CN113429953A

CN113429953A - 一种泡排剂及其制备方法及应用

Info

Publication number: CN113429953A
Application number: CN202110614623.8A
Authority: CN
Inventors: 张欢乐; 陈士勇; 邓青春; 王耀国
Original assignee: Ningbo Fengcheng Advanced Energy Materials Research Institute Co Ltd
Current assignee: Ningbo Fengcheng Advanced Energy Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2041-06-02
Also published as: CN113429953B

Abstract

本申请公开了一种泡排剂及其制备方法及应用。所述泡排剂包括以下组分：阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、纳米活性剂材料、有机碱；所述纳米活性剂材料通过将含有双键改性的片层纳米材料、亲水单体和疏水单体的原料聚合得到；所述亲水单体选自酸酐类化合物中的至少一种；所述疏水单体选自长链烷基烯丙基季铵盐中的至少一种。所述泡排剂含有纳米活性剂材料，具有降低表界面张力的作用，同时纳米活性剂材料的可附着在泡沫表面，增强泡沫的稳定性，大幅增加了泡沫的半衰期，提升泡排剂的携液能力。

Description

一种泡排剂及其制备方法及应用

技术领域

本申请涉及一种泡排剂及其制备方法及应用，属于油气田开发技术领域。

背景技术

随着油气田开发的深入，多数油田已进入开发的中后期，由于地层压力不断下降，地层水随天然气流入近井地带或井筒，并在此处聚集，造成气井产减产甚至停喷。针对这一现状必须及时展开排水采气技术，解决气井排液问题。在众多排水采气技术中，泡沫排水采气工艺以其配套设备简单、管理施工方便以及投资小等优点被广泛采用。而泡排剂的性能成为了泡沫排水采气技术的关键，即在一定的外界条件下如温度、矿化度下，泡排剂应具有较高的气泡能力、稳泡能力与携液能力。

国内现有泡排剂一般适用于90℃以下以及矿化度小于100000ppm地层条件，随着地层温度与矿化度不断升高，其起泡及稳泡能力大大降低，携液能力下降，从而阻碍了泡沫排水采气工艺在高温高盐产气井中的应用。目前市面上绝大多数泡排剂为表面活性剂的复配，而对纳米材料用于泡排剂的研究却鲜有报道。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种泡排剂，其中含有纳米活性剂材料，具有降低表界面张力的作用，同时纳米活性剂材料的可附着在泡沫表面，增强泡沫的稳定性，大幅增加了泡沫的半衰期，提升泡排剂的携液能力。

一种泡排剂，所述泡排剂包括以下组分：

所述纳米活性剂材料通过将含有双键改性的片层纳米材料、亲水单体和疏水单体的原料聚合得到；

所述亲水单体选自酸酐类化合物中的至少一种；

所述疏水单体选自长链烷基烯丙基季铵盐中的至少一种。

可选地，所述泡排剂包括以下组分：

可选地，所述泡排剂包括以下组分：

阴离子表面活性剂5～10wt％；

两性离子表面活性剂15～25wt％；

纳米活性剂材料5～10wt％；

有机碱0.5～2wt％；

溶剂III 余量。

可选地，所述泡排剂的pH值为6～8。

可选地，所述泡排剂由以下组分组成：

可选地，所述泡排剂由以下组分组成：

可选地，所述阴离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、α-烯烃磺酸钠、长链烷基硫酸钠中的至少一种；

可选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵中的至少一种；

所述长链烷基硫酸钠包括十二烷基硫酸钠。

可选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵的中的脂肪醇碳链长度独立地为12～18个碳，EO数(环氧乙烷摩尔加成数)独立地为2～10。

可选地，所述两性离子表面活性剂包括甜菜碱型两性表面活性剂、氨基酸型两性表面活性剂中的至少一种；

可选地，所述甜菜碱型两性表面活性剂包括椰油酰氨丙基羟磺基甜菜碱和/或芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱；

所述氨基酸型两性表面活性剂包括月桂酰胺丙基二甲基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺中的至少一种；

