CN113881419B - 高凝析气井用泡沫排液剂组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及泡沫排液采气领域，公开了一种高凝析气井用泡沫排液剂组合物及其制备方法和应用，该组合物包括异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇和稳泡剂，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述脂肪醇的含量为0.01‑10重量份，所述稳泡剂的含量为0.01‑10重量份；所述异构醇聚氧丙烯醚具有式(I)所示结构，
式(I)中，R1为C6‑C18的异构脂肪烃基，n为1‑25的任意数。与现有技术相比，本发明的泡沫排液剂组合物能够有效的降低气油的表面张力，提高泡沫耐油性能，从而使得凝析油生成泡沫更加容易，进而顺利将液体携带出。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫排液采气领域，具体涉及高凝析气井用泡沫排液剂组合物及其制备方法和应用。
背景技术
凝析气藏是介于油藏和气藏之间的一种气藏，该凝析气藏中的烃类在原始地层条件下为气相，后由于温度和压力降低，凝结成液相。随着气井的开采，气体采出速率下降，气井面临积液，威胁气井稳产。因此，需要对积液进行排出。
近年来，国内外迅速发展的排液采气技术之一是泡沫排液采气，泡沫排液是通过油管或油套管环空向井内注入泡沫排液剂，在气流的搅动下，产生具有一定稳定性的泡沫；使得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，从而排出井内积液，达到排液采气的目的。泡沫排液采气具有设备简单、施工方便、成本低的特点，还具有适用井深范围大、不影响气井正常生产等特点。
然而，泡沫具有“油敏性”，油接触泡沫之后，在气液界面膜铺展或者乳化，进入到泡沫结构内，使得接触油相后的泡沫稳定性降低，消泡明显，不利于排液采气。油相越轻，消泡越明显。而且，当气井内具有高油含量时，在泡沫剂的作用下，容易生成油包水的乳液，增加黏度，给井筒内液体的排出造成极大的阻力。因此，需要一种耐油性能好的泡沫体系。
国外自上个世纪六十年代开始泡沫排液剂的研制，多选用磺酸盐、苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚等表面活性剂。目前，排液采气用泡沫排液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。
US20120279715A1公开了一种气井中回收气体增加油产量的泡沫流体，是一类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，具有较强的耐氯和抗凝析油的性能，氮气注入速度为7L/min条件下，20％的凝析油含量，泡沫排液率从86.8％下降到51.0％，50％的凝析油含量下降到29％。
我国是从上世纪80年代年开始研究泡沫排液采气工艺技术，卢杨等人公开了一种新型高效耐盐抗油固体泡沫排液剂KHD580A的泡沫性能研究及应用，具体公开一种耐油泡沫排液剂中凝析油含量为20％，排液量下降23％。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的气井开发过程中现有泡沫排液剂的泡沫耐油性不足，而导致泡沫排液性能较差，从而导致井底积液，气井减产甚至停喷的缺陷，提供一种泡沫排液剂组合物及其制备方法和应用，该泡沫排液剂组合物具有优异的泡沫耐油性，从而使其应用时具有优异的泡沫排液性能。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种泡沫排液剂组合物，该组合物包括异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇和稳泡剂，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述脂肪醇的含量为0.01-10重量份，所述稳泡剂的含量为0.01-10重量份；
所述异构醇聚氧丙烯醚具有式(I)所示结构，
式(I)中，R1为C6-C18的异构脂肪烃基，n为1-25的任意数。
优选地，R1为C8-C13的异构脂肪烃基。
优选地，所述脂肪醇选自C1-C8的脂肪醇中的至少一种；更优选地，所述脂肪醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、异己醇、正庚醇、异庚醇、正辛醇和异辛醇中的至少一种。
