一种抗高温、高矿化度的泡排剂及其制备方法与应用.pdf

本发明提供了一种抗高温、高矿化度的泡排剂及其制备方法与应用。以质量百分比计，该泡排剂包括15-40％阴离子表面活性剂、5-15％阳离子表面活性剂，余量为去离子水；其中：所述阴离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、α-烯基磺酸钠或十二烷基硫酸钠；所述阳离子表面活性剂包括阳离子Gemini表面活性剂。本发明还提供了制备上述泡排剂的方法：将阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂一次性加入反应容器中，加入去离子水，得到混合溶液；将上述混合溶液加热至50-60℃，搅拌，得到泡排剂。本发明提供的泡排剂能解决现有泡排剂在温度和矿化度升高时，泡沫性能骤降的问题，可用于深层高温、高矿化度气井的排水采气工艺。

1.  一种泡排剂，以质量百分比计，该泡排剂包括15-40％阴离子表面活性剂、5-15％阳离子表面活性剂，余量为去离子水；其中：
所述阴离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、α-烯基磺酸钠或十二烷基硫酸钠；
所述阳离子表面活性剂包括阳离子Gemini表面活性剂。

2.  根据权利要求1所述的泡排剂，其中：所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。

3.  根据权利要求1所述的泡排剂，其中：所述阳离子Gemini表面活性剂的分子结构为

式中，m＝12-18。

4.  一种制备权利要求1-3任一项所述的泡排剂的方法，其包括以下步骤：
将阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂一次性加入反应容器中，然后加入去离子水，得到混合溶液；
将上述混合溶液加热至50-60℃，搅拌，得到泡排剂。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中：所述阳离子表面活性剂是由以下步骤制备的：
将2-2.5g烷基二甲基溴化铵与过量1,2-二溴乙烷溶于50-70mL无水乙醇中，在50-80℃下回流36-48h，得到混合物；
将上述混合物于37℃下蒸干，得到阳离子表面活性剂；
优选地，所述1,2-二溴乙烷的用量为4-8mL。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中：所述烷基二甲基溴化铵中的烷基碳数为C12-C18。

7.  根据权利要求4所述的方法，其中：所述搅拌速度为200-400r/min，搅拌时间为20-25min。

8.  权利要求1-3任一项所述的泡排剂在产水气井排水采气中的应用。

9.  根据权利要求8所述的应用，其中：所述产水气井内矿化水的温度为100-160℃。

10.  根据权利要求8或9所述的应用，其中：所述产水气井内矿化水的矿化度为50000-250000ppm。

一种抗高温、高矿化度的泡排剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种抗高温、高矿化度的泡排剂及其制备方法与应用，属于石油天然气开采领域。
背景技术
随着气田开发的深入，多数气田已进入开发的中后期，由于地层压力不断下降，导致边水推进和底水上升，气井见水后丼口压力迅速下降，由于携液能力下降造成井底积液，将导致气丼减产甚至停喷。针对这一现状，必须及时开展排水釆气技术，解决气井排液问题。其中，泡沫排水采气工艺以其效果好、施工方便又较为廉价等原因成为排水采气工艺的首选。泡沫排水采气工艺是通过将泡排剂注入携液能力不足的生产井中，使之与井底积液在气流的搅动下混合并产生大量低密度的含水泡沫，随气流从井底携带到地面，提高气井的携液能力，从而达到增产、稳产以及延长其自喷期的目的。泡排剂的性能成为泡沫排水采气技术的关键，即在一定的外界条件如温度、矿化度下，泡排剂应具有较高的起泡能力、稳泡能力与携液能力。
国内现有的泡排剂一般适用于90℃以下以及矿化度小于100000ppm的地层，随着温度与矿化度的升高，其起泡能力和稳定性大大降低，部分泡排剂在高于120℃时甚至不起泡，从而阻碍了泡沫排水采气工艺在高温、高矿化度产水气井中的应用。泡排剂的主要成分是表面活性剂，目前对于泡排剂的研究主要是通过对表面活性剂之间进行复配，然而，这些复配大多集中于阴离子表面活性剂与阴离子表面活性剂之间、阴离子表面活性剂与两性离子表面活性剂之间，而对于阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂之间的研究却甚少报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种泡排剂，该泡排剂在温度范围为100-160℃、矿化度为50000-250000ppm的条件下，有较高的初始起泡体积V₀、泡沫半衰期t_1/2以及携液率，能够解决高温、高矿化度产水气井的排水采气问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种泡排剂，以质量百分比计，该泡排剂包括 15-40％阴离子表面活性剂、5-15％阳离子表面活性剂，余量为去离子水；其中：
所述阴离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、α-烯基磺酸钠或十二烷基硫酸钠；
所述阳离子表面活性剂包括阳离子Gemini表面活性剂。
现有技术中对阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂之间的研究鲜少，这是因为阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂复配时很容易产生沉淀，从而失去效用而不能应用，但本发明创造性地将阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂进行复配，使这两者之间产生特殊的协同效应，在微观上产生很好的位置适应性，产生特殊的协同效应，增强泡膜的致密性，极大地增强了泡排剂的性能。
在上述泡排剂中，优选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)，AES具有较好的起泡性及水溶性。
在上述泡排剂中，优选地，所述阳离子Gemini表面活性剂的分子结构为

