CN115124987A - 一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，由如下原料组成：液体泡排剂、载体、碳纳米管、亚甲基双丙烯酰胺和水，其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.02‑0.03%，所述碳纳米管、载体和水的质量比为1：3：（10‑12），载体与所述液体泡排剂的质量比为（50‑55）:（45‑50），所述载体为羟丙基‑β‑环糊精、壳聚糖、纤维蛋白胶、聚乳酸中的一种。本发明还公开了所述泡排剂的制备方法。本发明制备的固体泡排剂，在低温地面温度条件下具有优良的起泡性、泡沫稳定性和携液能力，能够有效避免天然气在集输过程中在地面管线形成积液；溶解速率慢，其泡排作用可以持续释放半年以上。
Description
技术领域
本发明属于天然气集输技术领域，具体涉及一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂及其制备方法。
背景技术
随着天然气开采进入中后期，气井产水量逐渐增多，为了有效排除井底的积液，保障气井的正常生产，通常需定期或连续地向井底注入泡排剂，使之与井底积液充分接触，产生大量较稳定的含水泡沫，从而有效提高气井井筒携液能力，达到排水采气的目的。然而，当地层含水泡沫从井筒举升至地面时，由于集输管线运行温度低、天然气流速小、高矿化度等因素导致泡排剂的起泡能力和稳泡能力都大幅降低，从而导致泡排剂出现失效问题。同时，采出气中水含量的增多，导致地面集输管线在管线低洼处形成积液，不仅使天然气与积液形成断塞流，增大流动阻力，更会因节流效应导致天然气输送温度降低，最终形成大量天然气水合物堵塞管线，影响天然气的正常生产。
现有技术中的耐高矿化度的泡排剂主要用于天然气井的排水采气，适用于井底高温环境以及矿化度较高的气井，但是无法满足现场冬季-20℃左右的低温地面集输管线的泡排作业，在低温时用于集输管线存在起泡能力差、携液量少，导致部分管道形成积液，甚至温度较低时形成冻堵等缺陷。此外，在地面集输管道中使用液体泡排剂，还存在泡排剂与含水天然气的接触不充分、损耗量大、作用时间短、加注比例难以控制以及随着气流稀释冲刷造成泡排效果不佳和需要连续进行加注作业等缺点。与此同时，现有的泡排剂自气井井筒注入气井后，经集输管线输送至集气站、净化厂后，最终接入污水处理厂，面临含泡排剂污水处理负荷大等问题。中国专利CN102965092A公开了一种抗盐型低温泡沫举升排水化学剂，具有抗低温的性能，其只是在低温条件下不会被冻结，但在-20℃的环境下，其起泡、携液效果并不好。因此，亟需提高现有泡排剂的低温泡排性能、作用时间和浓度的精准控制，研制适用于地面集输管线的长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂及其制备方法，该长效固体泡排剂能够降低泡排剂有效成分的释放速度，使其能够在天然气集输管线环境中缓慢溶解，并在一定的时间内，使体系中泡排剂的有效成分保持一定的使用浓度，达到长期作用的效果，进一步确保在地面温度条件下，集输管线的正常运行。
一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，由如下原料组成：液体泡排剂、载体、碳纳米管、亚甲基双丙烯酰胺和水，其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.02-0.03%，所述碳纳米管、载体和水的质量比为1：3：（10-12），载体与所述液体泡排剂的质量比为（50-55）:（45-50），所述载体为羟丙基-β-环糊精、壳聚糖、纤维蛋白胶、聚乳酸中的一种。
优选地，本发明所述液体泡排剂由起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂在60-80℃下搅拌混合组成，其中，按照重量比100%计，起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂占所述液体泡排剂的重量比如下：起泡剂66-69%，稳泡剂1.5-3.5%，余量为醇类溶剂。
优选地，所述起泡剂为月桂酰胺丙基氧化胺、1-羟乙基-羧甲基-烷基咪唑啉、月桂酰胺丙基甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱、十六十八烷基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基氧化胺、椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、十二烷基葡萄糖苷、月桂酸咪唑啉、月桂酰燕麦氨基酸钠中的至少三种组成。
优选地，所述稳泡剂为十八烷基二甲基氧化胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、十二醇、三乙醇胺、月桂酸单甘油酯、油酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱中的至少一种。
优选地，所述醇类溶剂为甲醇、乙二醇、甘油中的一种。
优选地，所述固体泡排剂为粒径40-50mm的球形。
所述固体泡排剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）载体改性：将载体与水混合，在80-90℃下加热搅拌使其溶解为糊状，然后向其中加入碳纳米管，球磨，再在110℃干燥箱中干燥后得到改性载体；
