CN115124988A - 防硫沉积泡沫排水剂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料领域，公开了一种防硫沉积泡沫排水剂，用于向气井中加注进行排水采气，包括以质量份计算的以下组分：硫辅助溶解剂3‑15份、表面活性剂35‑98份、二乙烯三氨五亚甲基膦酸3‑14份以及羟基亚乙基二膦酸12‑28份；其中，硫辅助溶解剂包括N‑甲基‑2‑吡咯烷酮、烷基磺酸苯酯以及十二烷基二甲基氧化胺。本发明的泡排剂中添加有适量的元素硫辅助溶解剂，能够在排水取气的工艺中，利用泡排剂形成的水液气泡能够溶解部分元素硫，在高压高温的井下环境中，能够避免高含硫气井中元素硫对阀门及管件的堵塞。
Description
技术领域
本发明属于油气开采技术领域，具体涉及一种防硫沉积泡沫排水剂。
背景技术
采气工艺技术始将天然气采到地面的工艺过程，天然气依靠自身的压力沿着井内的自喷管道从井底流至井口。在气田的开发过程中，采取有效的工艺技术措施，开采出更多的天然气，并进行安全稳定的储运，满足气体生产的需要。对于采气工艺技术中的排水采气方式进行研究，排出气井内的积液，提高气井开采的效率。形成的采气工艺技术主要有气层保护、排水采气、水合物防治、天然气井口、集气管线安全保护、气田防腐、分层开采、气层增产改造等工艺技术。
其中，组合排水采气工艺是将成熟的单项工艺有机地结合在一起，以充分发挥各单项工艺技术的优势，扩大单项工艺的适用范围，实现优势互补，增加举升系统的效率。特别是气举-泡排组合工艺，其组合优势在实际应用中得到了充分体现。气举-泡排组合工艺是采用专用井口装置，从地面向井内注入高压气的同时注入一定量的起泡剂，使气水混合后泡沫化，减小液体在垂管流动中单位体积的重度，减小流动中的滑脱损失，降低井底流压，增大生产压差，达到强排和增产的目的。
而其中的起泡剂即在泡沫排水工艺中，促成气田水发泡的化学药剂。泡沫排水是气井排水采气工艺中较简单易行的一种，泡沫排水的效果主要取决于所使用的泡沫排水剂，泡沫排水剂的主要成分是表面活性剂，能有效地降低水的表面张力。现有的泡沫排水剂为了实现其他功能，以应对排水采气过程中可能存在的问题，会在现有的泡沫排水剂中增加特定功能的组分以实现对应效果。例如，防止结垢，会添加阻垢剂。研究表明，普通结垢成分为金属盐成分，但在许多高含硫气井中，还可能存在一定量的元素硫沉积物。传统的阻垢剂无法解决元素硫的沉积物，而现有的处理手段均是针对于气体管路中元素硫沉积物定期清洗，是专用的清洗剂，需要单独进行注入起效，成本较高。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种防硫沉积泡沫排水剂，通过药剂选用，从而选择到恰当的表面活性剂以及硫辅助溶解剂，能够在排水采气的过程中将大部分元素硫以及难容的固体硫颗粒带出，避免其对阀门及管件造成的堵塞或者腐蚀。
本发明所采用的技术方案为：
第一方面，本发明公开防硫沉积泡沫排水剂，用于向气井中加注进行排水采气，包括以质量份计算的以下组分：
硫辅助溶解剂3-15份
表面活性剂35-98份
二乙烯三氨五亚甲基膦酸3-14份
以及羟基亚乙基二膦酸12-28份；
其中，硫辅助溶解剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、烷基磺酸苯酯以及十二烷基二甲基氧化胺。
结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，所述硫辅助溶解剂包括以质量份计算的：
N-甲基-2-吡咯烷酮5-16份
烷基磺酸苯酯15-25份
以及十二烷基二甲基氧化胺4-9份。
结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第二种实施方式，所述表面活性剂包括以质量份计算的以下组分：
