温度计的三口瓶放在水浴锅中保持温度20-35℃；加入N′，N′-二甲基-1,4-丁二胺，搅拌下加入无水乙醚，再滴加七氟丁酸甲酯；滴加完后再搅拌反应3-4小时，反应混合物用10％氢氧化钠洗涤，分去有机层，又经水洗、无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，得黄色粘稠液体的产物，该产物即为N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺；化学反应方程式如下：
Figure BDA0002452352060000021
(2)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在附有搅拌器、温度计、冷凝管的三口瓶中，加N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺，再加入3-氯-2-羟基丙磺酸钠和氢氧化钠及去离子水，于85℃～90℃反应7-9小时，反应混合物减压加热干燥后经无水乙醇重结晶二次，即得N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵；化学反应方程式如下：
Figure BDA0002452352060000022
(3)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在装有搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，室温条件下加入N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，搅拌条件下加入乙二醇二甲醚、混合后加入50％的NaOH水溶液；然后升温至85℃，不断搅拌，滴加1,3-二溴丙烷，回流18h反应结束，减压蒸馏除去乙二醇二甲醚和未反应的1,3-二溴丙烷，在真空中干燥24h，得到白色固体甜菜碱双子表面活性剂：双-N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵。
Figure BDA0002452352060000023
其中，优选地，所述步骤(1)中N′，N′-二甲基-1,4-丁二胺与七氟丁酸甲酯的重量比为1：(1.5-2.5)，N′，N′-二甲基-1,4-丁二胺与所述无水乙醚的质量体积比为1：(4-6)g/ml。
其中，优选地，所述步骤(1)中反应终点以色谱检不出原料七氟丁酸甲酯为准。
其中，优选地，所述步骤(2)中N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺与3-氯-2-羟基丙磺酸钠的重量比为(1.3-1.7)：1，N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺与氢氧化钠的重量比为(15-25)：1，N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺与去离子水的重量比为1：(2.5-3.5)。
其中，优选地，所述步骤(3)中N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵与乙二醇二甲醚的质量体体积比为1：(22-28)g/ml，乙二醇二甲醚与NaOH水溶液的体积比为100：1，N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵与1,3-二溴丙烷的重量比为(2.5-3.5)：1。
可提高天然气采收率的气湿剂在气井中的应用，注入气藏使气藏的润湿性由液湿反转为气湿，注入工艺包括下述步骤：
(1)天然气生产井停止生产，配制质量百分比浓度为1％的气湿剂水溶液；
(2)用柱塞泵将1吨气湿剂水溶液从环套注入储气层，注完后观察气井的油压、套压变化，直到油压、套压稳定后，进行第二次注入。
(3)将剩余1吨气湿剂水溶液从环套注入储气层，待油压、套压稳定后可开井生产。
本发明的有益效果：
本发明气湿剂可以与水以任意比例混合成水溶液，能将岩石表面润湿性由液湿反转为强气湿，能极大地提高天然气采收率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种可提高天然气采收率的气湿剂，该气湿剂的化学名：双-N-七氟丁酰基丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，是采用下述制备方法制成：
(1)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺的合成：
把装有搅拌器、温度计的250ml三口瓶放在水浴锅中保持温度20-35℃；加入23.2gN′，N′-二甲基-1,4-丁二胺，搅拌下加入100ml无水乙醚，再滴加45.6g七氟丁酸甲酯，滴加时间为1小时；滴加完后再搅拌反应3.5小时，反应混合物用10％氢氧化钠洗涤，分去有机层(醚溶液)，又经水洗、无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，得黄色粘稠液体的产物，该产物即为N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺；
(2)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在附有搅拌器、温度计、冷凝管的三口瓶中，加58gN-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺，再加入39.3g 3-氯-2-羟基丙磺酸钠和3.0g氢氧化钠及150g去离子水，于85℃～90℃反应8小时，反应混合物减压加热干燥后经无水乙醇重结晶二次，即得N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵；
(3)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在装有搅拌器和冷凝管的250ml三口烧瓶中，室温条件下加入31.2N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，搅拌条件下加入800ml乙二醇二甲醚、混合后加入8ml 50％的NaOH水溶液；然后升温至85℃，不断搅拌，滴加1,3-二溴丙烷，回流18h反应结束，减压蒸馏除去乙二醇二甲醚和未反应的1,3-二溴丙烷，在真空中干燥24h，得到白色固体甜菜碱双子表面活性剂：双-N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵。
