CN115960596A - 一种气井泡排剂组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种气井泡排剂组合物及其制备方法和应用，属于油气田化学剂技术领域。本申请气井泡排剂组合物包括水和溶解于水中的烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂，该些组分可以利用静电、氢键等超分子作用力相互交联形成超分子表面活性剂，一方面基于有机酸与表面活性剂之间的超分子作用力能够使得泡沫液膜的粘弹性和泡沫的稳定性显著提高；另一方面能够兼具双子表面活性剂、三子表面活性剂的优点；第三方面使得气井泡排剂组合物具有生成泡沫稳定性高、耐油性能好、耐热、耐盐、用量少、液膜增粘效果显著、起泡与稳泡效果好以及排液效果理好等优点。
Description
技术领域
本申请属于油气田化学剂技术领域，尤其涉及一种气井泡排剂组合物及其制备方法和应用。
背景技术
气井积液是指气井中的气体不能有效带出液体而使得液体在井筒中产生聚积的现象。近年来，随着对气田的持续开发，国内大部分气井都出现了气井积液问题，而气井积液可造成气井内回压增大，采气量下降甚至不产气，严重影响气田的开发和生产。因此，需要排除井底积液以保证气井稳产、增产。
泡沫排水是向气井积液中加入泡沫排水剂，使气液两相在垂直的混合流动中产生泡沫效应、分散效应、减阻效应和洗涤效应等，减少井筒内气流举升过程中液体的“滑脱损失”，从而实现排水采气的目的。目前，利用Gemini表面活性剂进行泡沫排水采气较为常见，该类表面活性剂具有独特的双亲水基和双疏水基结构，可以使表面活性剂分子在气-液界面膜上更加紧密地堆积，进一步增强泡沫稳定性。
但是，现有Gemini表面活性剂的制备过程复杂、成本高，极大限制了泡沫排水技术的实际应用。
发明内容
本申请的目的在于提供一种气井泡排剂组合物及其制备方法和应用，旨在解决现有Gemini表面活性剂的制备过程复杂、成本高的技术问题。
为了实现上述目的，本申请的技术方案是：
本申请的第一方面提供了一种气井泡排剂组合物，该气井泡排剂组合物包括水和溶解于水中的以下组分：
烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂。
在第一方面优选的实现方式中，所述烷基酰丙基二甲胺、所述有机酸、所述烷基(烯基)磺酸钠和所述甜菜碱表面活性剂的摩尔比浓度为2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM。
在第一方面优选的实现方式中，所述烷基酰丙基二甲胺为十二烷基酰丙基二甲胺、十四烷基酰丙基二甲胺、十六烷基酰丙基二甲胺和十八烷基酰丙基二甲胺中的任一种。
在第一方面优选的实现方式中，所述有机酸为柠檬酸、丙二酸、水杨酸的任一种。
在第一方面优选的实现方式中，所述烷基(烯基)磺酸钠为α-烯基磺酸钠、十二烷基(烯基)磺酸钠、十四烷基(烯基)磺酸钠和十六烷基(烯基)磺酸钠中的任一种。
在第一方面优选的实现方式中，所述甜菜碱表面活性剂为十二烷基酰胺丙基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基甜菜碱、十六烷基酰胺丙基甜菜碱和十八烷基酰胺丙基甜菜碱中的任一种。
本申请的第二方面提供了第一方面所述气井泡排剂组合物的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
将烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂溶解于水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物。
本申请的第三方面提供了第一方面所述气井泡排剂组合物在气井排液采气中的应用。
与现有技术相比，本申请的优点或有益效果至少包括：
本申请提供的气井泡排剂组合物通过烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂进行复配，该些组分可以利用静电、氢键等超分子作用力相互交联形成超分子表面活性剂，第一方面，基于有机酸与表面活性剂之间的超分子作用力，能够使得泡沫液膜的粘弹性和泡沫的稳定性显著提高；另一方面，该超分子表面活性剂兼具双子表面活性剂、三子表面活性剂的优点；第三方面，能够使得气井泡排剂组合物具有生成泡沫稳定性高、耐油性能好、耐热、耐盐、用量少、液膜增粘效果显著、起泡与稳泡效果好以及排液效果理好等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的图1为气井泡排剂组合物溶液样品S1形成的泡沫在不同衰变期的微观结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本实施例以下描述中，术语“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B和同时存在A和B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本实施例以下描述中，术语“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