可选地，所述有机碱包括三乙醇胺、二乙醇胺、N,N-二甲苯胺中的至少一种；

可选地，所述溶剂III包括水。

可选地，所述纳米活性剂材料的分子量为10万～30万。

可选地，所述纳米活性剂材料的粒径为10～100nm。

可选地，所述双键改性的片层纳米材料具有如式I所示的修饰基团中的至少一种；

其中，R¹选自C1～C4亚烷基中的任一种，R²选自C1～C8烷基中的任一种。

可选地，所述片层纳米材料选自蒙脱土、膨润土、鳞片石墨中的至少一种。

可选地，所述蒙脱土选自钠基蒙脱土或钙基蒙脱土。

可选地，所述长链烷基烯丙基季铵盐选自长链烷基烯丙基卤化铵中的至少一种。

可选地，所述长链烷基烯丙基卤化铵选自十六烷基二甲基丙烯氯化铵、十八烷基二甲基丙烯氯化铵、十四烷基二甲基丙烯氯化铵、十六烷基二甲基丙烯溴化铵中的至少一种。

可选地，所述酸酐类化合物选自马来酸酐类化合物中的至少一种。

可选地，所述马来酸酐类化合物选自马来酸酐、甲基马来酸酐、乙基马来酸酐中的至少一种。

可选地，所述纳米活性剂材料通过以下步骤得到：

将含有所述双键改性的片层纳米材料、所述亲水单体和所述疏水单体的溶液I和含有引发剂的溶液II混合、反应，得到所述纳米活性剂材料。

可选地，所述溶液I和所述溶液II的质量比为800～1200：15～25。

可选地，所述溶液I和所述溶液II的质量比为900～1100：18～23。

可选地，所述溶液I和所述溶液II的质量比为950～1050：20。

可选地，所述溶液I中，所述双键改性的片层纳米材料、所述亲水单体和所述疏水单体的质量比为0.05～0.5：100～200：40～100。

可选地，所述双键改性的片层纳米材料、所述亲水单体和所述疏水单体的质量比为0.05～0.3：140～180：50～90。

可选地，所述双键改性的片层纳米材料、所述亲水单体和所述疏水单体的质量比为0.05～0.2：150～160：60～80。

可选地，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

可选地，所述溶液I含有溶剂I；

所述溶剂I为水。

可选地，所述溶液I中，所述疏水单体与所述溶剂的质量比为40～100：500～1000。

可选地，所述溶液I中，所述疏水单体与所述溶剂的质量比为50～90：500～900。

可选地，所述溶液I中，所述疏水单体与所述溶剂的质量比为60～80：600～800。

可选地，所述溶液I通过以下步骤得到：将所述双键的改性片层纳米材料、所述亲水单体和所述疏水单体混合，加入所述溶剂I，除氧，得到所述溶液I。

可选地，所述溶液II含有溶剂II；

所述溶剂II为水。

可选地，所述溶液II中，所述引发剂的浓度为0.01～1wt％。

可选地，所述溶液II中，所述引发剂的浓度上限选自0.005％、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％或1％；下限选自0.001％、0.005％、0.1％、0.2％、0.5％或0.8％。

可选地，所述溶液II通过以下步骤得到：将所述引发剂溶解于所述溶剂II，除氧，得到所述溶液II。

可选地，所述反应的条件包括：温度I为50～80℃。

可选地，所述温度I为70～80℃。

可选地，所述反应的条件包括：时间为2～5h。

可选地，所述时间为2.5～4.5h。

可选地，所述制备方法包括以下步骤：搅拌下，将所述溶液I升温至温度II，滴加所述溶液II，升温至温度I，反应。

可选地，所述滴加的速度为2～7g/min。

可选地，所述滴加的速度为3～5g/min。

可选地，所述温度II为40～60℃。

可选地，所述搅拌的转速为150～350rpm。

可选地，所述升温的速率为2～8℃/min。

根据本申请的另一个方面，提供上述任一项所述的泡排剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将含有所述阴离子表面活性剂、所述两性离子表面活性剂、所述纳米活性剂、所述有机碱的原料混合，得到所述泡排剂。

可选地，所述制备方法包括以下步骤：

将所述阴离子表面活性剂和所述两性离子表面活性剂加入所述溶剂III，搅拌I，得到溶液A，将所述纳米活性剂加入所述溶液A，搅拌II，得到溶液B，将所述有机碱加入所述溶液B，得到所述泡排剂；