进一步优选地，所述脂肪醇选自C3-C6的脂肪醇中的至少一种；更优选地，所述脂肪醇选自正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇和异己醇中的至少一种。
优选地，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述脂肪醇的含量为0.1-1重量份。
优选地，所述稳泡剂选自烷基硅油、聚醚改性硅油、氟碳聚丙烯酸、氟碳聚丙烯酸酯和氟碳聚丙烯酸甲酯中的至少一种。
优选地，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述稳泡剂的含量优选为0.1-1重量份。
本发明第二方面提供一种前述第一方面所述的泡沫排液剂组合物的制备方法，该方法包括：
将所述异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇以及稳泡剂混合。
本发明第三方面提供前述第一方面所述的泡沫排液剂组合物在气井排液采气中的应用。
与现有技术相比，本发明的泡沫排液剂组合物中由于含有式(I)所示结构的异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇和稳泡剂，且式(I)中的R1为C6-C18的异构脂肪烃基，n为1-25的任意数，从而能够有效的降低气油的表面张力，提高泡沫耐油性能，从而使得凝析油生成泡沫更加容易，进而顺利将液体携带出。其中，脂肪醇的加入，尤其是短链醇的加入，更有利于降低异构醇聚氧丙烯醚乳化性能，减少油包水乳液的生成，降低气体流动阻力；稳泡剂的加入，进一步降低表面张力，增加液膜黏弹性，从而提高泡沫稳定性。
采用本发明的泡沫排液剂组合物，应用于高凝析气藏气井排液采气，具有优异的耐油性、热稳定性、起泡性能和携液能力，能够保证气井采气的顺利进行。例如，在本发明下述实施例1中，采用泡沫携液仪，在50℃、气流速度为10L/min、凝析油体积含量分别为80％和100％的条件下的携液量均大于50mL。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种泡沫排液剂组合物，该组合物包括异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇和稳泡剂，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述脂肪醇的含量为0.01-10重量份，所述稳泡剂的含量为0.01-10重量份；
所述异构醇聚氧丙烯醚具有式(I)所示结构，
式(I)中，R1为C6-C18的异构脂肪烃基，n为1-25的任意数。
为了更好地发挥异构醇聚氧丙烯醚降低气油表面张力的作用，R1优选为C8-C13的异构脂肪烃基，更优选为C8-C13的异构脂肪烷基，例如可以为C8的异构脂肪烷基、C9的异构脂肪烷基、C10的异构脂肪烷基、C11的异构脂肪烷基、C12的异构脂肪烷基和C13的异构脂肪烷基中的至少一种。
需要说明的是，当R1为具体碳原子数的异构脂肪烷基时，其可以为单一结构，也可以为具有不同原子排列的异构脂肪烷基的混合物。当其为具有不同原子排列的异构脂肪烷基的混合物时，本发明对各个基团含量选择范围较宽，没有特别的限定。
本发明对所述异构醇聚氧丙烯醚的来源没有特别的限定，可以通过现有任意方法制备得到，也可以通过商购得到。以下以一种异构醇聚氧丙烯醚的具体制备方法为例进行示例性说明，本发明并不限于此。异构醇聚氧丙烯醚的具体制备方法可以包括：异构醇和环氧丙烷在反应温度为85-160℃，压力为0-0.8MPa表压条件下，在催化剂作用下反应得到异构醇聚氧丙烯醚；其中环氧丙烷与异构醇的摩尔比为1-25:1；所述的催化剂为钾的碱性化合物，用量为异构醇重量的0.3％-3％。
本发明对所述异构醇聚氧丙烯醚结构的可选范围较宽，优选地，R1选自异辛烷基、异构十烷基、异构十二烷基和异构十三烷基中的至少一种。采用本发明的优选方案，更利于提高泡沫排液剂组合物的泡沫耐油性。
优选地，n为1-10的任意数，例如，n为1、3、7或者10。
根据本发明，对所述脂肪醇的可选范围较宽，优选地，所述脂肪醇选自C1-C8的脂肪醇中的至少一种。本发明的发明人在研究过程中进一步发现，采用本发明的优选方案，能够进一步降低异构醇聚氧丙烯醚的乳化性能，能够减少油包水乳液的生成，降低气体流动阻力。