式中，m＝12-18。
本发明提供的阳离子Gemini表面活性剂具有梳状结构，这样的特殊结构有利于其在气液界面形成更加致密的排列，能够有效阻止气泡的聚并和歧化，从而达到增强泡沫稳定性的效果。
本发明还提供了一种制备上述泡排剂的方法，其包括以下步骤：
将阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂一次性加入反应容器中，然后加入去离子水，得到混合溶液；
将上述混合溶液加热至50-60℃，搅拌，得到泡排剂。
在上述方法中，优选地，所述阳离子表面活性剂是由以下步骤制备的：
将2-2.5g烷基二甲基溴化铵与过量1,2-二溴乙烷溶于50-70mL无水乙醇中，在50-80℃下回流36-48h，得到混合物；将上述混合物于37℃下蒸干，得到阳离子表面活性剂；更优选地，所述1,2-二溴乙烷的用量为4-8mL。
在上述方法中，优选地，所述烷基二甲基溴化铵中的烷基碳数为C12-C18。
在上述方法中，优选地，所述搅拌速度为200-400r/min，搅拌时间为20-25min。
本发明提供的泡排剂能够在产水气井排水采气中应用。
在上述应用中，优选地，所述产水气井内矿化水的温度为100-160℃。
在上述应用中，优选地，所述产水气井内矿化水的矿化度为50000-250000ppm。
本发明的有益效果：
1)本发明提供的技术方案创造性地将阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂进行复配，使两者之间产生了特殊的协同作用，极大地增强了泡排剂的性能；
2)本发明提供的泡排剂在温度为100-160℃、矿化度为50000-250000ppm的条件下，有较高的初始起泡体积V₀、泡沫半衰期t_1/2以及携液率；能解决现有泡排剂在温度和矿化度升高时，泡沫性能骤降的问题，可用于深层高温、高矿化度气井的排水采气工艺；
3)本发明提供的泡排剂组成简单，制备方便，价格低廉，无毒低刺激性。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种抗高温、高矿化度的泡排剂及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：
1)制备Gemini阳离子表面活性剂
分别将2g十二烷基二甲基溴化铵、十四烷基二甲基溴化铵、十六烷基二甲基溴化铵、十八烷基二甲基溴化铵与4mL 1,2-二溴乙烷(过量以保证反应充分完成)溶于无水乙醇(50mL)中，在80℃左右回流48h。将反应后的混合物于旋转蒸发仪上37℃下旋干，分别得到m＝12、14、16、18的Gemini阳离子表面活性剂；所述Gemini阳离子表面活性剂的结构如式Ⅰ所示