阳离子表面活性剂10-35份
阴离子表面活性剂2-7份
以及两性表面活性剂20-110份。
结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第三种实施方式，所述表面活性剂包括以质量份计算的以下组分：
特殊结构Gemini阳离子表面活性剂10-35份
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2-7份
羟丙基磺基甜菜碱30-80份
以及丙基甜菜碱5-25份。
结合第一方面，本发明提供第一方面的第四种实施方式，所述包括以质量份计算的以下组分：
N-甲基-2-吡咯烷酮11-50份
烷基磺酸苯酯15-80份
特殊结构Gemini阳离子表面活性剂100-350份
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠20-70份
羟丙基磺基甜菜碱300-800份
丙基甜菜碱50-250份
二乙烯三氨五亚甲基膦酸30-140份
以及羟基亚乙基二膦酸120-280份。
结合第一方面的第四种实施方式，本发明提供第一方面的第五种实施方式，使用时，将排水剂用清水溶解形成溶剂，并将使用浓度调整为积液的5-8‰；
第一次使用泡排剂的气井，将用量提升至原有浓度的1-2倍。
结合第一方面的第五种实施方式，本发明提供第一方面的第六种实施方式，清水与排水剂药剂质量比为15-80。
需要说明的是，其中的DTMPS(二乙烯三氨五亚甲基膦酸)是含氮有机多元膦酸，属阴极型缓蚀剂，与无机聚磷酸盐相比，缓蚀率高3-5倍。能与水混溶，无毒无污染，化学稳定性及耐温性好，在100℃下仍有良好的阻垢效果。DTMPS在水溶液中能离解成8个正负离子，因而可以与多个金属离子螯合，形成多个单体结构大分子网状络合物，松散地分散于水中，使钙垢正常结晶被破坏。DTMPS对硫酸钙、硫酸钡垢的阻垢效果好。DTMPA具有很强的螯合金属离子的能力，与铜离子的络合常数是包括EDTA在内的所有螯合剂中最大的。
HEDP(羟基亚乙基二膦酸)是一种有机膦酸类阻垢缓蚀剂，能与铁、铜、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，能溶解金属表面的氧化物。在250℃下仍能起到良好的缓蚀阻垢作用，在高pH下仍很稳定，不易水解，一般光热条件下不易分解。耐酸碱性、耐氯氧化性能较其它有机膦酸(盐)好。
而Gemini表面活性剂是通过联接基将2个或2个以上的传统表面活性剂分子在亲水基或接近亲水基处连接在一起的新型表面活性剂。Gemini表面活性剂至少有两个疏水碳氢链、两个极性头基和一个联接基团；联接基团可长、可短、可刚性、可柔性、可极性、可非极性；根据极性头基为阳离子、阴离子或非离子可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子Gemini表面活性剂；根据两极性头基和疏水链结构可分为对称Gemini表面活性剂和不对称Gemini表面活性剂。
本发明中采用的Gemini阳离子表面活性剂，并为了匹配属于阴离子表面活性剂的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，会调整其具体的碳链长度，一般R为12-15烷基，如采用月桂醇聚醚硫酸酯钠这种R为12烷基的药剂作为阴离子表面活性剂，则Gemini阳离子表面活性剂的碳原子相近，为12-14左右，且基本上都在疏水碳氢链上，形成较大的疏水基。
而另外两种两性表面活性剂作为主体，在酸性及碱性条件下均具有优良的稳定性，分别呈现阳和阴离子性，常与阴、阳离子和非离子表面活性剂并用，其配伍性能良好。刺激性小，易溶于水，对酸碱稳定，泡沫多，去污力强，具有优良的增稠性、柔软性、杀菌性、抗静电性、抗硬水性。能显著提高洗涤类产品的柔软、调理和低温稳定性。