（2）将液体泡排剂加入所述改性载体中，然后再加入亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合；
（3）将步骤（2）得到的混合物在20-30℃下静置10-12h后，转移至模具中，成型后脱模，再在110℃下干燥2-4h，冷却至室温，即可。
优选地，所述球磨为在行星球磨机中球磨25-40min。
优选地，所述模具为内径为40-50mm的球形模具。
本发明的优点：
（1）本发明制备的固体泡排剂，在低温地面温度条件下具有优良的起泡性、泡沫稳定性和携液能力，能够有效避免天然气在集输过程中在地面管线形成积液；
（2）本发明制备的泡排剂为缓释型长效固体泡排剂，溶解速率慢，其泡排作用可以持续释放半年以上，从而有效减少了加药次数，保证生产的正常进行；延长了泡排剂的使用时间，并减少了对环境的污染；
（3）本发明制备的固体泡排剂的使用方法简单，使用时不需要稀释，可直接通过井口加药装置，定期投放；
（4）本发明制备的固体泡排剂的生产工艺简单，对环境污染小；还具有易于保存及运输等优点。
具体实施方式
实施例1
一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，为粒径为45mm的球形，由如下原料组成：液体泡排剂、载体、碳纳米管、亚甲基双丙烯酰胺和水，
其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.02%，
所述碳纳米管、载体和水的质量比为1：3：10，
载体与所述液体泡排剂的质量比为50:50，
所述载体为羟丙基-β-环糊精；
所述液体泡排剂由起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂在60℃下搅拌混合组成，按照重量比100%计，起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂占所述液体泡排剂的重量比如下：起泡剂66%，稳泡剂3.5%，醇类溶剂30.5%；
所述起泡剂为等质量比的月桂酰胺丙基氧化胺、1-羟乙基-羧甲基-烷基咪唑啉、月桂酰胺丙基甜菜碱混合组成；
所述稳泡剂为十八烷基二甲基氧化胺；
所述醇类溶剂为甲醇。
所述固体泡排剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）载体改性：将载体与水混合，在80℃下加热搅拌使其溶解为糊状，然后向其中加入碳纳米管，在行星球磨机中球磨25min，得到改性载体；
（2）将起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂依次加入反应釜中，在温度60℃下搅拌混合，得到液体泡排剂；然后将液体泡排剂加入所述改性载体中，然后再加入亚甲基双丙烯酰胺，混合搅拌；
（3）将步骤（2）得到混合物在20℃下静置12 h后，转移至内径为45mm模具中，成型后脱模，再在110℃下烘干干燥2h，冷却至室温，即可。
实施例2
一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，为粒径为45mm的球形，由如下原料组成：液体泡排剂、载体、碳纳米管、亚甲基双丙烯酰胺和水，
其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.03%，
所述碳纳米管、载体和水的质量比为1：3：12，
载体与所述液体泡排剂的质量比为55:45，
所述载体为壳聚糖；
所述液体泡排剂由起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂在70℃下搅拌混合组成，按照重量比100%计，起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂占所述液体泡排剂的重量比如下：起泡剂69%，稳泡剂1.5%，醇类溶剂29.5%；
所述起泡剂为等质量比的十二烷基二甲基甜菜碱、十六十八烷基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基氧化胺混合组成；
所述稳泡剂为椰油脂肪酸二乙醇酰胺；
所述醇类溶剂为乙二醇。
所述固体泡排剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）载体改性：将载体与水混合，在90℃下加热搅拌使其溶解为糊状，然后向其中加入碳纳米管，在行星球磨机中球磨40min，得到改性载体；
（2）将起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂依次加入反应釜中，在温度70℃下搅拌混合，得到液体泡排剂；然后将液体泡排剂加入所述改性载体中，然后再加入亚甲基双丙烯酰胺，混合搅拌；
（3）将步骤（2）得到混合物在30℃下静置10h后，转移至内径为45mm模具中，成型后脱模，再在110℃下干燥4h，冷却至室温，即可。
实施例3
一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，为粒径为45mm的球形，由如下原料组成：液体泡排剂、载体、碳纳米管、亚甲基双丙烯酰胺和水，
其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.025%，
所述碳纳米管、载体和水的质量比为1：3：10，
