CN113512412B - 一种泡排剂、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泡排剂、其制备方法及其应用。其包括两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、氯化铵、亚硝酸钠和水。其特别可以在出水气井排液采气中应用。
Description
技术领域
本发明涉及泡排剂，特别是应用于水平井排液采气的泡排剂。
背景技术
低压低产气井由于井口压力降低及产能的衰减，部分气井已无法达到自主携液的临界流量，依靠自身的能量已不足以有效地将积液举升至地表，产水气井积液危害很大，将增加气井回压，限制气井的生产能力，而少量的积液就会造成这部分气井的液压停喷。目前较为成熟的单一排液采气工艺主要有优选管柱、泡排、气举、柱塞举升、机抽、电潜泵、螺杆泵、射流泵、连续油管等，其中泡排以其投资小，配套设施简单，施工管理方便等优点成为各大气区的主要排采措施。水平井是近年来在天然气开发井中普遍采用的井型。目前，包括页岩气等越来越多的水平井需要开展泡沫排液采气以实现稳产。水平井存在较长的斜井段和水平段，泡沫在斜井段井筒内的流动与直井不同。在直井中，气流向上、井筒滑脱回流的液体向下，相互产生对流，利于气液的混合搅动产生泡沫；在斜井段，气流与液体滑脱回流的方向成一定夹角，由于密度差别较大，液体和密度较大的泡沫总是沿斜管的下壁回流，而气体和密度较小的泡沫沿斜管的上壁上升，从而降低气体的带液效率。因此，水平井的泡沫排液采气效果与直井有较大的差异，定向气井斜井段是造成泡排效果差的原因之一。
泡排剂选择一般从井温、凝析油含量、水矿化度、表面张力、稳定性、临界胶束浓度等方面考虑，对其基本性能有如下要求：与地层配伍性好；起泡能力强；合适的携液量。目前泡排剂研究领域用于提高泡沫稳定性的方式主要有：一、对表面活性剂进行复配，更有效发挥马兰戈尼效应，增强表面膜的自修复功能；二、加入一些聚合物以增加液膜的黏度来降低泡沫的排液速率。然而，通过对表面活性剂复配发挥其协同作用对泡沫稳定性的提高程度十分有限，因泡沫的液膜仍是液态膜，无法阻止气泡的聚并和歧化；而加入聚合物来提高泡沫稳定性的方式则由于部分聚合物会在高温下会热降解，所残留的有机物残渣在一定程度上会造成地层伤害，且其提高程度也不大。综上，这些增强泡沫稳定性的方式都存在一些缺陷。导致现有泡排剂产生的发泡力低，稳泡性差，且容易受酸性气体、凝析油等影响，二次起泡难，不能很好适用于水平积液井。目前尚未有专门针对水平井排液采气的高效泡排剂的研究报道，但是有研究表明，增大起泡剂的用量以克服造斜段对泡排效果的影响能提高水平井斜井段的携液效果，但提高幅度有限且成本增加显著。因此针对水平井的排采需求亟需研发具有强的起泡性和稳定性的新型泡排剂以有效控制携液量，降低气井井底回压，提高水平井排液采气的成功率。
发明内容
本发明之一提供了一种泡排剂，其包括两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、氯化铵、亚硝酸钠和水。
在一个具体实施方式中，所述两性离子表面活性剂为十八酰胺基丙基甜菜碱和/或十四烷基二甲基甜菜碱。
在一个具体实施方式中，所述非离子表面活性剂包括聚合度为1.1至3的C8至C16的烷基多糖苷。
在一个具体实施方式中，所述烷基多糖苷为癸基葡糖苷、月桂基葡萄苷和椰油基葡糖苷中的至少一种。
在一个具体实施方式中，所述烷基多糖苷为癸基葡糖苷APG-0810。
在一个具体实施方式中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
在一个具体实施方式中，以所述泡排挤的总质量计作100％，所述两性离子表面活性剂的含量为18％至45％，所述阴离子表面活性剂的含量为0.2％至2.5％，所述非离子表面活性剂的含量为5％至10％，所述氯化铵的含量为5％至8％，亚硝酸钠的含量为6.5％至10.3％。
在一个具体实施方式中，以所述泡排挤的总质量计作100％，所述十八酰胺基丙基甜菜碱的含量为10％至25％，所述十四烷基二甲基甜菜碱的含量为8％至20％，所述烷基多糖苷的含量为5％至10％，所述十二烷基苯磺酸钠的含量为0.1％至2％，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的含量为0.1％至0.5％。
本发明之二根据本发明之一中任意一项所述的泡排剂的制备方法，其包括如下步骤：
1)将所述两性离子表面活性剂、所述非离子表面活性剂和水混合，混匀，得到第一混合液；
2)将所述阴离子表面活性剂加入到所述第一混合液中，混匀，得到第二混合液；
3)将所述氯化铵和亚硝酸钠加入到所述第二混合液中，混匀，得到所述泡排剂。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，以20至30分钟的时间搅拌混匀得到所述第一混合液；
在步骤2)中，以10至30分钟的时间搅拌混匀得到所述第二混合液；
在步骤3)中，以15至30分钟的时间搅拌混匀得到所述泡排剂。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，在40至50℃下混匀得到所述第一混合液；