本发明的有益效果为：
本发明针对天然气排水采气作业的特点，研制开发的一种新型复合高效防硫泡沫排水剂，是能够集泡沫排水、井壁防腐及防硫于一体的新型多功能泡沫排水剂，克服了泡沫排水采气与阻垢剂、杀菌的相溶性、配伍性差的缺点；在气、水同采期的天然气井，把泡沫排水采气和管道防腐和阻垢有机结合，在排水采气的同时进行进行管道阻垢和防腐，节省了人力物力提高了生产效率；
同时，由于添加有适量的元素硫辅助溶解剂，能够在排水取气的工艺中，利用泡排剂形成的水液气泡能够溶解部分元素硫，在高压高温的井下环境中，能够避免高含硫气井中元素硫对阀门及管件的堵塞。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
本实施例公开防硫沉积泡沫排水剂，产品本身为若干组分构成的粉剂，并通过塑料桶进行密封保存，同时添加有的少量液体药剂，该排水剂主要包括以质量份计算的以下组分：
硫辅助溶解剂3-15份、表面活性剂35-98份、二乙烯三氨五亚甲基膦酸3-14份以及羟基亚乙基二膦酸12-28份。
其中，表面活性剂包括以质量份计算的以下组分：阳离子表面活性剂5-25份、阴离子表面活性剂3-10份以及两性表面活性剂15-80份。
具体的，表面活性剂包括以质量份计算的以下组分：
特殊结构Gemini阳离子表面活性剂5-25份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3-10份、羟丙基磺基甜菜碱20-50份以及丙基甜菜碱10-50份。
其中，硫辅助溶解剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、烷基磺酸苯酯以及十二烷基二甲基氧化胺。
实施例2：
本实施例在上述实施例1的药剂基础上进行优化限定，其中，以重量份计算包括以下成分：N-甲基-2-吡咯烷酮11-50份、烷基磺酸苯酯15-80份、特殊结构Gemini阳离子表面活性剂100-350份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠20-70份、羟丙基磺基甜菜碱300-800份、丙基甜菜碱50-250份、二乙烯三氨五亚甲基膦酸30-140份以及羟基亚乙基二膦酸120-280份。
具体的，提供几组优选且同样以质量份计算的应用组分配比。
组分一：
N-甲基-2-吡咯烷酮20g…………………………………硫辅助溶解剂
烷基磺酸苯酯40g………………………………………硫辅助溶解剂
特殊结构Gemini阳离子表面活性剂200g………阳离子表面活性剂
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠30g……………………阴离子表面活性剂
羟丙基磺基甜菜碱400g………………………………两性表面活性剂
丙基甜菜碱100g………………………………………两性表面活性剂
二乙烯三氨五亚甲基膦酸80g…………………………………阻垢剂
以及羟基亚乙基二膦酸150g………………………………阻垢剂
使用时，将排水剂用清水溶解形成溶剂，并将使用浓度调整为积液的8‰；第一次使用泡排剂的气井，将用量提升至原有浓度的1倍，而清水与排水剂药剂质量比为30。
组分二：
N-甲基-2-吡咯烷酮30g…………………………………硫辅助溶解剂
烷基磺酸苯酯60g………………………………………硫辅助溶解剂
特殊结构Gemini阳离子表面活性剂250g………阳离子表面活性剂
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠30g……………………阴离子表面活性剂
