一种泡排剂组合物及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及油气田开发工程技术领域，具体涉及一种泡排剂组合物及其制备方法、应用。

背景技术

随着天然气田的持续开发，地层水会持续不断流入天然气井内，形成气、水两相流动，流体流动能量损耗加剧，气体产出能力减弱，产量大幅下降。此外，由于天然气井井周地层水对天然气的物理阻隔作用，地层大量气烃无法顺利产出，即所谓的水锁效应。研究和实践证明排水采气技术是保障气井连续生产的有效手段，其中泡沫排液技术因为工艺简单、见效快、成本低等原因，是当前应用最广泛的排水采气技术。

泡沫排液技术的关键是选用性能优良的泡排剂体系，泡排剂一般是包含起泡剂、稳泡剂等多种成分的组合物。对于起泡剂，一般为表面活性剂，例如，阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂以及两性表面活性剂等。阴离子表面活性剂起泡性能优良，但是受地层水矿化度及高价金属离子影响较大；非离子表面活性剂受地层水矿化度影响较小，但是其由所谓浊点问题，耐温性可能存在问题；部分阳离子表面活性剂具有一定的生物毒性、不够绿色环保。两性表面活性剂绿色环保，在酸性气井环境中也具有较好的起泡能力。应用较多的两性表面活性剂为甜菜碱类表面活性剂，具有显著的绿色环保特性，可进一步提高其水溶性和耐盐性，可以在其分子结构中引入醚键等基团。

现有技术的泡沫排液工艺中，起泡剂通常于稳泡剂协同使用。现有研究与现场经验表明，具有一定润湿特定的纳米粒子可以有效提高泡沫体系的稳定性。因为纳米粒子可以在泡沫生成的过程中分散吸附在气-液界面，形成致密吸附膜，阻止气泡之间的聚并和歧化过程，从而有效提高泡沫的稳定性。目前常采用SiO

因此，有必要寻找一种原料易得、可批量制备、成本较低、稳泡性能优良的微米级颗粒稳泡剂。

发明内容

基于此，本发明提供了一种泡排剂组合物及其制备方法、应用，以解决现有技术存在的上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种泡排剂组合物，由以下重量份的组分制备得到：1份起泡剂和0.01-10份稳泡剂，余量为水，其中起泡剂为甜菜碱表面活性剂，稳泡剂为稻壳衍生碳颗粒。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述甜菜碱表面活性剂的分子通式为羧基甜菜碱或磺基甜菜碱中的一种或多种：

其中，羧基甜菜碱中x＝11-26，n＝1-20；磺基甜菜碱中x＝11-26，n＝1-20。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述稻壳衍生碳颗粒的粒径为5-150μm。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种上述任一项所述的泡排剂组合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将风干的稻壳在N

(2)将稻壳衍生碳粉碎，得到稻壳衍生碳粉末；

(3)将稻壳衍生碳粉末浸渍于0.05-0.1mol/L三甲基氯硅烷的乙醇溶液中1-2小时，并在60-80℃条件下真空干燥3-5小时，得到稻壳衍生碳颗粒；

(4)将所得稻壳衍生碳颗粒与甜菜碱表面活性剂通过加水混合均匀，得到泡排剂组合物。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤(1)中进行煅烧的设备为管式炉。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤(2)中进行粉碎的设备为球磨机。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤(2)中，采用球磨机进行球磨的参数设定为：小钢球直径为6.35mm，小钢球数量为14个；大钢球直径为9.5mm，大钢球数量为8个；球磨转动频率为300Hz，时间为10-30分钟。

根据本发明的又一方面，本发明还提供了一种上述任一项所述的泡排剂组合物的应用，所述泡排剂组合物应用于pH值＝3-7的天然气井中以实现泡沫排液。

本发明的泡排剂组合物及其制备方法、应用，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：

1)本发明的泡排剂组合物中含有的甜菜碱表面活性剂包含聚醚等官能团，使得其具有耐酸耐盐的属性，以及具有较高的起泡体积、半衰期，使得其可适用于含酸性气体、高矿化度等苛刻条件下的气井泡沫排液工艺；而且含有的稻壳衍生碳颗粒，由于稻壳衍生碳具有很好的稳泡性能，使得其在应用中泡沫的半衰期明显减慢，从而提高了泡沫排液的作用时间及效果；