进一步优选地，所述脂肪醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、异己醇、正庚醇、异庚醇、正辛醇和异辛醇中的至少一种。
更优选地，所述脂肪醇选自C3-C6的脂肪醇中的至少一种。
进一步优选地，所述脂肪醇选自正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇和异己醇中的至少一种。
优选地，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述脂肪醇的含量为0.1-1重量份。
本发明对所述稳泡剂的种类选择范围较宽，优选地，所述稳泡剂选自烷基硅油(重均分子量优选为1000-3000)、聚醚改性硅油(重均分子量优选为1000-3000)，氟碳聚丙烯酸(重均分子量优选为10000-1000000)，氟碳聚丙烯酸酯(重均分子量优选为10000-1000000)和氟碳聚丙烯酸甲酯(重均分子量优选为10000-1000000)中的至少一种。本发明对所述烷基硅油的具体种类没有特别限制，只要利于泡沫稳定性即可，优选为甲基硅油和/或二甲基硅油。
本发明上述稳泡剂可以通过商购得到，也可以通过现有方法制备得到，本发明对此没有特别的限定。
根据本发明，优选地，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述稳泡剂的含量为0.1-1重量份。
采用本发明中含有异构醇聚氧丙烯醚、短链醇和稳泡剂配合的优选方案，更有利于发挥协同作用，更有利于提高泡沫排液剂组合物的耐油性、起泡性能和携液能力。
本发明的泡沫排液剂组合物中还可以含有助剂，对该助剂没有限制，只要不对所述泡沫排液剂组合物的性能产生不利影响即可，可以为本领域常规使用的各种添加剂。本领域技术人员可以根据需要自由调整，本发明在此不再赘述。
本发明对泡沫排液剂组合物的状态没有特别限制，可以为本领域公知的任意状态；例如为了便于运输、贮存或现场使用，可以为不含油的液态组合物，或者为溶解在油相中的液态组合物。本发明中，优选为泡沫排液剂溶解在油相中形成的泡沫排液剂组合物。
本发明的泡沫排液剂组合物中由于含有式(I)所示结构的异构醇聚氧丙烯醚且式(I)中的R1为C6-C18的异构脂肪烃基，n为1-25的任意数，异构化能够有效的降低气油的表面张力，提高泡沫耐油性能，从而使得凝析油生成泡沫更加容易，进而顺利将液体携带出。脂肪醇的加入，尤其是短链醇的加入，更有利于降低异构醇聚氧丙烯醚乳化性能，减少油包水乳液的生成，降低气体流动阻力。稳泡剂的加入，能够进一步降低表面张力，增加液膜黏弹性，从而提高泡沫稳定性。
本发明第二方面提供一种前述第一方面所述的泡沫排液剂组合物的制备方法，该方法包括：
将所述异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇以及稳泡剂混合。
本发明对所述混合的方式没有特别限制，可以先将任意两种原料进行混合，再与其他原料进行混合，也可以先将某原料的部分与其他原料分别混合后再最终混合在一起。
如上所述，本发明对泡沫排液剂组合物的状态没有特别限制，可以为本领域公知的任意状态；例如为了便于运输、贮存或现场使用，可以为不含油的液态组合物，或者为溶解在油相中的液态组合物。如果需要将泡沫排液剂组合物溶解在油相中，所述混合可以将任意原料分别与油相混合后再最终混合再一起，本发明对该油相的种类没有限制，可以为凝析油、煤油和柴油中的至少一种。
在本发明的制备方法中，本发明对混合的其他条件没有限制，例如可以在加热的条件下进行混合，也可以在超声的条件下进行混合，只要利于提高泡沫排液剂组合物的均匀性即可。在本发明的制备方法中，优选在室温、常压下进行所述混合。
发明第三方面提供前述第一方面所述的泡沫排液剂组合物在气井排液采气中的应用。
本发明对气井的种类没有特别限制，只要能在应用中发挥泡沫排液剂组合物的泡沫排液性能即可；优选地，所述气井为高凝析气井。
本发明中，对所述高凝析气井中凝析油的含量可选范围较宽，更优选地，凝析油的含量为80-100体积％。
根据本发明，对所述泡沫排液剂组合物的应用的具体条件没有特别的限定，可以按照本领域常规泡沫排液剂组合物的应用进行。所述泡沫排液剂组合物中的各组分可以单独加入高凝析气井中，也可以混合后加入，优选为混合后加入。为了更有利于发挥泡沫排液剂组合物的作用。优先将泡沫排液剂组合物溶解在油相(具体选择如上文所述)中。本发明对此没有特别的限定。