可选地，将所述有机碱加入所述溶液B，将溶液B的pH值调节值6～8。

可选地，所述搅拌I的条件包括：搅拌I温度为10～30℃，搅拌I转速为200～400rpm，搅拌I时间为5～20min。

可选地，所述搅拌I的条件包括：搅拌I温度为20～30℃，搅拌I转速为200～300rpm，搅拌I时间为5～15min。

可选地，所述搅拌II的条件包括：搅拌II温度为10～50℃，搅拌II转速为200～400rpm，搅拌II时间为5～20min。

可选地，所述搅拌II温度上限选自15、20、25、30、35、40、45或50℃；下限选自10、15、20、25、30、35、40或45℃。

可选地，所述搅拌II的条件包括：搅拌II温度为25～50℃，搅拌II转速为200～300rpm，搅拌II时间为5～15min。

根据本申请的另一个方面，提供任一项所述的泡排剂、根据上述任一项所述的制备方法制备得到的泡排剂在排水采气中的应用。

可选地，所述应用的地层条件为温度≤200℃，矿化度<100000mg/L。

可选地，所述应用的地层条件为温度150～200℃，矿化度50000～100000mg/L。

本申请所提供的泡排剂按质量百分比由下列成本组成：5～15wt％的阴离子表面活性剂，10～30wt％的两性离子表面活性剂，0.5～5wt％有机碱，1～10wt％的纳米活性剂材料，余量为水。

本申请优先选用耐温耐盐型的表面活性剂。

在上述泡排剂中，可选地，所述阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、α-烯烃磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种，但不限于此；

在上述泡排剂中，可选地，两性离子表面活性剂为椰油酰氨丙基羟磺基甜菜碱、芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基二甲基氧化胺中的一种或多种，但不限于此。

在上述泡排剂中，可选地，有机碱为三乙醇胺、二乙醇胺、N,N-二甲苯胺中的一种或多种，但不限于此。

本申请制备方法：称取质量分数5～15wt％的阴离子表面活性剂和10～30wt％的两性离子表面活性剂加入水中，在10～30℃用机械搅拌250rpm搅拌10min，得到泡排剂基础液。称取质量分数为1～10wt％的纳米活性剂材料加入泡排剂基础液中在10～50℃下，用机械搅拌250rpm搅拌10min，测试泡排剂pH值，称取0.5～5wt％有机碱，边搅拌边加入有机碱，调节泡排剂pH至6～8，即得到泡排剂。

泡排剂中纳米活性剂材料在高温下(<200℃)，具有降低表界面张力的作用，同时纳米材料的可附着在泡沫表面，增强泡沫的稳定性，大幅增加了泡沫的半衰期，提升泡排剂的携液能力。

本申请能产生的有益效果包括：

(1)本申请所提供的泡排剂，通过加入纳米活性剂材料，一方面可以减少其他表面活性剂的使用量，而且可以起到较好的起泡能力同时增加了泡排剂的耐温性能，另一方面，纳米活性剂材料的加入大幅度增加了泡排剂在稳泡方面的能力。

(2)本申请所提供的泡排剂，其中含有纳米活性剂材料，具有降低表界面张力的作用，同时纳米活性剂材料的可附着在泡沫表面，增强泡沫的稳定性，大幅增加了泡沫的半衰期，提升泡排剂的携液能力。

(3)纳米活性剂材料的加入有效提高了泡排剂的耐温性能，在高温下，甚至180℃下仍有较好的稳泡能力；

(4)本申请所提供的泡排剂，各组分比例合理，有利于不同组分间产生协同增效作用，提高了泡排剂的效果。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

其中，本申请所用的市售泡排剂购自长井化工物资有限责任公司，型号为CJ-QPV，

其中，本申请所用的MT230为经过双键改性的钠基蒙脱土，由内蒙古爱牧动物保健品有限公司生产，型号为MT230；

本申请实施例中所用的纳米活性剂材料通过以下步骤得到：

(1)称取155.6g马来酸酐，68.38g十六烷基二甲基丙烯氯化铵(AO-4)以及0.1gMT230至三口烧瓶中，加入755g的去离子水，搅拌溶解，通氮气30min，排除溶液中的氧气；

(2)称取1g的引发剂过硫酸钾，加20g去离子水，搅拌溶解(引发剂浓度0.5wt％)，通氮气15min，排除溶液中的氧气；

(3)250rpm机械搅拌(1)中得到的溶液，开始加热，设置加热温度55℃；等(1)中得到的溶液温度到达55℃时用恒压漏斗滴加(2)中得到的过硫酸钾溶液，同时将反应温度设置为80℃，7min滴完引发剂，等反应溶液温度到达80℃后开始计时，3h后结束反应，得到纳米活性剂材料，分子量为10万～30万，粒径10～100nm。