实施例2
本实施例提供一种可提高天然气采收率的气湿剂，该气湿剂的化学名：双-N-七氟丁酰基丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，是采用下述制备方法制成：
(1)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺的合成：
把装有搅拌器、温度计的三口瓶放在水浴锅中保持温度20-35℃；加入23.2gN′，N′-二甲基-1,4-丁二胺，搅拌下加入92.8ml无水乙醚，再滴加34.8g七氟丁酸甲酯；滴加完后再搅拌反应3-4小时，反应混合物用10％氢氧化钠洗涤，分去有机层，又经水洗、无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，得黄色粘稠液体的产物，该产物即为N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺；
(2)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在附有搅拌器、温度计、冷凝管的三口瓶中，加58gN-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺，再加入44.6g 3-氯-2-羟基丙磺酸钠和3.9g氢氧化钠及145g去离子水，于85℃～90℃反应7小时，反应混合物减压加热干燥后经无水乙醇重结晶二次，即得N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵；
(3)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在装有搅拌器和冷凝管的250ml三口烧瓶中，室温条件下加入31.2gN-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，搅拌条件下加入686ml乙二醇二甲醚、混合后加入12.5ml50％的NaOH水溶液；然后升温至85℃，不断搅拌，滴加1,3-二溴丙烷，回流18h反应结束，减压蒸馏除去乙二醇二甲醚和未反应的1,3-二溴丙烷，在真空中干燥24h，得到白色固体甜菜碱双子表面活性剂：双-N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵。
实施例3
本实施例提供一种可提高天然气采收率的气湿剂，该气湿剂的化学名：双-N-七氟丁酰基丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，是采用下述制备方法制成：
(1)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺的合成：
把装有搅拌器、温度计的三口瓶放在水浴锅中保持温度20-35℃；加入23.2gN′，N′-二甲基-1,4-丁二胺，搅拌下加入139.2ml无水乙醚，再滴加58g七氟丁酸甲酯；滴加完后再搅拌反应3-4小时，反应混合物用10％氢氧化钠洗涤，分去有机层，又经水洗、无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，得黄色粘稠液体的产物，该产物即为N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺；
(2)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在附有搅拌器、温度计、冷凝管的三口瓶中，加58gN-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺，再加入34.1g 3-氯-2-羟基丙磺酸钠和2.3g氢氧化钠及203g去离子水，于85℃～90℃反应9小时，反应混合物减压加热干燥后经无水乙醇重结晶二次，即得N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵；
(3)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在装有搅拌器和冷凝管的250ml三口烧瓶中，室温条件下加入31.2gN-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，搅拌条件下加入874ml乙二醇二甲醚、混合后加入8.9ml50％的NaOH水溶液；然后升温至85℃，不断搅拌，滴加1,3-二溴丙烷，回流18h反应结束，减压蒸馏除去乙二醇二甲醚和未反应的1,3-二溴丙烷，在真空中干燥24h，得到白色固体甜菜碱双子表面活性剂：双-N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵。
实施例4：气湿性实验
4.1岩心样品制备
把岩心切成厚30mm×30mm×5mm共16块，用细砂纸将岩石表面打磨光滑，烘干，然后编号：001号、002号、1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号、10号、11号、12号、13号、14号。
将岩心1号浸入0.1％本发明7F-S(N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵)水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心2号浸入0.2％本发明7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心3号浸入0.3％本发明7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心4号浸入0.4％本发明7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心5号浸入0.5％本发明7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心6号浸入0.6％本发明7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心7号浸入0.7％本发明7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心8号