CN102031098B - 一种用于冲砂洗井的可循环泡沫基液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于冲砂洗井的可循环泡沫基液。该泡沫基液包括N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和水；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂的分子式为RNHCH2CH2COOM，式中，R为C12-C16的直链烷基，M为钠离子或铵根离子；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和水的质量份数比为(0.1-0.6)∶100。本发明的可循环泡沫基液可降低泡沫冲砂洗井作业成本，实现环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油开采领域中可循环泡沫基液，具体涉及一种用于冲砂洗井的可循环泡沫基液。
背景技术
冲砂洗井是各大油田针对井内沉砂问题普遍采用的措施，常用的冲砂介质主要是清水(包括海水)和泡沫。由于泡沫流体具有密度低、粘度高、滤失量低、携砂能力强等优点，而且随着油田长期开采，油层压力降低很多，在这种情况下常采用泡沫作冲砂介质。20世纪80年代以来，我国先后在长庆、新疆、大港、胜利和渤海等油田开展了泡沫冲砂洗井工艺，解决了低压地层严重漏失油井的冲砂问题，提高了作业效果。但现有的泡沫冲砂工艺一般都没有实现泡沫基液的回收再利用，存在泡沫一次性使用浪费量大、返出的泡沫易污染环境等问题，不仅增加泡沫冲砂洗井成本，而且不利于环境保护。
通常所指的泡沫循环即通过物理、机械、化学或自然消泡等方式将返出井口的泡沫消泡后，调节其性能并再次入井的连续过程。物理消泡法由于操作困难，目前还没有在石油行业现场应用；机械消泡循环泡沫法不仅需要附加设备，而且消泡率不高；化学消泡循环泡沫法可采用直接添加消泡剂或是采用两性表面活性剂作发泡剂，利用两性表面活性剂对酸碱的敏感，通过调节基液pH值实现泡沫的循环利用；自然消泡适用于半衰期较短的泡沫。因此，有必要提供一种含有两性表面活性剂的能适于化学消泡法的可循环泡沫基液。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于冲砂洗井的可循环泡沫基液。
本发明提供的用于冲砂洗井的可循环泡沫基液，包括N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和水；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂的分子式为RNHCH2CH2COOM，式中，R为C12-C16的直链烷基，M为钠离子或铵根离子；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和水的质量份数比为(0.1-0.6)∶100。
为了加宽所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂的等电区、降低成本以及提高发泡剂性能，在上述可循环泡沫基液中添加脂肪醇醚硫酸盐和/或烷基氧化胺；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和脂肪醇醚硫酸盐的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和烷基氧化胺的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)。
上述的可循环泡沫基液，所述脂肪醇醚硫酸盐的分子式为RO(CH2CH2O)nSO3M，式中，R为C12-C14的直链烷基，n为2或3，M为钠离子或铵根离子；所述烷基氧化胺的分子式为RN(CH3)2O，式中，R为C12-C14的直链烷基。
上述的可循环泡沫基液还包括脂肪酸盐；所述脂肪酸盐的分子式为RCOOM，式中，R为C10-C17的直链烷基，M为钠离子或钾离子；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和所述脂肪酸盐的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)。所述脂肪酸盐在碱性条件下以盐的形式溶于所述泡沫基液中，而在酸性条件下又以脂肪酸的形式在所述泡沫基液的表面铺展，从而起到助消泡作用。
上述的可循环泡沫基液可添加稳泡剂，以增强泡沫基液的稳定性，提高其悬浮和携砂能力；所述稳泡剂为生物聚合物和/或羧甲基纤维素，所述生物聚合物为黄原胶，其相对分子量1×106g/mol-2×107g/mol，在25℃下1％的所述黄原胶的水溶液的粘度为600-1700mpa.s；所述羧甲基纤维素(CMC)的相对分子量6×103g/mol-2×104g/mol，在25℃下1％的所述羧甲基纤维素的水溶液的粘度为500-3000mPa.s；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和生物聚合物的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.1-0.5)；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和羧甲基纤维素的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.1-0.5)。