在所述应用中，本发明对泡沫排液剂组合物的用量选择范围较宽。优选情况下，相对于100mL的水和凝析油，所述泡沫排液剂组合物的用量为0.15-1.5g，更优选为0.3-1g。采用该种优选实施方式，既能够有效发挥泡沫排液剂组合物的排液采气作用，且具有更高的经济效益。采用本发明的优选方案更利于发挥所述泡沫排液剂组合物的泡沫排液性能。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，所涉及的原料除另有说明外均为市售品。
所述凝析油来自西南油气分公司气井产出的凝析油。
无特殊说明情况下，本发明所述室温均指25℃。
实施例1
本实施例用于说明本发明的泡沫排液剂组合物及其制备方法。
本实施例中，异构醇聚氧丙烯醚为异构十三醇聚氧丙烯醚，且n＝1，R1为C13H27。异构十三醇聚氧丙烯醚的制备方法包括：向反应器中加入1摩尔异构十三醇(商购自南通润丰石油化工有限公司)和异构十三醇重量1％的氢氧化钾催化剂，加热到135℃，开启真空系统，脱水1小时，然后用氮气吹扫3-4次以除去体系中的空气，而后将体系反应温度调至150℃通入1摩尔环氧丙烷，控制压力<0.6MPa进行烷氧基化反应2h，反应结束后，用氮气吹扫体系，冷却后经处理得异构十三醇聚氧丙烯醚，收率99.1％。
在室温、常压下，取异构十三醇聚氧丙烯醚、正丁醇、二甲基硅油(国药试剂公司生产，货号：30235161)按照质量比1:1:1在凝析油中溶解，配成浓度为0.5wt％的溶液，即含有泡沫排液剂组合物OF-1的溶液。
实施例2
本实施例用于说明本发明的泡沫排液剂组合物及其制备方法。
本实施例中，异构醇聚氧丙烯醚为异构十三醇聚氧丙烯醚，且n＝3，R1为C13H27。异构十三醇聚氧丙烯醚的制备方法包括：向反应器中加入1摩尔异构十三醇(商购自南通润丰石油化工有限公司)和异构十三醇重量2％的氢氧化钾催化剂，加热到135℃，开启真空系统，脱水1小时，然后用氮气吹扫3-4次以除去体系中的空气，而后将体系反应温度调至150℃通入3摩尔环氧丙烷，控制压力<0.6MPa进行烷氧基化反应3h，反应结束后，用氮气吹扫体系，冷却后经处理得异构十三醇聚氧丙烯醚，收率98.9％。
在室温、常压下，取异构十三醇聚氧丙烯醚、正戊醇、氟碳聚丙烯酸(杜邦公司生产，牌号为FS-22)按照质量比1:0.1:0.1在凝析油中溶解，配成浓度为1wt％的溶液，即含有泡沫排液剂组合物OF-2的溶液。
实施例3
本实施例用于说明本发明的泡沫排液剂组合物及其制备方法。
本实施例中，异构醇聚氧丙烯醚为异构十醇聚氧丙烯醚，且n＝7，R1为C10H21。异构十醇聚氧丙烯醚的制备方法包括：向反应器中加入1摩尔异癸醇(商购自阿拉丁试剂有限公司)和异癸醇重量2％的氢氧化钾催化剂，加热到135℃，开启真空系统，脱水1小时，然后用氮气吹扫3-4次以除去体系中的空气，而后将体系反应温度调至150℃通入7摩尔环氧丙烷，控制压力<0.6MPa进行烷氧基化反应3h，反应结束后，用氮气吹扫体系，冷却后经处理得异构十醇聚氧丙烯醚，收率98.5％。
在室温、常压下，取异构十醇聚氧丙烯醚、异丙醇、甲基硅油(国药试剂公司生产，货号：40033961)按照质量比1:0.5:0.5在凝析油中溶解，配成浓度为1wt％的溶液，即含有泡沫排液剂组合物OF-3的溶液。
实施例4
本实施例用于说明本发明的泡沫排液剂组合物及其制备方法。
本实施例中，异构醇聚氧丙烯醚为异辛醇聚氧丙烯醚，且n＝10，R1为C8H17。异辛醇聚氧丙烯醚的制备方法包括：向反应器中加入1摩尔异辛醇(商购自阿拉丁试剂有限公司)和异辛醇重量3％的氢氧化钾催化剂，加热到135℃，开启真空系统，脱水1小时，然后用氮气吹扫3-4次以除去体系中的空气，而后将体系反应温度调至150℃通入10摩尔环氧丙烷，控制压力<0.6MPa进行烷氧基化反应3h，反应结束后，用氮气吹扫体系，冷却后经处理得异辛醇聚氧丙烯醚，收率98.7％。
在室温、常压下，取异辛醇聚氧丙烯醚、异己醇、氟碳聚丙烯酸酯(科宁新材料公司生产，牌号为KMT-1020)按照质量比1:0.1:0.5在凝析油中溶解，配成浓度为0.3wt％的溶液，即含有泡沫排液剂组合物OF-4的溶液。
对比例1-4
分别将实施例1-4中所述的异构醇聚氧丙烯醚在凝析油中溶解，配成浓度为1wt％的溶液，即得到含有泡沫排液剂组合物DOF-1至DOF-4的溶液。
对比例5
在室温、常压下，取正癸醇聚氧丙烯醚(n＝7)、异丙醇、甲基硅油(同实施例3)按照质量比1:0.5:0.5在凝析油中溶解，配成浓度为1.0wt％的溶液，即含有泡沫排液剂组合物DOF-5的溶液。
实施例5