羟丙基磺基甜菜碱600g………………………………两性表面活性剂
丙基甜菜碱150g………………………………………两性表面活性剂
二乙烯三氨五亚甲基膦酸60g…………………………………阻垢剂
以及羟基亚乙基二膦酸120g……………………………………阻垢剂
使用时，将排水剂用清水溶解形成溶剂，并将使用浓度调整为积液的8‰；第一次使用泡排剂的气井，将用量提升至原有浓度的1倍，而清水与排水剂药剂质量比为30。
由于现有技术中存在的解决手段均为专用的硫清洗剂，而本实施例中的药剂是在气井排水取气中用于在气井底部积水中形成大量泡沫后随气体一同向外排出，则与专门的清洗剂不同，起效原理也不尽相同。
在实际过程中发现到，常规的清洗剂为非极性的溶剂，通过溶解元素硫来实现清洗效果。而泡沫排水剂的主要成分为表面活性剂，而表面活性剂所产生的液泡能够通过分散、渗透、减阻、洗涤等方式，来排出地层中泥沙与淤渣等不溶性固体微粒，类似气浮原理，形成的液泡本身就能够将不溶解的微滴状元素硫或固体颗粒元素硫携带至地面上，本身就具有较好的清洗效果。同时随着积液会被带出井外，则通过增加的硫辅助溶解剂也能够将部分元素硫溶解后带出，或在积液中形成溶解体系，在气体中存在较大量的硫化氢气体时，能够将硫蒸汽分压较低所形成的硫沉积物一并溶解，从而避免在提升时由于温度和压力下降在管壁沉积。
为了验证上述添加有硫辅助溶解剂的泡沫排水剂的有效性，本实施例中通过制作多种验证样品进行对应测试，来确定其配比、所确定的配伍关系以及药剂选型的有效性。
第一项测试：
由于元素硫的沉积情况会随着温度及压力的变化而改变，为了获取到更准确的验证结果，在实验室中通过小型高压反应釜模拟井下环境，将温度设定在60-80℃，而压力在10-15MPa，模拟井深在1000m左右的气井环境。
先向高压反应釜中按照实际井下积液成分配置好的实验液体定量加入，其中实验液体中增加有一定量的硫磺，然后再向高压反应釜中充入一定量的硫化氢及甲烷气体形成气体环境。
然后配置实验用样品组，包括一下样品组：
样品1：硫辅助溶解剂10g、表面活性剂50g、二乙烯三氨五亚甲基膦酸8g以及羟基亚乙基二膦酸15g
样品2：硫辅助溶解剂10g、二乙烯三氨五亚甲基膦酸8g以及羟基亚乙基二膦酸15g，未添加有表面活性剂
样品3：表面活性剂50g、二乙烯三氨五亚甲基膦酸8g以及羟基亚乙基二膦酸15g，未添加有硫辅助溶解剂
其中，硫辅助溶解剂以及表面活性剂的配比均按照上述配比范围进行确定，然后以样品的溶液浓度为积液的5-8‰的添加量进行试验。
试验时，先将定量配置好的防硫沉积泡沫排水剂样品注入高压反应釜中，然后启动加热装置将温度升高至60-80℃范围，同时通过外部设置的螺杆空压机向高压反应釜中注入空气，使得内部气压达到10-15MPa然后停止加压。然后持续搅拌1-2h后，再通过外部的高压排放管路持续排出气泡水液，直到内部气压恢复到正常大气压后停止实验。
在完成实验过程后，对高压反应釜内部的溶液进行硫单质查看，对溶液中所溶解的元素硫进行含量检测，并对排出的水液同样进行元素硫含量检测。
结果表明，只有样品1的反应容器和管路中未发现沉积硫物质，并且在剩余的溶液中沉积在底部的硫磺体积明显减小，并在该溶液和排出水液中检测到硫元素含量，且含量远高于样品2和样品3，说明采用防硫沉积泡沫排水剂能够明显针对元素硫的沉积物，通过溶解和水提的方式将沉积物带出，避免其附着在管壁或阀门处造成堵塞。
需要说明的是，硫辅助溶解剂中的N-甲基-2-吡咯烷酮和烷基磺酸苯酯能够溶解硫单质，同时还能够溶解一定量的硫化氢气体，避免因硫化氢含量饱和在温度下降时产生沉积物。而添加的十二烷基二甲基氧化胺本身作为表面活性剂，就能够与起泡剂配合起效，同时本身能够作为烷基磺酸苯酯的催化剂，提高溶液溶解硫单质的效果。