本领域技术人员应当理解，在本申请实施例以下描述中，序号的先后并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
第一方面，本申请实施例提供一种气井泡排剂组合物，该气井泡排剂组合物优选包括水和溶解于水中的以下组分：烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂。
本申请实施例通过烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂进行复配，该些组分可以利用静电、氢键等超分子作用力相互交联形成超分子表面活性剂，一方面基于有机酸与表面活性剂之间的超分子作用力，能够使得泡沫液膜的粘弹性和泡沫的稳定性显著提高；另一方面使得气井泡排剂组合物兼具双子表面活性剂、三子表面活性剂的优点；第三方面使得气井泡排剂组合物具有生成泡沫稳定性高、耐温、耐盐、耐油性能好、用量少、液膜增粘效果显著、起泡与稳泡效果好以及排液效果好等优点。
在本申请实施例中，所述烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂的摩尔浓度比优选为2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM。
其中，该摩尔比能够促使有机酸分子中的所有羧基、羟基官能团与表面活性剂分子形成氢键，从而充分发挥有机酸分子的交联作用，有利于形成超分子结构的同时，充分发挥各组分间协同作用，改善泡沫的稳定性。
本申请实施例可以通过烷基酰丙基二甲胺、柠檬酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂进行相互交联作用形成超分子表面活性剂，该超分子表面活性剂具有式(1)所示的化学结构：
其中，R1为C12～C18的烷基；R2为C12～C16的烷基或烯基；R3为C12～C18的烷基。
当然，还可以通过烷基酰丙基二甲胺、丙二酸或水杨酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂通过相互交联作用形成超分子表面活性剂，本申请实施例不作详尽列举。
在本申请实施例中，所述烷基酰丙基二甲胺具有下式(2)所示的化学结构：
其中，根据R1所代表的烷基基团的不同，所述烷基酰丙基二甲胺优选为十二烷基酰丙基二甲胺、十四烷基酰丙基二甲胺、十六烷基酰丙基二甲胺和十八烷基酰丙基二甲胺中的任一种。
在本申请实施例中，所述有机酸优选为柠檬酸、丙二酸、水杨酸中的任一种，该些有机酸分子均含有较多羟基、羧基等交联位点，有利于与多种表面活性剂交联形成超分子表面活性剂。
在本申请实施例中，所述烷基(烯基)磺酸钠具有下式(3)所示的化学结构：
其中，根据R2所代表的烷基或烯基的不同，所述烷基(烯基)磺酸钠优选为α-烯基磺酸钠、十二烷基(烯基)磺酸钠、十四烷基(烯基)磺酸钠和十六烷基(烯基)磺酸钠中的任一种。
在本申请实施例中，所述甜菜碱表面活性剂具有下式(4)所示的化学结构：
其中，根据R3所代表的烷基基团的不同，所述甜菜碱表面活性剂优选为十二烷基酰胺丙基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基甜菜碱、十六烷基酰胺丙基甜菜碱和十八烷基酰胺丙基甜菜碱中的任一种。
需要说明的是，本申请实施例的气井泡排剂组合物是由烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂通过静电、氢键等超分子作用力相互交联形成的超分子表面活性剂，式(1)中的R1来源于式(2)；式(1)中的R2来源于式(3)；式(1)中的R3来源于式(4)。因此，式(2)中的R1为C12～C18的烷基；式(3)中的R2为C12～C16的烷基或烯基；式(4)中的R3为C12～C18的烷基。
第二方面，本申请实施例提供了第一方面所述气井泡排剂组合物的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
将烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂溶解于水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物。
其中，本申请实施例的制备方法能够使得各组分在水中进行相互交联形成超分子表面活性剂体系，从而使气井泡排剂组合物具有生成泡沫稳定性高、耐温、耐盐、耐油性能好以及排液效果理想等优点；同时，本申请实施例的在制备方法简单、工艺条件可控，有效避免了双子、三子等传统低聚表面活性剂的复杂制备过程。
第三方面，本申请实施例提供了第一方面所述气井泡排剂组合物在气井排液采气中的应用。基于该气井泡排剂组合物具有生成泡沫稳定性高、耐温、耐盐、耐油性能好以及排液效果理想等优点，因此，本申请气井泡排剂组合物应用于气井排液采气后，能够有效排除井底积液，提高气井产量。
下面将结合具体实施例对本申请的技术方案作进一步地阐述。
实施例1