按照实施例1的方法制备泡沫排液剂组合物OF-5，不同的是，采用异构十八醇聚氧乙烯醚(n＝1，R1为C18H37)代替异构十三醇聚氧丙烯醚(n＝1，R1为C13H27)，其他与实施例1相同。得到含有泡沫排液剂组合物OF-5的溶液。异构十八醇聚氧乙烯醚的制备方法包括：向反应器中加入1摩尔异构十八醇(南京东德化工)和异构十八醇重量1％的氢氧化钾催化剂，加热到135℃，开启真空系统，脱水1小时，然后用氮气吹扫3-4次以除去体系中的空气，而后将体系反应温度调至150℃通入1摩尔环氧丙烷，控制压力<0.6MPa进行烷氧基化反应2h，反应结束后，用氮气吹扫体系，冷却后经处理得异构十八醇聚氧丙烯醚，收率98.1％。
实施例6
按照实施例1的方法制备泡沫排液剂组合物OF-6，不同的是，采用癸醇代替正丁醇，其他与实施例1相同。得到含有泡沫排液剂组合物OF-6的溶液。
测试例1
泡沫携液量测试：
50℃条件下，将10L/min的氮气连续通入200ml溶液中，所述200ml溶液中含有160ml上述实施例1-6和对比例1-5制得的溶液和40ml去离子水。吹气时间15min，吹气完毕后，记录携带出液体的体积，结果如表1(凝析油体积含量80％)所示。
50℃条件下，将10L/min的氮气连续通入200ml上述实施例1-6和对比例1-5制得的溶液中。吹气时间15min，吹气完毕后，记录携带出液体的体积，结果如表1(凝析油体积含量100％)所示。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明的实施例1-6具有明显更好的携液能力。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种泡沫排液剂组合物在气井排液采气中的应用，该组合物包括异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇和稳泡剂，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述脂肪醇的含量为0.01-10重量份，所述稳泡剂的含量为0.01-10重量份；
所述异构醇聚氧丙烯醚具有式（I）所示结构，
式（I）；
式（I）中，R1为C6-C18的异构脂肪烃基，n为1-25的任意数；
所述脂肪醇选自C1-C8的脂肪醇中的至少一种；
所述稳泡剂选自烷基硅油、聚醚改性硅油、氟碳聚丙烯酸、氟碳聚丙烯酸酯和氟碳聚丙烯酸甲酯中的至少一种；
所述气井为高凝析气井，高凝析气井的凝析油的含量为80-100体积%。
2.根据权利要求1所述的应用，其中，R1为C8-C13的异构脂肪烃基。
3.根据权利要求2所述的应用，其中，R1选自异辛烷基、异构十烷基、异构十二烷基和异构十三烷基中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的应用，其中，n为1-10的任意数。
5.根据权利要求1所述的应用，其中，所述脂肪醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、异己醇、正庚醇、异庚醇、正辛醇和异辛醇中的至少一种。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的应用，其中，所述脂肪醇选自C3-C6的脂肪醇中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的应用，其中，所述脂肪醇选自正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇和异己醇中的至少一种。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的应用，其中，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述脂肪醇的含量为0.1-1重量份。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的应用，其中，相对于1重量份的所述异构醇聚氧丙烯醚，所述稳泡剂的含量为0.1-1重量份。
10.根据权利要求1-4中任意一项所述的应用，其中，所述组合物的制备方法包括：
将所述异构醇聚氧丙烯醚、脂肪醇以及稳泡剂混合。
11.权利要求1-4中任意一项所述的应用，其中，相对于100mL的水和凝析油，所述泡沫排液剂组合物的用量为0.15-1.5g。
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