在步骤2)中，在40至70℃下混匀得到所述第二混合液；
在步骤3)中，在20至35℃下混匀得到所述泡排剂。
在一个具体实施方式中，在所述两性离子表面活性剂为十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱时，先将所述十八酰胺基丙基甜菜碱和所述十四烷基二甲基甜菜碱在20至35℃下混合10至20分钟，再进行所述步骤1)。
在一个具体实施方式中，在所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠时；步骤2)分为步骤2-1)和2-2)：
2-1)将所述十二烷基苯磺酸钠加入到所述第一混合液中，得到中间混合液；
2-2)将所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入到所述中间混合液中，得到所述第二混合液。
在一个具体实施方式中，在步骤2-1)中，以20至30分钟的时间搅拌混匀得到所述中间混合液；在步骤2-2)中，以10至20分钟的时间搅拌混匀得到所述第二混合液。
在一个具体实施方式中，在步骤2-1)中，在40至50℃下混匀得到所述中间混合液；在步骤2-2)中，在60至70℃下混匀得到所述第二混合液。
本发明之三提供了根据本发明之一中任意一项所述的泡排剂或本发明之二中任意一项所述的制备方法得到的泡排剂在出水气井泡沫排液采气中的应用。
在一个具体实施方式中，所述应用为在水平井排液采气中的应用。
本发明所提供的用于出水气井和/或低压水平井泡沫排液采气的泡排剂具有以下有益效果：
(1)温度高于85℃有利于提高泡排剂在水平井斜井段的扩散效果从而快速与井底积液接触混合生成低密度含水泡沫，大幅降低泡排剂用量。本发明的泡排剂在使用过程中还可作为一种低压气井的附加能量，与低压气井自身气流叠加从而增强气流携带低密度含水泡沫能力也即携液能力。
(2)在温度为85至140℃、矿化度为20000至200000ppm、H2S浓度为200至20000ppm(地层水中浓度)范围内具有较高的起泡性、稳泡性与携液率，可适用于高温、高矿化度、高浓度酸性气体产水气井的泡沫排液采气。
(3)本发明的泡排剂的原料来源广泛，价格低廉，具有环境友好性、低毒、低刺激性，可在现场规模应用。
具体实施方式
以下通过优选的实施案例的形式对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但其不构成对本发明的限制。
如无特别说明，本发明的实施例中的试剂均可通过商业途径购买。
实施例1
十八酰胺基丙基甜菜碱：10％，十四烷基二甲基甜菜碱：8％，烷基多糖苷APG-0810：5％，十二烷基苯磺酸钠：0.1％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：0.1％，氯化铵：5％，亚硝酸钠：6.5％，以水补足100％。其制备方法如下：
A、按照配方比例，将十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱缓慢加入不锈钢反应釜中，20℃低速搅拌10min；
B、向上述混合溶液中缓慢加入烷基多糖苷APG-0810，再加入去离子水，将此混合溶液加热至40℃，继续低速搅拌20min；
C、向上述混合溶液中缓慢加入十二烷基苯磺酸钠，将此混合溶液于40℃继续低速搅拌20min；
D、将上述溶液升温至60℃，一次性加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，低速搅拌10min；
E、向上述溶液中一次性加入氯化铵和亚硝酸钠，20℃低速搅拌15min，所得混合物即为自生能量型泡排剂。
实施例2
十八酰胺基丙基甜菜碱：13％，十四烷基二甲基甜菜碱：10％，烷基多糖苷APG-0810：6％，十二烷基苯磺酸钠：0.6％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：0.2％，氯化铵：6％，亚硝酸钠：7.3％，以水补足100％。其制备方法如下：
A、按照配方比例，将十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱缓慢加入不锈钢反应釜中，25℃低速搅拌12min；
B、向上述混合溶液中缓慢加入烷基多糖苷APG-0810，再加入去离子水，将此混合溶液加热至42℃，继续低速搅拌22min；
C、向上述混合溶液中缓慢加入十二烷基苯磺酸钠，将此混合溶液于42℃继续低速搅拌22min；
D、将上述溶液升温至62℃，一次性加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，低速搅拌12min；
E、向上述溶液中一次性加入氯化铵和亚硝酸钠，25℃低速搅拌18min，所得混合物即为自生能量型泡排剂。
实施例3
