CN114517085B - 一种超低表面张力泡排剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低表面张力泡排剂及其制备方法。所述超低表面张力泡排剂，包括的组分和以质量份计的组成如下：双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱20～40份，全氟壬烯氧基苯磺酸钠0.1～1份，椰子油脂肪酸单乙醇酰胺1～4份，水59～79份。所述双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱是通过1，4二溴丁烷将十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱中的羟基进行取代得到的双子表面活性剂。本发明所述超低表面张力泡排剂能够进一步提高超低产井油气采收率，解决气井开采后期气井产能极低时出现的水淹、减产等问题，满足超低产井(3000m3/d以下)泡排工艺要求。

Description

一种超低表面张力泡排剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油气开采中泡沫排水领域，特别涉及一种泡排剂及其制备方法。
背景技术
气井泡沫排水采气是天然气井开采中后期常见的一种排水采气工艺。该工艺主要是使用泡排剂使井下积液发泡后大幅度降低积液密度，同时改变积液表面性能，从而降低积液从井下排出的难度。
根据Turner临界携液流速计算公式，表面张力的降低可以降低气井临界携液流速，从而使气井在更低的产量情况下也能将井下积液带出。目前常见的泡排剂，如低压低产型泡排剂，其表面张力通常在28mN/m以上。通过添加氟碳类表面活性剂往往能够将表面张力进一步降低，但多数情况下受分子类型及其亲水性影响，表面张力的进一步下降往往伴随着发泡效能、稳泡效能、携液效能的同步下降。
目前，针对表面张力低于24mN/m的泡排剂还尚属空白。现有具有超低表面张力效能的类似药剂，如助排剂、压裂用起泡剂等虽然表面张力可以做到24mM/m以下，但其在泡沫排水采气过程气井适应性上表现均较差，如在抗矿化度、抗油、稳泡性能等方面均表现较差，不具备直接应用于气井泡沫排水采气工艺的能力。现有的类似功能型药剂主要为低压低产井用起泡剂，这类药剂往往只是注重了稳泡、泡沫密度等性能，而表面张力没能得到较大幅度的改善，在普通低压低产井中(井底流压10Mpa以下，产量3000m3/d～8000m3/d)具备一定优势，但在超低产气井(3000m3/d以下)中泡排效能改善不明显，泡排工艺适应性也存在明显不足，需要通过放空带液、气举带液等辅助措施来保障泡排效果。超低产井泡排工艺对泡排剂的低表面张力具有更高要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超低表面张力泡排剂及其制备方法，以进一步提高超低产井油气采收率，解决气井开采后期气井产能极低时出现的水淹、减产等问题，满足超低产井(3000m3/d以下)泡排工艺要求。
本发明提供的超低表面张力泡排剂，包括的组分和以质量份计的组成如下：
Figure BDA0003542783860000011
Figure BDA0003542783860000021
上述超低表面张力泡排剂，进一步地，所述双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱是通过1，4二溴丁烷将十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱中的羟基进行取代得到的双子表面活性剂。
本发明提供的上述超低表面张力泡排剂的制备方法，包括以下内容：
按照超低表面张力泡排剂的组分配比，将水、双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱加入反应釜中恒温至65～75℃，在搅拌下加入全氟壬烯氧基苯磺酸钠、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺，继续搅拌1h，冷却、停止搅拌即得。
在本发明上述超低表面张力泡排剂及其制备方法中，所述十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱通过以下方法制备得到：
将十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱与乙二醇二甲醚混合，在55～65℃下搅拌至混合均匀，保持搅拌加入NaOH溶液，升温至75～85℃后滴加1，4-二溴丁烷，继续搅拌反应6～8h，其中十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱与1，4-二溴丙烷的摩尔比为(1.95-2.05)：1；反应结束后，除去乙二醇二甲醚和未反应的1，4-二溴丁烷，然后用乙醇溶解、过滤除去未反应的NaOH，再除去乙醇，并用丙酮结晶2～3次，真空干燥，得到白色固体双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱。
进一步地，所述NaOH溶液的质量百分浓度为49～51％，NaOH溶液的质量用量为十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱质量的50％～70％。
进一步地，所述乙二醇二甲醚的质量用量为十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱所用质量的6～8倍。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所述泡排剂表面张力低、发泡能力强、稳泡效果好、携液能力强，性能优良，能够有效降低积液表面张力，进而减小临界携液流速，使泡沫排水采气工艺低产井适应性得到明显增加，从而有助其提高产气量。
2.本发明所述泡排剂配方中，双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱是主要成分，全氟壬烯氧基苯磺酸钠可进一步降低本产品表面张力，同时提高本产品的泡沫效能，椰子油脂肪酸单乙醇酰胺对泡沫稳定性有明显改善作用，各组分协同作用，获得泡排剂超低表面张力、发泡能力强、稳泡效果好、携液能力强的效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的超低表面张力泡排剂以质量份计的组成如下：
Figure BDA0003542783860000031
制备方法如下：
按照超低表面张力泡排剂的组分配比，将水、双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱加入反应釜中恒温至70℃，在搅拌下加入全氟壬烯氧基苯磺酸钠、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺，继续搅拌1h，冷却、停止搅拌即得。
所述双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱的制备方法如下：
将16.84g(0.048mol)十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱与120mL乙二醇二甲醚混合后，倒入装有搅拌器和冷凝管的250mL三口烧瓶中。在60℃、250r/min条件下搅拌至均匀，加入10mL质量分数为50％的NaOH溶液，升温至80℃，搅拌下用恒压滴液漏斗缓慢滴加5.18g(0.024mol)1，4-二溴丁烷(约0.5h)，继续反应7h。反应完成后，将其转移到单口圆底烧瓶中，减压蒸馏除去乙二醇二甲醚和未反应的1,4-二溴丁烷，然后用60mL乙醇溶解趁热过滤除去未反应的NaOH，再蒸去乙醇，并用丙酮将产物重结晶3次，在真空干燥24h，得到白色固体双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱。
本实施例中其他组分原料均来自市售。
对比例1
将实施例1中的双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱替换为十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱，按照相同的配方量和相同方法制备泡排剂。
实施例2
Figure BDA0003542783860000032
Figure BDA0003542783860000041
制备方法如下：
按照超低表面张力泡排剂的组分配比，将水、双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱加入反应釜中恒温至65℃，在搅拌下加入全氟壬烯氧基苯磺酸钠、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺，继续搅拌1h，冷却、停止搅拌即得。
本实施例及以下实施例中，双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱的制备方法与实施例1相同。
实施例3
Figure BDA0003542783860000042
制备方法如下：
按照超低表面张力泡排剂的组分配比，将水、双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱加入反应釜中恒温至75℃，在搅拌下加入全氟壬烯氧基苯磺酸钠、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺，继续搅拌1h，冷却、停止搅拌即得。
实施例4
Figure BDA0003542783860000043
制备方法如下：
按照超低表面张力泡排剂的组分配比，将水、双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱加入反应釜中恒温至75℃，在搅拌下加入全氟壬烯氧基苯磺酸钠、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺，继续搅拌1h，冷却、停止搅拌即得。
对实施例1制备得到的超低表面张力泡排剂进行以下性能测试和对比。
1)表面张力测试
矿化水：矿化水中含有氯化钠40g/L、氯化钙8g/L、氯化镁2g/L。
测试方法：将实施例1制备的超低表面张力泡排剂与矿化水配制成质量浓度为0.5％的水溶液；取250ml配制的水溶液，在30℃、常压条件下采用圆环法进行表面张力测试；同时测定的泡排剂还有以对比例1、市售某公司的常规型泡排剂以及市售某公司的低压低产泡排剂。测定结果见表1。
表1
Figure BDA0003542783860000051
2)发泡效果测定
矿化水：矿化水中含有氯化钠40g/L、氯化钙8g/L、氯化镁2g/L。
测试方法：将实施例1制备的超低表面张力泡排剂与矿化水配制成质量浓度0.5％的水溶液；取250ml配制的水溶液，在80℃、常压条件下进行罗氏泡沫试验,测定发泡高度及10min泡高。同时测定的泡排剂还有对比例1、市售某公司的常规型泡排剂以及市售某公司的低压低产泡排剂，测定结果见表2。
表2
Figure BDA0003542783860000052
3)携液效能测定
矿化水：矿化水中含有氯化钠40g/L、氯化钙8g/L、氯化镁2g/L。
测试方法：将实施例1制备的超低表面张力泡排剂与矿化水配制成0.5％的水溶液；取250ml配制的水溶液，在80℃、常压条件下测定携液量：关闭罗氏泡沫仪下端考克，将溶液倒入罗氏泡沫仪中，连接集液管，集液管连接到2L的量杯，通入5L/min的空气气流发泡，携液时间15min，将15min所带出的液收集后计量，得到携液量；
同时测定的泡排剂还有对比例1、市售某公司的常规型泡排剂以及某公司的低压低产泡排剂，测定结果见表3。
表3
Figure BDA0003542783860000053
4)现场应用效果
将实施例1制备的泡排剂进行现场应用试验。按照超低表面张力与配置用水的体积比1:8稀释超低表面张力待用。该井套压1.8Mpa，油压1Mpa，油套压差为0.8Mpa，产气量2700m3/d，产水量0.5m3/d，泡排工艺中原使用药剂为现有市售常规泡排剂，加量8L/d。使用超低表面张力泡排剂后药剂加量维持8L/d不变，气井套压降低为1.7Mpa，油压上涨至1.1Mpa，油套压差降低至0.6Mpa，产气量上升至3500m3/d，产水量上涨至0.8m3/d，试验情况见表4。
表4
Figure BDA0003542783860000061
通过以上测试可以看出，本发明所述泡排剂具有更低的表面张力，和更好的发泡能力强、稳泡效果和携液能力，能够满足超低产气井(3000m3/d以下)中对泡排剂的低表面张力的高要求，使泡沫排水采气工艺低产井适应性得到明显增加。