载体与所述液体泡排剂的质量比为50:45，
所述载体为纤维蛋白胶；
所述液体泡排剂由起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂在70℃下搅拌混合组成，按照重量比100%计，起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂占所述液体泡排剂的重量比如下：起泡剂68%，稳泡剂3%，醇类溶剂29%；
所述起泡剂为等质量比的椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、十二烷基葡萄糖苷、月桂酸咪唑啉、月桂酰燕麦氨基酸钠混合组成；
所述稳泡剂为等质量比的十二醇、三乙醇胺、月桂酸单甘油酯混合组成；
所述醇类溶剂为甘油。
所述固体泡排剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）载体改性：将载体与水混合，在85℃下加热搅拌使其溶解为糊状，然后向其中加入碳纳米管，在行星球磨机中球磨30min，得到改性载体；
（2）将起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂依次加入反应釜中，在温度70℃下搅拌混合，得到液体泡排剂；然后将液体泡排剂加入所述改性载体中，然后再加入亚甲基双丙烯酰胺，混合搅拌；
（3）将步骤（2）得到混合物在25℃下烘干干燥11h后，转移至内径为45mm模具中，成型后脱模，再在110℃下烘干干燥3h，冷却至室温，即可。
实施例4
一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，为粒径为45mm的球形，由如下原料组成：液体泡排剂、载体、碳纳米管、亚甲基双丙烯酰胺和水，
其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.025%，
所述碳纳米管、载体和水的质量比为1：3：10，
载体与所述液体泡排剂的质量比为50:50，
所述载体为聚乳酸；
所述液体泡排剂由起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂在65℃下搅拌混合组成，其中，按照重量比100%计，起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂占所述液体泡排剂的重量比如下：起泡剂66%，稳泡剂1.5%，醇类溶剂32.5%；
所述起泡剂为等质量比的月桂酰胺丙基氧化胺、十二烷基二甲基甜菜碱、十六十八烷基二甲基甜菜碱混合组成；
所述稳泡剂为等质量比的油酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱混合组成；
所述醇类溶剂为甘油；
所述液体泡排剂是通过以下方法制备得到：将起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂依次加入反应釜中，在温度60-70℃下搅拌混合。
所述固体泡排剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）载体改性：将载体与水混合，在80℃下加热搅拌使其溶解为糊状，然后向其中加入碳纳米管，在行星球磨机中球磨30min，得到改性载体；
（2）将起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂依次加入反应釜中，在温度65℃下搅拌混合，得到液体泡排剂；然后将液体泡排剂加入所述改性载体中，然后再加入亚甲基双丙烯酰胺，混合搅拌；
（3）将步骤（2）得到混合物在26℃下烘干干燥11h后，转移至内径为45mm模具中，成型后脱模，再在110℃下烘干干燥2h，冷却至室温，即可。
对比例
不加入碳纳米管，其他同实施例1，具体如下：
一种固体泡排剂，为粒径为45mm的球形，由如下原料组成：液体泡排剂、载体、亚甲基双丙烯酰胺和水，
其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.02%，
所述载体和水的质量比为3：10，
载体与所述液体泡排剂的质量比为50:50，
所述载体、液体泡排剂同实施例1；
所述固体泡排剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）载体制备：将载体与水混合，在80℃下加热搅拌使其溶解为糊状，得到糊状载体；
（2）将起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂依次加入反应釜中，在温度60℃下搅拌混合，得到液体泡排剂；然后将液体泡排剂加入所述糊状载体中，然后再加入亚甲基双丙烯酰胺，混合搅拌；
（3）将步骤（2）得到混合物在20℃下静置12 h后，转移至内径为45mm模具中，成型后脱模，再在110℃下烘干干燥2h，冷却至室温，即可。
性能检测
1. 低温条件下的起泡性能
将160g本发明提供的泡排剂加入200g硬度为250mg/L、凝析油含量为3wt%的模拟水中，然后每经过24h取其溶液，在模拟地面集输管线冬季运行温度-20℃条件下，依照GB/T13173.6-2008的实验方法，使用罗氏泡沫仪测定制备的固体泡排剂的起泡性和稳泡性；使用SY/T 5761-1995中的气流法测定固体泡排剂的携液量；然后取新鲜的模拟水进行下一个24h的实验，当所取泡排剂溶液在第N天的携液量为0时，即认为该固体泡排剂失效，其有效作用时间记为N-1天；测定投入使用和使用185天后的起泡性、稳泡性和携液量来评价该固体泡排剂的长效性；同时，以对比例提供的固体泡排剂作为对比，结果见表1。
