CN115785930A - 一种自生气泡沫井筒清洗剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自生气泡沫井筒清洗剂及其制备方法，属于油田化学技术领域。制备方法如下：在水中加入螯合剂、氧化剂、pH控制剂和自生气体系后快速搅拌，再加入起泡剂和稳泡剂，慢速搅拌，即可获得自生气井筒清洗剂。该清洗剂在入井前的地面条件下为溶液状态，当泵入井筒及井底后，除了在水力扰动下自身可以起泡形成泡沫外，在pH控制剂催化和地层温度的双重作用下自生气体系缓慢释放出气体，进一步补充了由于固体堵塞物影响导致的泡沫泯灭，可有效提高气井生产中井底积液的携液能力，同时在返排过程中依靠泡沫粘度大、体积膨胀的特点将井底的脏物携带到地面，有效解除气井井底的堵塞，同时也可以清洗井筒，达到提高气井产量的目的。

Description

一种自生气泡沫井筒清洗剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油田化学技术领域，特别是涉及一种自生气泡沫井筒清洗剂及其制备方法。

背景技术

随着对页岩气等天然气井的大规模开发，气井在生产过程会出现积液及井底残存的压裂返排聚合物残片、碳酸盐及硫酸盐等无机垢、有机垢及腐蚀产物铁质垢等固体堵塞物，使得气井的产量大幅度降低。目前采用泡沫排水的方式来排除井筒的积液是气井处理积液的常规方法，虽然泡沫返排的过程中能有效携带积液，解决气井井筒积液的问题，但由于泡沫体系本身粘度低，携带能力较弱，加之固体类堵塞物及压裂液返排聚合物残片能使部分泡沫泯灭，泡沫稳定性降低，携带积液的能力降低，且不能有效携带井筒中压裂返排产生的聚合物残片，无机垢、有机垢及腐蚀产物铁质垢等固体堵塞物，难以彻底解除井底的堵塞及井筒的积液。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种自生气泡沫井筒清洗剂及其制备方法，该自生气泡沫井筒清洗剂不仅本身含有起泡剂和稳泡剂，可在水力扰动下起泡，同时也能在井底温度和pH控制剂催化作用下发生自生气反应产生气体，补充由于聚合物残片及井底固体堵塞物导致的泡沫泯灭，提高泡沫量及稳定性，同时清洗剂中含有螯合剂能有效螯合解堵碳酸盐及硫酸盐等无机垢，氧化剂组分能分解压裂返排的聚合物残片和有机垢，pH控制剂不仅能提供自生气体系的催化剂，同时可以有效溶解可酸溶的碳酸盐和腐蚀产物铁质垢，最大限度地解决气井的堵塞，同时含有表面活性剂的泡沫在返排过程中也能起到清洗井筒的作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自生气泡沫井筒清洗剂，以水的重量份数计，水为100份，包括0.2-2份螯合剂、0.1-1份氧化剂、0.1-0.5份pH控制剂、5-10份自生气体系、0.2-1.0份起泡剂和0.2-2份稳泡剂。

本发明的自生气泡沫井筒清洗剂在入井前的地面条件下为溶液状态，当泵入井筒及井底后，除了在水力扰动下自身可以起泡形成泡沫外，在pH控制剂催化和地层温度的双重作用下清洗剂中的自生气体系缓慢释放出气体，进一步补充了由于固体堵塞物影响导致的泡沫的泯灭，可以有效提高气井生产中井底积液的携液能力，同时清洗剂中的氧化剂组分能有效分解压裂液返排残留井筒的聚合物残片、pH控制剂和螯合剂能溶解、鳌合无机垢和腐蚀产物铁质垢，同时在返排过程中依靠泡沫粘度大、体积膨胀的特点将井底的脏物携带到地面，有效解除气井井底的堵塞，同时也可以清洗井筒，达到提高气井产量的目的。

优选地，所述螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)或者乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)或者二乙基三胺五乙酸五钠(DTPA-5Na)、氮川三乙酸(NTA)、环己烯二硝基乙酸(DOTA)或者环己二胺四乙酸(CDTA)、甲基甘氨酸二酸(MGDA)中的至少一种。

优选地，所述氧化剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、次氯酸钠或者液氯中的至少一种。

优选地，所述pH控制剂采用甲酸、乙酸、柠檬酸或者酒石酸中的至少一种；通过调整pH控制剂的量，调控体系的pH在4-6之间。

优选地，所述自生气体系：为尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制(混合即可)。

优选地，所述起泡剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、椰油基酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺基甜菜碱或者椰油酰胺丙基氧化胺(CAO-30)中两种或者两种以上。