十八酰胺基丙基甜菜碱：15％，十四烷基二甲基甜菜碱：13％，烷基多糖苷APG-0810：7.5％，十二烷基苯磺酸钠：0.9％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：0.25％，氯化铵：6.5％，亚硝酸钠：8.1％，以水补足100％。其制备方法如下：
A、按照配方比例，将十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱缓慢加入不锈钢反应釜中，30℃低速搅拌15min；
B、向上述混合溶液中缓慢加入烷基多糖苷APG-0810，再加入去离子水，将此混合溶液加热至45℃，继续低速搅拌25min；
C、向上述混合溶液中缓慢加入十二烷基苯磺酸钠，将此混合溶液于45℃继续低速搅拌25min；
D、将上述溶液升温至65℃，一次性加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，低速搅拌15min；
E、向上述溶液中一次性加入氯化铵和亚硝酸钠，30℃低速搅拌22min，所得混合物即为自生能量型泡排剂。
实施例4
十八酰胺基丙基甜菜碱：21％，十四烷基二甲基甜菜碱：18％，烷基多糖苷APG-0810：8.8％，十二烷基苯磺酸钠：1.6％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：0.4％，氯化铵：7.2％，亚硝酸钠：9.2％，以水补足100％。其制备方法如下：
A、按照配方比例，将十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱缓慢加入不锈钢反应釜中，35℃低速搅拌18min；
B、向上述混合溶液中缓慢加入烷基多糖苷APG-0810，再加入去离子水，将此混合溶液加热至48℃，继续低速搅拌27min；
C、向上述混合溶液中缓慢加入十二烷基苯磺酸钠，将此混合溶液于48℃继续低速搅拌27min；
D、将上述溶液升温至68℃，一次性加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，低速搅拌18min；
E、向上述溶液中一次性加入氯化铵和亚硝酸钠，35℃低速搅拌27min，所得混合物即为自生能量型泡排剂。
实施例5
十八酰胺基丙基甜菜碱：25％，十四烷基二甲基甜菜碱：20％，烷基多糖苷APG-0810：10％，十二烷基苯磺酸钠：2％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：0.5％，氯化铵：8％，亚硝酸钠：10.3％，以水补足100％。其制备方法如下：
A、按照配方比例，将十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱缓慢加入不锈钢反应釜中，28℃低速搅拌20min；
B、向上述混合溶液中缓慢加入烷基多糖苷APG-0810，再加入去离子水，将此混合溶液加热至50℃，继续低速搅拌30min；
C、向上述混合溶液中缓慢加入十二烷基苯磺酸钠，将此混合溶液于50℃继续低速搅拌30min；
D、将上述溶液升温至70℃，一次性加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，低速搅拌20min；
E、向上述溶液中一次性加入氯化铵和亚硝酸钠，28℃低速搅拌30min，所得混合物即为自生能量型泡排剂。
实施例6
十八酰胺基丙基甜菜碱：9.5％，十四烷基二甲基甜菜碱：6.5％，烷基多糖苷APG-0810：6.5％，十二烷基苯磺酸钠：0.3％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：0.2％，氯化铵：1％，以水补足100％。其制备方法如下：
A、按照配方比例，将十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱缓慢加入不锈钢反应釜中，25℃低速搅拌12min；
B、向上述混合溶液中缓慢加入烷基多糖苷APG-0810，再加入去离子水，将此混合溶液加热至42℃，继续低速搅拌22min；
C、向上述混合溶液中缓慢加入十二烷基苯磺酸钠，将此混合溶液于42℃继续低速搅拌22min；
D、将上述溶液升温至62℃，一次性加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，低速搅拌12min；
E、向上述溶液中一次性加入氯化铵，25℃低速搅拌18min，所得混合物即为泡排剂。
本发明中对于泡排剂的性能评价利用罗氏泡沫仪来实现，其方法如下：
用质量比为4:1的氯化钙与氯化钠配置成不同矿化度的模拟地层水，然后将实施例1至6的泡排剂分别以3‰(v/v)的量加入到所述模拟地层水中，混匀，形成试验溶液，并根据测试需要向所述试验溶液中通入所需浓度的H2S气体。其中，H2S气体通过Na2S与盐酸反应制得，过量尾气采用氢氧化钠吸收。
A、泡排剂起泡能力和稳泡能力测定将200mL试验溶液从管中自由流下，冲击管中的50mL同种试验溶液后产生泡沫，记录刚流完200mL试验溶液时的初始泡沫高度H0及5min后的泡沫高度H5，分别用来评价起泡剂起泡能力和稳泡能力。每次测试重复3次取平均值。结果见表1至表3。