本发明的可循环泡沫基液可根据实际冲砂作业需要添加其它化学剂，如井壁稳定剂、防腐剂等。
本发明的泡沫基液具体可为如下组成的泡沫基液：由N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂、脂肪醇醚硫酸盐、烷基氧化胺、脂肪酸盐、生物聚合物、羧甲基纤维素和水组成；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂、脂肪醇醚硫酸盐、烷基氧化胺、脂肪酸盐、生物聚合物、羧甲基纤维素和水的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)∶(0.1-0.5)∶(0.1-0.5)，具体可为0.4∶0.05∶0.1∶0.1∶0.2∶0.2或0.5∶0.05∶0.05∶0.2∶0.1∶0.1。
本发明还提供了N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂在制备可循环泡沫基液中的应用；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂的分子式为RNHCH2CH2COOM，式中，R为C12-C16的直链烷基，M为钠离子或铵根离子。
上述应用中，所述可循环泡沫基液包括N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和水；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和水的质量份数比为(0.1-0.6)∶100。
上述应用中，所述可循环泡沫基液还包括脂肪醇醚硫酸盐和/或烷基氧化胺；所述脂肪醇醚硫酸盐的分子式为RO(CH2CH2O)nSO3M，式中，R为C12-C14的直链烷基，n为2或3，M为钠离子或铵根离子；所述烷基氧化胺的分子式为RN(CH3)2O，式中，R为C12-C14的直链烷基；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和脂肪醇醚硫酸盐的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和烷基氧化胺的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)。
上述应用中，所述可循环泡沫基液还包括脂肪酸盐、生物聚合物和/或羧甲基纤维素；所述脂肪酸盐的分子式为RCOOM，式中，R为C10-C17的直链烷基，M为钠离子或钾离子；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和脂肪酸盐的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和生物聚合物的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.1-0.5)；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和羧甲基纤维素的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.1-0.5)。
上述应用中，所述可循环泡沫基液由N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂、脂肪醇醚硫酸盐、烷基氧化胺、脂肪酸盐、生物聚合物、羧甲基纤维素和水组成；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂、脂肪醇醚硫酸盐、烷基氧化胺、脂肪酸盐、生物聚合物、羧甲基纤维素和水的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)∶(0.1-0.5)∶(0.1-0.5)。
本发明提供的用于冲砂洗井的可循环泡沫基液，由于包括N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂，该两性表面活性剂分子结构中同时含有阴离子和阳离子亲水基团，在碱性环境中，呈现出阴离子表面活性剂的特征而具有发泡能力；在酸性环境中，呈现出阳离子表面活性剂的特征，在等电点范围附近，它以内盐的形式存在，此时N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂的许多性质都处于惰性状态，其发泡能力和溶解性最低。因此，可以通过调节所述泡沫基液的pH值来使其充分发泡和消泡进而可以循环使用，用来冲砂洗井作业；本发明的可循环泡沫基液可降低泡沫冲砂洗井作业成本，实现环境友好。
附图说明
图1为本发明的用于泡沫基液实验循环装置示意图。