优选地，所述稳泡剂为羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、黄原胶(XC)、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇或者聚乙二醇中的至少两种以上。

一种所述自生气泡沫井筒清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

以水的重量份数计，水为100份，，在100份水中依次加入0.2-2份螯合剂、0.1-1份氧化剂、0.1-0.5份pH控制剂和5-10份自生气体系，快速搅拌，然后再加入0.2-1.0份起泡剂和0.5-2.0份稳泡剂，慢速搅拌，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

优选地，自生气泡沫井筒清洗剂的制备方法中，加入螯合剂、氧化剂、pH控制剂和自生气体系后，搅拌速率为1000r/min-3000r/min，搅拌时间为5-10min。

加入起泡剂和稳泡剂后，搅拌速率为100r/min-300r/min，搅拌时间为2-5min。

在自生气泡沫井筒清洗剂的制备方法中，加入螯合剂、氧化剂、pH控制剂和自生气体系后，先快速搅拌，可防止部分螯合剂在pH控制剂作用的弱酸环境溶解不充分，加入起泡剂和稳泡剂后，慢速搅拌，即可保证起泡剂和稳泡剂分散溶解均匀，同时可防止清洗剂入井前产生大量泡沫，无法有效泵注。

本发明公开了以下技术效果：

(1)自生气泡沫井筒清洗剂不仅能有效携带积液，同时在pH控制剂催化和井底温度作用下发生自生气反应产生气体，补充由于积液及井底固体堵塞物的影响导致泡沫的泯灭，同时提高泡沫稳定性和携液能力；

(2)自生气泡沫井筒清洗剂中含有螯合剂组分，能有效螯合解堵碳酸盐及硫酸盐无机垢；

(3)自生气泡沫井筒清洗剂中氧化剂能分解压裂返排的聚合物碎片和部分有机垢；

(4)自生气泡沫井筒清洗剂中pH控制剂不仅能提供自生气体系的催化剂，同时可有效溶解可酸溶的碳酸盐和腐蚀产物铁质垢，最大限度地解除气井的堵塞。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明各原料均通过购买得到。

实施例1

以水的重量份数计，水为100份。在100份水中依次加入0.5份EDTA-2Na和0.5份DTPA-5Na、1份过硫酸钠、0.2份甲酸和0.2份柠檬酸、10份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)，控制搅拌速率3000r/min，快速搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份α-烯基磺酸钠和0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.2份CMC-Na和0.5份XC，以搅拌速率100r/min慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

实施例2

以水的重量份数计，水为100份。在水中依次加入2份DTPA、0.5份过硫酸钾、0.2份乙酸和0.2份酒石酸、8份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)，控制搅拌速率在1000r/min，快速搅拌5min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份椰油基酰胺丙基甜菜碱和0.5份α-烯基磺酸钠、0.2份聚丙烯酰胺和1.0份XC，其余组分为水，控制搅拌速率300r/min，慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成气井用自生气泡沫井筒清洗剂。

实施例3

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入1份NTA和1份MGDA、0.2份次氯酸钠、0.5份柠檬酸、8份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)、控制搅拌速率在1000r/min，快速搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.2份月桂酰胺基甜菜碱和0.4份十二烷基硫酸钠、0.3份聚丙烯酸钠和0.3份XC，控制搅拌速率300r/min，慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

实施例4

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入1份NTA和0.5份DOTA、0.2份过硫酸铵、0.5份甲酸和0.5份乙酸、10份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)、控制搅拌速率1000r/min，快速搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份α-烯基磺酸钠和0.5份椰油酰胺丙基氧化胺CAO-30、0.2份聚乙烯醇和0.5份聚乙二醇，控制搅拌速率300r/min，慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

对比例1

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次1份过硫酸钠、0.2份甲酸和0.2柠檬酸、10份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)，控制搅拌速率3000r/min，快速搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份α-烯基磺酸钠和0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.2份CMC-Na和0.5份XC，以搅拌速率100r/min慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

对比例2

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入2份DTPA、0.2份乙酸和0.2酒石酸、8份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)，控制搅拌速率在1000r/min，快速搅拌5min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份椰油基酰胺丙基甜菜碱和0.5份α-烯基磺酸钠、0.2份聚丙烯酰胺和1.0份XC，控制搅拌速率300r/min，慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成气井用自生气泡沫井筒清洗剂。