表1 检测结果
由表1可知，本发明提供的固体泡排剂，溶解速率缓慢，能在较长时间内稳定释放其泡排剂的有效成分，具有长效性；对比例提供的固体泡排剂在载体不进行改性时，其有效作用时间明显下降；而现有技术中的液体泡排剂，在集输管道低凹处形成的积液中迅速溶解，并在天然气流的携带下，流出管线，使用时间短。
2. 溶解性能评价方法
将本发明提供的固体泡排剂，在干燥箱中110℃干燥至恒量，再放入盛有硬度为250mg/L、凝析油含量为3wt%、温度0℃的模拟水中，在50r/min转速下不断搅拌，使样品完全溶解，实验过程中保证水过量。其中，每24h取出样品，110℃干燥至恒重后再称重，并取新鲜的模拟水进行下一个24h的溶解实验，对样品进行反复的溶解，考察样品完全溶解的时间，完全溶解时间是指所取固体泡排剂在模拟水中达到均一、稳定、澄清的时间，结果见表2。
其中，以对比例提供的液体泡排剂作为对比，其他条件相同。
表2溶解性能
Claims (9)
1.一种天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，其特征在于：由如下原料组成：液体泡排剂、载体、碳纳米管、亚甲基双丙烯酰胺和水，其中，亚甲基双丙烯酰胺占所述原料重量的0.02-0.03%，所述碳纳米管、载体和水的质量比为1：3：（10-12），载体与所述液体泡排剂的质量比为（50-55）:（45-50），所述载体为羟丙基-β-环糊精、壳聚糖、纤维蛋白胶、聚乳酸中的一种。
2.根据权利要求1所述天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，其特征在于：所述液体泡排剂由起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂在60-80℃下搅拌混合组成，其中，按照重量比100%计，起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂占所述液体泡排剂的重量比如下：起泡剂66-69%，稳泡剂1.5-3.5%，余量为醇类溶剂。
3.根据权利要求2所述天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，其特征在于：所述起泡剂为月桂酰胺丙基氧化胺、1-羟乙基-羧甲基-烷基咪唑啉、月桂酰胺丙基甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱、十六十八烷基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基氧化胺、椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、十二烷基葡萄糖苷、月桂酸咪唑啉、月桂酰燕麦氨基酸钠中的至少三种组成。
4.根据权利要求2所述天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，其特征在于：所述稳泡剂为十八烷基二甲基氧化胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、十二醇、三乙醇胺、月桂酸单甘油酯、油酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱中的至少一种。
5.根据权利要求2所述天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，其特征在于：所述醇类溶剂为甲醇、乙二醇、甘油中的一种。
6.根据权利要求1所述天然气地面集输管线用长效型耐高矿化度、耐低温的固体泡排剂，其特征在于：所述固体泡排剂为粒径40-50mm的球形。
7.权利要求1所述固体泡排剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）载体改性：将载体与水混合，在80-90℃下加热搅拌使其溶解为糊状，然后向其中加入碳纳米管，球磨，再在110℃干燥箱中干燥后得到改性载体；
（2）将液体泡排剂加入所述改性载体中，然后再加入亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合；
（3）将步骤（2）得到的混合物在20-30℃下静置10-12h后，转移至模具中，成型后脱模，再在110℃下干燥2-4h，冷却至室温，即可。
8.根据权利要求7所述固体泡排剂的制备方法，其特征在于：所述液体泡排剂由起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂在60-80℃下搅拌混合组成，其中，按照重量比100%计，起泡剂、稳泡剂和醇类溶剂占所述液体泡排剂的重量比如下：起泡剂66-69%，稳泡剂1.5-3.5%，余量为醇类溶剂。
9.根据权利要求7所述固体泡排剂的制备方法，其特征在于：所述球磨为在行星球磨机中球磨25-40min。
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Also Published As
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