其中，本实施例中Gemini阳离子表面活性剂是由上述m＝12、14、16、18的Gemini阳离子表面活性剂按照质量比为1:1:3:1混和而成的；
2)制备泡排剂
以质量百分比计，本实施例中泡排剂的原料组成包括：25％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、8％Gemini阳离子表面活性剂、余量为去离子水；
按照上述用量，将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和Gemini阳离子表面活性剂一次性加入不锈钢反应釜中，再加入去离子水，将此混合溶液加热至55℃，在200-400r/min下搅拌20min，得到泡排剂GWJ-1。
实施例2
本实施例提供给了一种抗高温、高矿化度的泡排剂及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：
1)制备Gemini阳离子表面活性剂
分别将2g十二烷基二甲基溴化铵、十四烷基二甲基溴化铵、十六烷基二甲基溴化铵、十八烷基二甲基溴化铵与4mL 1,2-二溴乙烷(过量以保证反应充分完成)溶于无水乙醇(50mL)中，在80℃左右回流48h。将反应后的混合物于旋转蒸发仪上37℃下旋干，分别得到m＝12、14、16、18的Gemini阳离子表面活性剂；所述Gemini阳离子表面活性剂的结构如式Ⅰ所示

其中，本实施例中Gemini阳离子表面活性剂是由上述m＝12、14、16、18的Gemini阳离子表面活性剂按照质量比为1:1:3:1混合而成的；
2)制备泡排剂
以质量百分比计，本实施例中泡排剂的原料组成包括：35％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、13％Gemini阳离子表面活性剂、余量为去离子水；
按照上述用量，将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和Gemini阳离子表面活性剂一次性加入不锈钢反应釜中，再加入去离子水，将此混合溶液加热至55℃，在200-400r/min下搅拌20min，得到泡排剂GWJ-2。
实施例3
本实施例针对上述实施例1提供的泡排剂GWJ-1在不同温度和矿化度条件下的初始起泡体积V₀、泡沫半衰期t_1/2以及气流量为5L/min时15min的携液量进行了测试，并在相同测试条件下与国内某市售泡排剂1和2的性能进行了对比。
测试过程中所用的仪器为高温高压泡沫评价仪(该高温高压泡沫评价仪为专利号ZL201120400940.1的实用新型专利所记载的高温高压泡沫评价仪，公告号CN202228059U)；测试用的矿化水均为根据现场天然气井产出的水进行分析后，采用NaCl、CaCl₂、MgCl₂、KCl、Na₂SO₄、NaHCO₃进行配制得到的。
具体测试方法如下所述：
1)泡排剂的起泡性与稳泡性测试：
a、先将评价装置内温度升至指定测试温度；
b、再将200mL质量浓度为3％(按表面活性剂的浓度计)的泡排剂溶液泵入评价装置；
c、压力升至1MPa(氮气)，记录初始起泡体积与泡沫半衰期。
2)泡排剂的携液性测试：
a、先将评价装置内温度升至指定测试温度；
b、再将200mL质量浓度为3％(按表面活性剂的浓度计)的泡排剂溶液泵入评价装置；
c、将氮气以5L/min的速度泵入评价装置内，收集并记录15min的携液量。
表1：不同温度下泡排剂(GWJ-1)的性能(矿化度为250000ppm)

表2：国内某市售泡排剂1的性能(矿化度为250000ppm)

表3：国内某市售泡排剂2的性能(矿化度为250000ppm)

表4：不同矿化度下泡排剂(GWJ-1)的性能(温度为130℃)

表5：国内某市售泡排剂1的性能(温度为130℃)

表6：国内某市售泡排剂2的性能(温度为130℃)

具体测试结果如表1-6所示，其中，表1和表4分别为实施例1提供的泡排剂GWJ-1在不同温度和矿化度条件下的性能测试结果；表2和5分别为国内某市售泡排剂1在不同温度和矿化度条件下的性能测试结果；表3和6分别为国内某市售泡排剂2在不同温度和矿化度条件下的性能测试结果；上述国内某市售泡排剂1和2均是由成都孚吉科技有限公司提供的。
从上述测试结果可以看出，本发明提供的泡排剂在温度为100-160℃、矿化度为50000-250000ppm范围内具有较高的起泡性、稳泡性与携液率。