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十二烷基酰丙基二甲胺、柠檬酸、α-烯基磺酸钠和十二烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S1。
实施例2
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十二烷基酰丙基二甲胺、水杨酸、十二烷基磺酸钠和十四烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S2。
实施例3
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十二烷基酰丙基二甲胺、丙二酸、十六烷基磺酸钠和十六烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S3。
实施例4
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十四烷基酰丙基二甲胺、柠檬酸、α-烯基磺酸钠和十六烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S4。
实施例5
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十六烷基酰丙基二甲胺、水杨酸、十六烷基磺酸钠和十四烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S5。
实施例6
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十四烷基酰丙基二甲胺、丙二酸、十二烷基磺酸钠和十二烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S6。
实施例7
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十六烷基酰丙基二甲胺、水杨酸、α-烯基磺酸钠和十二烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S7。
实施例8
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十四烷基酰丙基二甲胺、丙二酸、十二烷基磺酸钠和十四烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S8。
实施例9
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十六烷基酰丙基二甲胺、柠檬酸、十二烷基磺酸钠和十六烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S9。
实施例10
本实施例提供一种气井泡排剂组合物的制备方法，具体包括：
室温条件下，将十六烷基酰丙基二甲胺、柠檬酸、十六烷基磺酸钠和十二烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的清水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品S10。
为了验证实际性能效果，本申请测试了上述实施例1-10制成的气井泡排剂组合物溶液样品S1-S10的起泡性能和携液性能。
其中，按照SY/T 5350-2009《钻井液用发泡剂评价程序》测试气井泡排剂组合物溶液样品S1-S10的起泡性能。具体测试过程如下：
起泡体积和半衰期采用搅拌方法，取配制好的气井泡排剂组合物溶液样品100mL，在高速搅拌机中搅拌3min，转速为7000转/分钟，泡沫倒入量筒中测试最大发泡体积和半衰期(析出50mL溶液所用的时间)。
清水(矿化度＝0mg/L)、不含凝析油和室温(25℃)条件下，气井泡排剂组合物溶液样品S1-S10的泡沫测试结果为下表1所示。其中，表1所述为本申请实施例的气井泡排剂组合物溶液样品S1-S10的泡沫性能测试结果。
表1-气井泡排剂组合物溶液样品S1-S10的泡沫性能
| 气井泡排剂组合物 | 起泡体积/mL | 半衰期/min | 携液率/％ |
| 样品S1 | 370 | 30 | 32.8 |
| 样品S2 | 360 | 38 | 34.3 |
| 样品S3 | 355 | 45 | 37.5 |
| 样品S4 | 360 | 40 | 35.2 |
| 样品S5 | 350 | 32 | 33.5 |
| 样品S6 | 375 | 21 | 27.6 |
| 样品S7 | 370 | 25 | 28.9 |
| 样品S8 | 375 | 28 | 30 |
| 样品S9 | 370 | 40 | 35 |
| 样品S10 | 370 | 30 | 33 |
同时，本申请还测试了上述实施例1制备的气井泡排剂组合物溶液样品S1的耐盐、耐油以及耐温性能，具体地：
按照实施例1的制备方法，室温条件下，将十二烷基酰丙基二甲胺、柠檬酸、α-烯基磺酸钠和十二烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的盐水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品DS1，用于测试其耐盐性能；