同时，本身的泡排剂配方也需要进行单独的性能测试，避免因药剂添加配伍不好而导致其本身性能无法达到要求的问题。为了验证该配比的有效性，本实施例先采用普通的两性表面活性剂作为主要配方按照相同的配比进行配置，从而获得若干样品进行第二项测试，具体内容如下：
第二项测试
为了验证采用本实施例中提供的组分一、二的复配表面活性剂与硫辅助溶解剂，采用不同的测试方式来确定其泡排剂的基本参数，如携液量、起泡力、稳泡力和胶束聚集数进行测试。
样品4：采用上述组分一、二进行混合测试
样品5：采用普通的表面活性剂，并将总的表面活性剂按比例调整使其总量保持在1100-1200g之间
每份样品按比例称取混合后，加入清水以稀释比例30倍加入清水进行溶解稀释，并调节pH值在5-8以内，静止一定时间后配置形成泡排剂水溶液备用。
然后确定处理水样指标与上述第一项测试水样指标相同，并以30份相同编号的泡排剂水溶液对等质量的水样进行处理，并获取对应的阻垢率以及携液量进行测试对比，其中阻垢率在温度80℃条件下获取，具体结果表1所示。
表1
需要说明的是，阴、阳离子表面活性剂在混合溶液中存在着强烈的相互作用，此种作用的本质主要是电性相反的表面活性剂离子间的静电作用及其疏水性碳链间的相互作用。和单一表面活性剂相比，非但没有相同电荷的斥力，反而增加了相反电荷间的引力，这就大大促进了两种不同电荷离子问的缔合，在溶液中更易形成胶束，在表面(界面)更易吸附，因而产生更高的表面活性。
Claims (7)
1.防硫沉积泡沫排水剂，用于向气井中加注进行排水采气，其特征在于：包括以质量份计算的以下组分：
硫辅助溶解剂3-15份
表面活性剂35-98份
二乙烯三氨五亚甲基膦酸3-14份
以及羟基亚乙基二膦酸12-28份；
其中，硫辅助溶解剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、烷基磺酸苯酯以及十二烷基二甲基氧化胺。
2.根据权利要求1所述的防硫沉积泡沫排水剂，其特征在于：所述硫辅助溶解剂包括以质量份计算的：
N-甲基-2-吡咯烷酮5-16份
烷基磺酸苯酯15-25份
以及十二烷基二甲基氧化胺4-9份。
3.根据权利要求2所述的防硫沉积泡沫排水剂，其特征在于：所述表面活性剂包括以质量份计算的以下组分：
阳离子表面活性剂10-35份
阴离子表面活性剂2-7份
以及两性表面活性剂20-110份。
4.根据权利要求2所述的防硫沉积泡沫排水剂，其特征在于：所述表面活性剂包括以质量份计算的以下组分：
特殊结构Gemini阳离子表面活性剂10-35份
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2-7份
羟丙基磺基甜菜碱30-80份
以及丙基甜菜碱5-25份。
5.根据权利要求1所述的防硫沉积泡沫排水剂，其特征在于：所述包括以质量份计算的以下组分：
N-甲基-2-吡咯烷酮11-50份
烷基磺酸苯酯15-80份
十二烷基二甲基氧化胺8-20份
特殊结构Gemini阳离子表面活性剂100-350份
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠20-70份
羟丙基磺基甜菜碱300-800份
丙基甜菜碱50-250份
二乙烯三氨五亚甲基膦酸30-140份
以及羟基亚乙基二膦酸120-280份。
6.根据权利要求5所述的防硫沉积泡沫排水剂，其特征在于：使用时，将排水剂用清水溶解形成溶剂，并将使用浓度调整为积液的5-8‰；
第一次使用泡排剂的气井，将用量提升至原有浓度的1-2倍。
7.根据权利要求6所述的防硫沉积泡沫排水剂，其特征在于：清水与排水剂药剂质量比为15-80。
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