2)本发明的泡排剂组合物的制备工艺简单、成本低，其组分绿色环保，制备方便，有利于推广；

3)本发明的泡排剂组合物通过采用上述工艺及组分(包括稻壳衍生碳颗粒与甜菜碱表面活性剂)制备得到，使得其可适用于高矿化度、含酸性气体等苛刻条件，可以用作油气田天然气井泡沫排液用的泡沫稳定剂。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是甜菜碱表面活性剂与稻壳衍生碳颗粒协同稳泡的机理示意图；

图2是泡排剂组合物在应用中对泡沫体系的稳定性考察结果。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提出的泡排剂组合物及其制备方法、应用，其选用微米级稻壳衍生碳颗粒作为稳泡剂。其中，选择稻壳衍生碳颗粒的原因是，我国是农业大国，各地的粮食加工厂在生产稻米的同时会产出大量的稻壳，同时，稻壳具有天然的小尺寸特性，无需粉碎等预加工程序，操作程序简单，便于规模化处理及生产。作为农产品加工副产物，如能充分资源化利用，增加其经济价值，对环境、社会和农业从业者自然意义非凡，利国利民。本发明中，稻壳衍生碳颗粒稳泡剂的制备包含稻壳炭化、粉碎、硅烷化疏水改性等过程。起泡剂选用甜菜碱表面活性剂，甜菜碱表面活性剂为羧基甜菜碱和磺基甜菜碱，该羧基甜菜碱又叫作烷基聚氧乙烯醚酰胺丙基二甲铵基羧基甜菜碱，磺基甜菜碱又叫作烷基聚氧乙烯醚酰胺丙基二甲铵基羟磺基甜菜碱。

为了让本领域技术人员进一步理解本发明的技术方案，以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步地详细说明。

实施例1

常温常压条件下，称取羧基甜菜碱(x＝11，n＝6)，配制成0.5％浓度的羧基甜菜碱溶液，按羧基甜菜碱与稻壳衍生碳颗粒质量比50:1加入稻壳衍生碳颗粒，混匀，即可得到泡排剂组合物。

该实施例的稻壳衍生碳颗粒制备方法：将自然风干的稻壳放到管式炉，在N

按照石油与天然气行业标准“钻井液用发泡剂评价程序”SY/T 5350-2009，对本案例配制的泡排剂组合物进行发泡体积与半衰期的评价，即采用Waring Blender方法，将上述配好的100mL泡排剂组合物在8000转/分钟条件下搅拌3min，即可得到泡沫体系，所得实验数据见表1。

实施例2

常温常压条件下，称取羧基甜菜碱(x＝13，n＝8)，配制成0.5％浓度的羧基甜菜碱溶液，按羧基甜菜碱与稻壳衍生碳颗粒质量比10:1加入稻壳衍生碳颗粒，混匀，即可得到泡排剂组合物。

该实施例的稻壳衍生碳颗粒制备方法：将自然风干的稻壳放到管式炉，在N

按照石油与天然气行业标准“钻井液用发泡剂评价程序”SY/T 5350-2009，对本案例配制的泡排剂组合物进行发泡体积与半衰期的评价，采用Waring Blender方法，将上述配好的100mL泡排剂组合物在8000转/分钟条件下搅拌3min，即可得到泡沫体系，所得实验数据见表1。

实施例3

常温常压条件下，称取羧基甜菜碱(x＝15，n＝10)，配制成0.5％浓度的羧基甜菜碱溶液，按羧基甜菜碱与稻壳衍生碳颗粒质量比5:1加入稻壳衍生碳颗粒，混匀，即可得到泡排剂组合物。