按照实施例1的制备方法，室温条件下，将十二烷基酰丙基二甲胺、柠檬酸、α-烯基磺酸钠和十二烷基酰胺丙基甜菜碱按照2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM的摩尔浓度比溶解于200mL的含有凝析油的水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物溶液样品DS2，用于测试其耐油性能；
将实施例1制备的气井泡排剂组合物溶液样品S1在90℃的温度下测试其携液性能，记为气井泡排剂组合物溶液样品DS3。
具体的测试条件为下表2所述，其中，表2为本申请实施例的气井泡排剂组合物溶液样品S1的耐盐、耐油以及耐温性能测试条件。表2中50000mg/L矿化度的成分为40000mg/L的NaCl和10000mg/L的CaCl2；凝析油为沸程为60-90℃的石油醚。
表2-气井泡排剂组合物溶液样品S1的耐盐、耐油以及耐温性能测试条件
| 泡排剂溶液 | 矿化度/mg/L | 凝析油含量v/％ | 测试温度/℃ |
| 样品DS1 | 50000 | 0 | 25 |
| 样品DS2 | 0 | 50 | 25 |
| 样品DS3 | 0 | 0 | 90 |
按照SY/T 7494-2020《油气田用起泡剂实验评价方法》测试气井泡排剂组合物溶液样品DS1-DS3的携液性能。具体测试过程如下：
采用泡沫携液评价装置，将氮气经玻璃砂芯通入玻璃柱内的气井泡排剂组合物溶液样品DS1-DS3中，以使溶液形成气泡，氮气流速为400mL/min，通气时间9min。通气9min后，排出玻璃管柱的泡沫质量称为被携带出的液体量。
其中，气井泡排剂组合物溶液样品DS1-DS3的耐盐、耐油以及耐温性能测试结果为下表3所示。其中，表3为实施例1制备的气井泡排剂组合物溶液样品S1在表2测试条件下的携液性能测试结果。
表3-携液性能测试结果
| 泡排剂溶液 | 起泡体积/mL | 半衰期/min | 携液率/％ |
| 样品DS1 | 300 | 20 | 22 |
| 样品DS2 | 320 | 23 | 25 |
| 样品DS3 | / | / | 91 |
根据表1和表3可以看出，本申请的超分子环保型泡排剂组合物在清水体系中具有优异的起泡、稳泡和携液能力，并且本申请的超分子环保型泡排剂组合物在盐水、凝析油和90℃的温度下同样具备较好的携液能力，说明本申请制备的气井泡排剂组合物具有良好的耐盐、耐油、耐温性能。
此外，本申请表征了实施例1制备的气井泡排剂组合物溶液样品S1形成的泡沫在不同衰变期的微观结构，其结果为图1所示。其中，图1为气井泡排剂组合物溶液样品S1形成的泡沫在不同衰变期的微观结构图(图中比例尺为1.5mm)。
根据图1可以看出，该气井泡排剂组合物溶液样品S1形成的泡沫在衰变5h后，其液膜厚度仍较大，说明该气井泡排剂组合物溶液样品S1具有优异的稳定性，并且液膜厚度较大，说明该泡沫具有较强度持液携液能力。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分可互相参见，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种气井泡排剂组合物，其特征在于，所述气井泡排剂组合物包括水和溶解于水中的以下组分：
烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的气井泡排剂组合物，其特征在于，所述烷基酰丙基二甲胺、所述有机酸、所述烷基(烯基)磺酸钠和所述甜菜碱表面活性剂的摩尔浓度比为2.7mM:0.9mM:5.4mM:1mM。
3.根据权利要求1或2所述的气井泡排剂组合物，其特征在于，所述烷基酰丙基二甲胺为十二烷基酰丙基二甲胺、十四烷基酰丙基二甲胺、十六烷基酰丙基二甲胺和十八烷基酰丙基二甲胺中的任一种。
4.根据权利要求1或2所述的气井泡排剂组合物，其特征在于，所述有机酸为柠檬酸、丙二酸、水杨酸中的任一种。
5.根据权利要求1或2所述的气井泡排剂组合物，其特征在于，所述烷基(烯基)磺酸钠为α-烯基磺酸钠、十二烷基(烯基)磺酸钠、十四烷基(烯基)磺酸钠和十六烷基(烯基)磺酸钠中的任一种。
6.根据权利要求1或2所述的气井泡排剂组合物，其特征在于，所述甜菜碱表面活性剂为十二烷基酰胺丙基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基甜菜碱、十六烷基酰胺丙基甜菜碱和十八烷基酰胺丙基甜菜碱中的任一种。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的气井泡排剂组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将烷基酰丙基二甲胺、有机酸、烷基(烯基)磺酸钠和甜菜碱表面活性剂溶解于水中并超声处理，得到气井泡排剂组合物。
8.根据权利要求1-6任一所述气井泡排剂组合物在气井排液采气中的应用。
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