对比例3

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入1份NTA和1份MGDA、0.2份次氯酸钠、0.5份柠檬酸，控制搅拌速率在1000r/min，快速搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.2份月桂酰胺基甜菜碱和0.4份十二烷基硫酸钠、0.3份聚丙烯酸钠和0.3份XC，控制搅拌速率300r/min，慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

对比例4

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入1份NTA和0.5份DOTA、0.2份过硫酸铵、10份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)、控制搅拌速率1000r/min，快速搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份α-烯基磺酸钠和0.5份椰油酰胺丙基氧化胺CAO-30、0.2份聚乙烯醇和0.5份聚乙二醇，控制搅拌速率300r/min，慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

对比例5

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入0.5份EDTA-2Na和0.5份DTPA-5Na、1份过硫酸钠、0.2份甲酸和0.2份柠檬酸、10份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)，控制搅拌速率3000r/min，快速搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份α-烯基磺酸钠和0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.2份CMC-Na和0.5份XC，以搅拌速率2000r/min，搅拌5min。

对比例5和实施例1可见，对比例5在加入起泡剂和稳泡剂阶段，保持搅拌时间不变，搅拌速率从100r/min增加到2000r/min，配制中清洗剂产生大量泡沫，消泡时间为7小时，无法短时间内形成稳定的溶液状态的清洗剂，无法完成地面配液。

对比例6

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入0.5份EDTA-2Na和0.5份DTPA-5Na、1份过硫酸钠、0.2份甲酸和0.2份柠檬酸、10份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)，控制搅拌速率500r/min，搅拌10min，使得以上各物料快速分散均匀，然后再加入0.5份α-烯基磺酸钠和0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.2份CMC-Na和0.5份XC，以搅拌速率100r/min慢速搅拌5min，待表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

从对比例6和实施例1可见，对比例6在加入螯合剂、氧化剂、pH控制剂和自生气体系阶段，保持搅拌时间不变，搅拌速率从3000r/min降低到500r/min，形成的清洗剂溶液底部有少量的白色沉淀，这是因为螯合剂由于分散速度慢，局部接触到浓度较高的酸，螯合剂的溶解能力下降导致，会使清洗剂的清洗效果打折扣。

对比例7

以水的重量份数计，水为100份，在100份水中加入0.5份椰油基酰胺丙基甜菜碱和0.5份α-烯基磺酸钠、0.2份聚丙烯酰胺和1.0份XC，控制搅拌速率300r/min，慢速搅拌5min，再依次加入2份DTPA、0.2份乙酸和0.2份酒石酸、8份自生气体系(尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制)，控制搅拌速率在1000r/min，快速搅拌5min。

从对比例7和实施例2可见，对比例7先加入起泡剂和稳泡剂，搅拌中会产生泡沫，不利于下一步组分的溶解，无法形成稳定的溶液状态的清洗剂，不利于配液。

为了进一步说明以上实施例和对比例中自生气泡沫井筒清洗剂技术效果，下面对其性能进行测试。

1、起泡体积和半衰期测试

参照采用SY/T 6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》，称取实施例1-4及对比例3-4的自生气泡沫井筒清洗剂100mL，倒入钻井液高速搅拌杯中，然后在6000r/min的转速下搅拌10min后停止搅拌，将搅拌所得的泡沫倒入量筒中并记录泡沫的体积。然后记录泡沫中析出50mL液体所需的时间，即泡沫的半衰期，半衰期越长，说明泡沫中液体析出越慢，泡沫的稳定性就越好，泡沫体积越大，说明泡沫体系起泡能力越强。

表1实施例1-4及对比例3-4样品的起泡体积和半衰期测试结果

样品	起泡体积(mL)	半衰期(min)
			实施例1	420	19
实施例2	400	22
			实施例3	550	25
实施例4	600	20
			对比例3	300	15
对比例4	270	16

比较实施例3和对比例3可见，加入自生气体系的泡沫清洗剂，泡沫体积明显高于未加自生气体系的泡沫井筒清洗剂，且加入自生气体系的泡沫清洗剂的半衰期也要高于未加入自生气体系的泡沫半衰期。说明加入自生气体系的泡沫清洗剂的起泡性能和稳定性得到了有效的提高。

比较实施例4和对比例4可见，气井用自生气泡沫井筒清洗剂加入pH控制剂，泡沫体积和半衰期明显高于未加自生气体系的泡沫清洗剂，说明加入pH控制剂能有效催化自生气反应的进行，泡沫清洗剂的起泡性能和稳定性得到了有效的提高。