该实施例的稻壳衍生碳颗粒制备方法：将自然风干的稻壳放到管式炉，在N

按照石油与天然气行业标准“钻井液用发泡剂评价程序”SY/T 5350-2009，对本案例配制的泡排剂组合物进行发泡体积与半衰期的评价，采用Waring Blender方法，将上述配好的100mL泡排剂组合物在8000转/分钟条件下搅拌3min，即可得到泡沫体系，所得实验数据见表1。

实施例4

常温常压条件下，称取磺基甜菜碱(x＝15，n＝10)，配制成0.5％浓度的磺基甜菜碱溶液，按磺基甜菜碱与稻壳衍生碳颗粒质量比5:1加入稻壳衍生碳颗粒，混匀，即可得到泡排剂组合物。

该实施例的稻壳衍生碳颗粒制备方法：将自然风干的稻壳放到管式炉，在N

按照石油与天然气行业标准“钻井液用发泡剂评价程序”SY/T 5350-2009，对本案例配制的泡排剂组合物进行发泡体积与半衰期的评价，采用Waring Blender方法，将上述配好的100mL泡排剂组合物在8000转/分钟条件下搅拌3min，即可得到泡沫体系，所得实验数据见表1。

对比例1

常温常压条件下，称取羧基甜菜碱(x＝13，n＝8)在清水中溶解，配制成0.5％浓度的羧基甜菜碱水溶液，其中不添加稻壳衍生碳颗粒，作为对比样1。

按照石油与天然气行业标准“钻井液用发泡剂评价程序”SY/T 5350-2009，对本案例配制的羧基甜菜碱水溶液进行发泡体积与半衰期的评价，即采用Waring Blender方法，将上述配好的100mL泡排剂组合物在8000转/分钟条件下搅拌3min，即可得到泡沫体系，所得实验数据见表1。

对比例2

常温常压条件下，称取磺基甜菜碱(x＝15，n＝10)在清水中溶解，配制成浓度为0.5％的磺基甜菜碱水溶液，其中不添加稻壳衍生碳颗粒，作为对比样2。

按照石油与天然气行业标准“钻井液用发泡剂评价程序”SY/T 5350-2009，对本案例配制的羧基甜菜碱水溶液进行发泡体积与半衰期的评价，即采用Waring Blender方法，将上述配好的100mL泡排剂组合物在8000转/分钟条件下搅拌3min，即可得到泡沫体系，所得实验数据见表1。

表1.实施例1-4和对比例1-2所制备产物的泡沫性能

由表1中数据可知，相比于不含有稻壳衍生碳颗粒的羧基甜菜碱水溶液(对比例1)和磺基甜菜碱水溶液(对比例2)的起泡体积与半衰期，本发明的泡排剂组合物(实施例1-4)的起泡体积与半衰期明显增加，即本发明的泡排剂组合物产生的泡沫体系稳定性大幅提高。可以看出，随着羧基甜菜碱与稻壳衍生碳颗粒总剂量的增加，泡排剂组合物的起泡体积逐渐增加，半衰期逐渐延长。

请一并参阅图1，其为甜菜碱表面活性剂与稻壳衍生碳颗粒协同稳泡的机理示意图。如图1所示，稻壳衍生颗粒由于自身的疏水特性而吸附在泡体体系中的液膜界面，与甜菜碱表面活性剂分子共同在界面形成的致密的吸附层，从而有利于提高液膜的机械强度，进而提高了泡沫稳定性。

此外，对比实施例1与对比例1的泡沫微观形态，参阅图2所示，将实施例1与对比例1的产物分别置于量筒内，在起泡后观察泡沫衰减情况，并记录半衰时间。由图2可以看出，对于实施例1，0.5％羧基甜菜碱+0.01％碳(稻壳衍生碳颗粒)存在条件下，泡沫的半衰期为12min；而对比例1，不添加稻壳衍生碳颗粒时，仅含有0.5％羧基甜菜碱的溶液体系所生成的泡沫半衰期只有7min。由此，说明稻壳衍生碳颗粒具有很好的稳泡性能。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。