Claims (2)

1.一种超低表面张力泡排剂，其特征在于，包括的组分和以质量份计的组成如下：
双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱 20~40份
全氟壬烯氧基苯磺酸钠 0.1~1份
椰子油脂肪酸单乙醇酰胺 1~4份
水 59~79份
所述双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱通过以下方法制备：
将十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱与乙二醇二甲醚混合，在55~65℃下搅拌至混合均匀，保持搅拌加入NaOH溶液，升温至75~85℃后滴加1，4-二溴丁烷，继续搅拌反应6~8h，其中十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱与1，4-二溴丁烷的摩尔比为（1.95-2.05）：1；反应结束后，除去乙二醇二甲醚和未反应的1，4-二溴丁烷，然后用乙醇溶解、过滤，再除去乙醇，并用丙酮结晶2~3次，真空干燥，得到白色固体双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱；
所述NaOH溶液的质量百分浓度为49~51%，NaOH溶液的质量用量为十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱质量的50%~70%；
所述乙二醇二甲醚的质量用量为十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱所用质量的6~8倍。
2.权利要求1所述超低表面张力泡排剂的制备方法，其特征在于，包括以下内容：
按照超低表面张力泡排剂的组分配比，将水、双子十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱加入反应釜中恒温至65~75℃，在搅拌下加入全氟壬烯氧基苯磺酸钠、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺，继续搅拌，冷却、停止搅拌即得。
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