2、固体垢样的溶解率

为了便于对比自生气泡沫清洗剂对固体垢样的溶解能力，实验选取粉末CaCO₃1.8克和0.2克的Fe₂O₃共计2克的混合物作为固体垢样的模拟垢样。称取实施例1-4及对比例1的自生气泡沫井筒清洗剂200mL，分别加入模拟垢样，在60℃恒温下，反应6个小时，然后将未反应的垢样进行过滤并烘干，称量未反应的垢样质量，计算垢样的溶解率。

表2实施例1-4及对比例1样品的固体垢样的溶解率测试结果

比较实施例1和对比例1可见，气井用自生气泡沫井筒清洗剂加入螯合剂，固体垢样的溶解率明显高于未加螯合剂的自生气泡沫井筒清洗剂，说明含有螯合剂的泡沫清洗剂的能有效溶解固体垢样，根据螯合剂能溶解垢样形成稳定螯合物的性质，推测螯合剂不仅对模拟固体垢样有良好的溶解率，而且对气井生产中的井筒固体垢样同样具有良好的溶解功能。

3、对聚合物的氧化降解能力测试

为了便于对比自生气泡沫清洗剂对聚合物的氧化分解能力，实验称取0.2克的瓜尔胶(分子量500-1000万，模拟井筒中压裂液返排聚合物残片)充分溶解于实施例1-4及对比例2的生气泡沫井筒清洗剂500mL中，在60℃恒温下，反应6个小时，采用钻井液六速旋转粘度计测试溶液的粘度，进而判断自生气泡沫井筒清洗剂对聚合物的氧化能力。

表3实施例1-4及对比例2样品对聚合物的氧化能力测试结果

样品	表观粘度(mPa.s)
		实施例1	10
实施例2	16
		实施例3	9
实施例4	20
		对比例2	32

比较实施例2和对比例2可见，气井用自生气泡沫井筒清洗剂加入氧化剂，溶有瓜尔胶自生气泡沫清洗剂的粘度明显低于未加氧化剂的自生气泡沫井筒清洗剂，说明含有氧化剂的泡沫清洗剂的能有效分解聚合物，根据氧化剂能快速有效降解聚合物的性质，推测氧化剂不仅对瓜尔胶有良好的降解能力，而且对气井生产中的井筒中压裂液(瓜尔胶为增稠剂)返排聚合物残片同样具有快速降解的功能。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自生气泡沫井筒清洗剂，其特征在于，以水的重量份数计，水为100份，包括0.2-2份螯合剂、0.1-1份氧化剂、0.1-0.5份pH控制剂、5-10份自生气体系、0.2-1.0份起泡剂和0.5-2.0份稳泡剂。

2.根据权利要求1所述一种自生气泡沫井筒清洗剂，其特征在于，所述螯合剂为乙二胺四乙酸或者乙二胺四乙酸二钠、二乙基三胺五乙酸或者二乙基三胺五乙酸五钠、氮川三乙酸、环己烯二硝基乙酸或者环己二胺四乙酸、甲基甘氨酸二酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述一种自生气泡沫井筒清洗剂，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、次氯酸钠或者液氯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述一种自生气泡沫井筒清洗剂，其特征在于，所述pH控制剂采用甲酸、乙酸、柠檬酸或者酒石酸中的至少一种；通过调整pH控制剂的量，调控体系的pH在4-6之间。

5.根据权利要求1所述一种自生气泡沫井筒清洗剂，其特征在于，所述自生气体系为尿素和亚硝酸钠按照摩尔比1：2配制。

6.根据权利要求1所述一种自生气泡沫井筒清洗剂，其特征在于，所述起泡剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、椰油基酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺基甜菜碱或者椰油酰胺丙基氧化胺中两种或者两种以上。

7.根据权利要求1所述一种自生气泡沫井筒清洗剂，其特征在于，所述稳泡剂为羧甲基纤维素钠、黄原胶、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇或者聚乙二醇中的至少两种以上。

8.一种权利要求1-7任一项所述自生气泡沫井筒清洗剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

以水的重量份数计，水为100份，在水中依次加入0.2-2份螯合剂、0.1-1份氧化剂、0.1-0.5份pH控制剂和5-10份自生气体系，快速搅拌，然后再加入0.2-1.0份起泡剂和0.5-2.0份稳泡剂，慢速搅拌，待清洗剂溶液表面泡沫自然消除，即可形成自生气泡沫井筒清洗剂。

9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，加入螯合剂、氧化剂、pH控制剂和自生气体系后，快速搅拌速率为1000r/min-3000r/min，搅拌时间为5-10min；加入起泡剂和稳泡剂后，慢速搅拌速率为100r/min-300r/min，搅拌时间为2-5min。