图2为本发明的用于泡沫基液实验循环装置的双层有机玻璃管的示意图以及泡沫流动示意图，箭头所指方向即为泡沫流体的流动方向。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明下述实施例中所用的N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂是按照下述方法制备的：首先以丙烯腈和脂肪伯胺为原料(两者的摩尔比为1∶(0.9-1.3)，反应温度为50-90℃，反应时间为5-8h)合成中间产物N-烷基-β-氨基丙烯腈；然后该中间产物在H2SO4溶液中水解(H2SO4浓度为12-18％，水解时间为4-6h)后经碱化即得所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂。
本发明下述实施例中的泡沫基液的循环性能测试是通过图1所示循环装置进行的。图中各标记如下：1基液罐、2，8，10，13，16，21，28，30，36，38截止阀、24截止阀甲、34截止阀乙、3，35计量泵、4孔板流量计、5空压机、6，12放空阀、7贮气罐、9转子流量计、11泡沫发生器、14泡沫取样器、15压力表、17双层有机玻璃套管内管、18加砂漏斗、19双层有机玻璃外管、20，27排砂口、22消泡室、23酸液罐、25蠕动泵、26沉砂挡板、29，39离心泵、31缓冲罐、32pH计、33碱液罐、37取样口、40砂子、41管路A、42管路B、43管路C、44管路D。
上述循环装置包括基液罐1，基液罐1的出口与泡沫发生器11的入口通过管路A41相连通，管路A41上依次连有截止阀2、计量泵3和孔板流量计4，管路A41上并依次连有截止阀10、转子流量计9、截止阀8、贮气罐7、放空阀6和空压机5；泡沫发生器11的出口与密封双层有机玻璃套管内管17相连通，该连通的管路上连有压力表15和截止阀16，并通过一条管路连接放空阀12、截止阀13和泡沫取样器14，泡沫取样器14可用来实时监测泡沫质量、半衰期、密度等参数。密封双层有机玻璃套管内管17的底部设有与密封双层有机玻璃套管外管19相连通的开口；密封双层有机玻璃套管外管19的底部设有排砂口20，密封双层有机玻璃套管外管19的下部设有可封闭的加砂开口(图中未示出)，用于放置加砂漏斗18向双层有机玻璃套管外管19中加入砂子，密封双层有机玻璃套管外管19的上部设有外管开口，该外管开口通过管路B42与消泡室22相连通，管路B42上设有截止阀21，并通过管路C43与酸液灌23相连通，管路C43上设有截止阀甲24和蠕动泵25；消泡室22的底部安装有倾斜的沉砂挡板26，砂子可通过排砂口27排出；消泡室22的出口依次通过截止阀28、离心泵29和截止阀30与缓冲罐3 1的入口相连通；缓冲罐3 1内设有pH计32，缓冲灌3 1通过管路D44与碱液灌33相连通，管路D44上设有截止阀乙34和计量泵35；缓冲罐31的底部设有截止阀36和取样口37，缓冲罐31的出口通过离心泵39与基液灌1的入口相连通。
上述循环装置的使用方法如下：将本发明的泡沫基液加至基液罐1中，通过调节孔板流量计4和转子流量计9控制泡沫基液和气体的流速。产生的气液混合流进入泡沫发生器11中产生气泡。称取一定量的石英砂，从加砂漏斗18中加到双层有机玻璃套管外管19的底部，石英砂被产生的泡沫携带上升(如图2所示)，直到越过双层有机玻璃套管的顶部而进入消泡室22。酸液罐23中有酸性溶液，通过蠕动泵25向泡沫中添加酸液进行消泡。碱液罐33中有碱性溶液，通过计量泵35向缓冲罐31中注入碱液，此时泡沫基液会恢复其发泡能力，通过离心泵39将泡沫基液打到基液罐1中，从而实现泡沫基液的循环利用。
实施例1、可循环泡沫基液的配制及其循环性能测试
配制100L可循环泡沫基液，按质量份计算，泡沫基液的组成为：0.5份C12H25NHCH2CH2COONa、0.05份C14H29O(CH2CH2O)2SO3Na、0.05份C12H25N(CH3)2O、0.2份C10H21COONa、0.1份黄原胶(相对分子量为1×106g/mol，在25℃下1％的黄原胶的水溶液粘度为1200mpa.s-1700mpa.s)、0.1份CMC(相对分子量为6×103g/mol，在25℃下1％的CMC水溶液的粘度为1500mpa.s-3000mpa.s)，其余为自来水。
利用上述循环装置对上述组成的泡沫基液进行循环性能测试，泡沫质量和半衰期通过Waring搅拌器测试。
为便于观察和监测每次循环后泡沫的性能，每间隔4min将消泡后的泡沫基液再开始下一个循环；同时取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期，监测结果如表1所示。由表1可知，该泡沫基液经10次循环后，发泡体积变化不大，半衰期略有下降，且每次循环过程中都能将石英砂带出。通过调节此泡沫基液的pH值，可实现泡沫多次冲砂洗井循环利用。
表1 实施例1的泡沫基液的循环实验结果
实施例2、可循环泡沫基液的配制及其循环性能测试