浸入0.1％本发明2-7F-S(双-N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵)水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心9号浸入0.2％本发明2-7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心10号浸入0.3％本发明2-7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心11号浸入0.4％本发明2-7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心12号浸入0.5％本发明2-7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心13号浸入0.6％本发明2-7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
将岩心14号浸入0.7％本发明2-7F-S水溶液中，70℃下老化48小时后，取出烘干。
通过JC2000D接触角测定仪对液滴进行测量。分别测量了岩石表面对水、油的倾角。其中，水为蒸馏水，油为十二烷。
测量结果表1。
表1岩石表面对水、油的倾角测量结果
Figure BDA0002452352060000071
测量结果表明：经过本发明气湿剂7F-S处理过的岩心表面气湿性有改变：岩心对水的接触角由470增加到1190，对油的接触角由250增加到1080，润湿性由液湿反转为气湿，形成弱气湿表面。
经过本发明气湿剂2-7F-S处理过的岩心表面气湿性更大改变：岩心对水的接触角由470增加到1510，对油的接触角由250增加到1190，润湿性由液湿反转为气湿，形成强气湿表面。
上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可提高天然气采收率的气湿剂，其特征在于该气湿剂的化学名为：双-N-七氟丁酰基丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，是采用下述制备方法制成：
(1)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺的合成：
把装有搅拌器、温度计的三口瓶放在水浴锅中保持温度20-35℃；加入N′，N′-二甲基-1,4-丁二胺，搅拌下加入无水乙醚，再滴加七氟丁酸甲酯；滴加完后再搅拌反应3-4小时，反应混合物用10％氢氧化钠洗涤，分去有机层，又经水洗、无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，得黄色粘稠液体的产物，该产物即为N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺；
(2)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在附有搅拌器、温度计、冷凝管的三口瓶中，加N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺，再加入3-氯-2-羟基丙磺酸钠和氢氧化钠及去离子水，于85℃～90℃反应7-9小时，反应混合物减压加热干燥后经无水乙醇重结晶二次，即得N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵；
(3)N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵的合成：
在装有搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，室温条件下加入N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵，搅拌条件下加入乙二醇二甲醚、混合后加入50％的NaOH水溶液；然后升温至85℃，不断搅拌，滴加1,3-二溴丙烷，回流18h反应结束，减压蒸馏除去乙二醇二甲醚和未反应的1,3-二溴丙烷，在真空中干燥24h，得到白色固体甜菜碱双子表面活性剂：双-N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵。
2.根据权利要求1所述的一种可提高天然气采收率的气湿剂，其特征在于：所述步骤(1)中N′，N′-二甲基-1,4-丁二胺与七氟丁酸甲酯的重量比为1：(1.5-2.5)，N′，N′-二甲基-1,4-丁二胺与所述无水乙醚的质量体积比为1：(4-6)g/ml。
3.根据权利要求1所述的一种可提高天然气采收率的气湿剂，其特征在于：所述步骤(1)中反应终点以色谱检不出原料七氟丁酸甲酯为准。
4.根据权利要求1所述的一种可提高天然气采收率的气湿剂，其特征在于：所述步骤(2)中N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺与3-氯-2-羟基丙磺酸钠的重量比为(1.3-1.7)：1，N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺与氢氧化钠的重量比为(15-25)：1，N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二胺与去离子水的重量比为1：(2.5-3.5)。
5.根据权利要求1所述的一种可提高天然气采收率的气湿剂，其特征在于：所述步骤(3)中N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵与乙二醇二甲醚的质量体体积比为1：(22-28)g/ml，乙二醇二甲醚与NaOH水溶液的体积比为100：1，N-七氟丁酰基-丁基-N′,N′-二甲基-1,4-丁二基-2-羟基丙磺酸铵与1,3-二溴丙烷的重量比为(2.5-3.5)：1。
6.可提高天然气采收率的气湿剂在气井中的应用，其特征在于：注入气藏使气藏的润湿性由液湿反转为气湿，注入工艺包括下述步骤：
(1)天然气生产井停止生产，配制质量百分比浓度为1％的气湿剂水溶液；
(2)用柱塞泵将1吨气湿剂水溶液从环套注入储气层，注完后观察气井的油压、套压变化，直到油压、套压稳定后，进行第二次注入。
(3)将剩余1吨气湿剂水溶液从环套注入储气层，待油压、套压稳定后可开井生产。
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