B、泡排剂携液能力测试
将250mL试验溶液加入玻璃管，再将从管底注入空气以(5L/min)，当泡沫到达玻璃管上部出口时开始计时，在接液器皿中加消泡剂进行破泡以方便后期测量液体体积，测量15min后泡沫带出的液体体积，即携液量，以此来评价在一定温度下泡沫的排水能力。结果见表1至表3。
从表1中的实验数据可以看出，本发明研制的自生能量型泡排剂在温度高于从70℃升高至90℃时，其初始起泡高度H0、5min后泡沫高度H5以及携液量大幅提升，这是由于温度高于85℃时体系提供内部能量产生更多泡沫，从而增加起泡能力、稳泡能力以及携液能力，而温度从90℃升高至140℃时，其各项指标呈现微弱下降趋势。而实施例6的泡排剂在温度从70℃到140℃时其各项指标只呈现下降规律，且下降幅度大于本发明的泡排剂。通过对比实验数据可知本发明的泡排剂具有在井底温度下(一般均大于85℃)自发生气的能力，从而可以大大增强泡排剂自己的携液能力。
从表2和3的实验数据可以看到，随着矿化度以及H2S浓度的增加，本发明的泡排剂的各项指标的下降幅度远小于实施例6的泡排剂。
综上分析可以，本发明的泡排剂具有在温度高于85℃时自生能量型的能力以及优异的抗高温、抗高矿化度、抗H2S能力，且实施例5的泡排剂最优。
表1：不同温度下自生能量型泡排剂的性能(矿化度为100000ppm、H2S浓度为1000ppm)
表2：不同矿化度下泡排剂的性能(温度为120℃、H2S浓度为1000ppm)
表3：不同H2S浓度下泡排剂的性能(温度为120℃、矿化度为100000ppm)
Claims (10)
1.一种泡排剂，其包括两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、氯化铵、亚硝酸钠和水；
所述两性离子表面活性剂为十八酰胺基丙基甜菜碱和十四烷基二甲基甜菜碱；
所述非离子表面活性剂为癸基葡糖苷APG-0810；
所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；
以所述泡排挤的总质量计作100％，所述十八酰胺基丙基甜菜碱的含量为10％至25％，所述十四烷基二甲基甜菜碱的含量为8％至20％，所述癸基葡糖苷APG-0810的含量为5％至10％，所述十二烷基苯磺酸钠的含量为0.1％至2％，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的含量为0.1％至0.5％。
2.根据权利要求1所述的泡排剂的制备方法，其包括如下步骤：
1)将所述两性离子表面活性剂、所述非离子表面活性剂和水混合，混匀，得到第一混合液；
2)将所述阴离子表面活性剂加入到所述第一混合液中，混匀，得到第二混合液；
3)将所述氯化铵和亚硝酸钠加入到所述第二混合液中，混匀，得到所述泡排剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，以20至30分钟的时间搅拌混匀得到所述第一混合液；
在步骤2)中，以10至30分钟的时间搅拌混匀得到所述第二混合液；
在步骤3)中，以15至30分钟的时间搅拌混匀得到所述泡排剂。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，在40至50℃下混匀得到所述第一混合液；
在步骤2)中，在40至70℃下混匀得到所述第二混合液；
在步骤3)中，在20至35℃下混匀得到所述泡排剂。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，先将所述十八酰胺基丙基甜菜碱和所述十四烷基二甲基甜菜碱在20至35℃下混合10至20分钟，再进行所述步骤1)。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)分为步骤2-1)和2-2)：
2-1)将所述十二烷基苯磺酸钠加入到所述第一混合液中，得到中间混合液；
2-2)将所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入到所述中间混合液中，得到所述第二混合液。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤2-1)中，以20至30分钟的时间搅拌混匀得到所述中间混合液；
在步骤2-2)中，以10至20分钟的时间搅拌混匀得到所述第二混合液。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤2-1)中，在40至50℃下混匀得到所述中间混合液；
在步骤2-2)中，在60至70℃下混匀得到所述第二混合液。
9.根据权利要求1所述的泡排剂或权利要求2至8中任意一项所述的制备方法得到的泡排剂在出水气井泡沫排液采气中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用为在水平井排液采气中的应用。
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