实施例1泡排剂的制备

称取阴离子表面活性剂(具体为十二烷基硫酸钠)和两性离子表面活性剂(具体为芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱)加入水中，在常温(20℃)用机械搅拌250rpm搅拌10min，得到泡排剂基础液。称取纳米活性剂材料加入泡排剂基础液中在40℃下，用机械搅拌250rpm搅拌10min，测试泡排剂pH值，称取有机碱(二乙醇胺)，边搅拌边加入有机碱，调节泡排剂pH至6，即得到泡排剂，所得泡排剂中，阴离子表面活性剂含量为10wt％，两性离子表面活性剂含量为20wt％，纳米活性剂材料含量为5wt％，有机碱1wt％。所得泡排剂记为1#样品。

性能测试

以市售泡排剂作为对照，测试1#样品的排泡性能。

测试方法：参照QSHCG 135-2020-泡排剂技术要求进行测试。

测试结果：结果如表1(1#样品)和表2(市售泡排剂)所示，由表中可以看出，泡排剂(1#样品)中纳米活性剂材料在高温下(140～180℃)，纳米材料的可附着在泡沫表面，使得泡排剂增强泡沫的稳定性，大幅增加了泡沫的半衰期，提升泡排剂的携液能力，效果显著优于市售泡排剂。

表1泡排剂(1#样品)不同温度下性能测试

表2市售泡排剂不同温度下性能测试

实施例2～3泡排剂的制备

实施例2～3的制备方法与实施例1的区别仅在于如下表3所示

表3实施例2～3与实施例1的区别之处

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims

1.一种泡排剂，其特征在于，所述泡排剂包括以下组分：

所述亲水单体选自酸酐类化合物中的至少一种；

所述疏水单体选自长链烷基烯丙基季铵盐中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的泡排剂，其特征在于，所述泡排剂包括以下组分：

优选地，所述泡排剂包括以下组分：

阴离子表面活性剂5～10wt％；

两性离子表面活性剂15～25wt％；

纳米活性剂材料5～10wt％；

有机碱0.5～2wt％；

溶剂III 余量；

优选地，所述泡排剂的pH值为6～8。

3.根据权利要求1所述的泡排剂，其特征在于，所述泡排剂由以下组分组成：

4.根据权利要求1所述的泡排剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、α-烯烃磺酸钠、长链烷基硫酸钠中的至少一种；

优选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵中的至少一种；

所述长链烷基硫酸钠包括十二烷基硫酸钠；

优选地，所述两性离子表面活性剂包括甜菜碱型两性表面活性剂、氨基酸型两性表面活性剂中的至少一种；

优选地，所述甜菜碱型两性表面活性剂包括椰油酰氨丙基羟磺基甜菜碱和/或芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱；

优选地，所述有机碱包括三乙醇胺、二乙醇胺、N,N-二甲苯胺中的至少一种。

5.根据权利要求2或3所述的泡排剂，其特征在于，所述溶剂III包括水。

6.根据权利要求1所述的泡排剂，其特征在于，所述双键改性的片层纳米材料具有如式I所示的修饰基团中的至少一种；

其中，R¹选自C1～C4亚烷基中的任一种，R²选自C1～C8烷基中的任一种；

优选地，所述片层纳米材料选自蒙脱土、膨润土、鳞片石墨中的至少一种；

优选地，所述纳米活性剂材料通过以下步骤得到：

将含有所述双键改性的片层纳米材料、所述亲水单体和所述疏水单体的溶液I和含有引发剂的溶液II混合、反应，得到所述纳米活性剂材料；

优选地，所述溶液I和所述溶液II的质量比为800～1200：15～25；

优选地，所述双键改性的片层纳米材料、所述亲水单体和所述疏水单体的质量比为0.05～0.5：100～200：40～100；

优选地，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种；

优选地，所述反应的条件包括：温度I为50～80℃；

优选地，所述反应的条件包括：时间为2～5h。

7.权利要求1～6任一项所述的泡排剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

优选地，将所述有机碱加入所述溶液B，将溶液B的pH值调节值6～8；

优选地，所述搅拌I的条件包括：搅拌I温度为10～30℃，搅拌I转速为200～400rpm，搅拌I时间为5～20min；

优选地，所述搅拌II的条件包括：搅拌II温度为10～50℃，搅拌II转速为200～400rpm，搅拌II时间为5～20min。

9.权利要求1～6任一项所述的泡排剂、根据权利要求7～8任一项所述的制备方法制备得到的泡排剂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，所述应用的地层条件为温度≤200℃，矿化度<100000mg/L。