配制130L可循环泡沫基液，按质量份计算，泡沫基液配方为：0.4份C14H29NHCH2CH2COONa、0.05份C12H25O(CH2CH2O)2SO3Na、0.1份C14H29N(CH3)2O、0.1份C17H35COONa、0.2份黄原胶(相对分子量为2×107g/mol，在25℃下1％的黄原胶的水溶液粘度为1200mpa.s-1700mpa.s)、0.2份CMC(相对分子量为2×104g/mol，在25℃下1％的CMC水溶液的粘度为1500mpa.s-3000mpa.s)，其余为自来水。
利用上述循环装置对上述组成的泡沫基液进行循环性能测试，泡沫质量和半衰期通过Waring搅拌器测试。
为便于观察和监测每次循环后泡沫的性能，每间隔4.5min将消泡后的泡沫基液再开始下一个循环；同时取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期，监测结果如表2所示。由表2可知，该泡沫基液经10次循环后，发泡体积变化不大，半衰期略有下降，且每次循环过程中都能将石英砂带出。通过调节此泡沫基液的pH值，可实现泡沫多次冲砂洗井循环利用。
表2实施例2的泡沫基液的循环实验结果
实施例3、可循环泡沫基液的配制及其循环性能测试
配制120L可循环泡沫基液，按质量份计算，泡沫基液配方为：0.5份C12H25NHCH2CH2COONa，其余为自来水。
利用上述循环装置对上述组成的泡沫基液进行循环性能测试，泡沫质量和半衰期通过Waring搅拌器测试。
为便于观察和监测每次循环后泡沫的性能，每间隔2.5min将消泡后的泡沫基液再开始下一个循环；同时取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期，监测结果如表3所示。由表3可知，该泡沫基液经5次循环后，发泡体积和半衰期均略有下降，但每次循环都能将石英砂带出。通过调节此泡沫基液的pH值，可实现泡沫多次冲砂洗井循环利用。
表3 实施例3的泡沫基液的循环实验结果
Claims (3)
1.一种用于冲砂洗井的可循环泡沫基液，包括N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂、脂肪醇醚硫酸盐、烷基氧化胺、脂肪酸盐和水；
所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂的分子式为RNHCH2CH2COOM，式中，R为C12-C16的直链烷基，M为钠离子或铵根离子；
所述脂肪醇醚硫酸盐的分子式为RO(CH2CH2O)nSO3M，式中，R为C12-C14的直链烷基，n为2或3，M为钠离子或铵根离子；
所述烷基氧化胺的分子式为RN(CH3)2O，式中，R为C12-C14的直链烷基；
所述脂肪酸盐的分子式为RCOOM，式中，R为C10-C17的直链烷基，M为钠离子或钾离子；
所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和水的质量份数比为(0.1-0.6)∶100；
所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和脂肪醇醚硫酸盐的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和烷基氧化胺的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)；
所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和所述脂肪酸盐的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)。
2.根据权利要求1所述的泡沫基液，其特征在于：所述泡沫基液还包括稳泡剂；所述稳泡剂为生物聚合物和/或羧甲基纤维素；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和生物聚合物的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.1-0.5)；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂和羧甲基纤维素的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.1-0.5)。
3.根据权利要求2所述的泡沫基液，其特征在于：所述泡沫基液由N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂、脂肪醇醚硫酸盐、烷基氧化胺、脂肪酸盐、生物聚合物、羧甲基纤维素和水组成；所述N-烷基-β-氨基丙酸型两性表面活性剂、脂肪醇醚硫酸盐、烷基氧化胺、脂肪酸盐、生物聚合物和羧甲基纤维素的质量份数比为(0.1-0.6)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)∶(0.05-0.2)∶(0.1-0.5)∶(0.1-0.5)。
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Granted publication date: 20130904 Termination date: 20151109 |