專利名稱：油氣田泡沫鉆井、洗井用開(kāi)關(guān)發(fā)泡液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣田泡沫鉆井、洗井領(lǐng)域中一種循環(huán)使用的開(kāi)關(guān)發(fā)泡液和其使用方法。
背景技術(shù)：
泡沫鉆井是利用穩(wěn)定泡沫作為循環(huán)介質(zhì)的一種欠平衡鉆井技術(shù)。泡沫流體是由發(fā)泡基液(表面活性劑水溶液)與氣體充分混合而成的一種混相流體，密度小，液體靜壓力低，因此極大地減少或避免儲(chǔ)集層的損害，而且可獲得高的機(jī)械鉆速，減少浸泡時(shí)間。泡沫有較高的攜帶巖屑能力，軸向壓力低，大大地避免了巖屑的重復(fù)破碎，使鉆頭工作條件得到明顯改善，從而大幅度延長(zhǎng)鉆頭壽命。此外，在油氣顯示，減少工程事故方面，泡沫鉆井比常規(guī)泥漿鉆井都有明顯優(yōu)勢(shì)。在油氣田開(kāi)采過(guò)程中，隨著油氣不斷采出，井內(nèi)沉沙和垢塊隨之產(chǎn)生，地層壓力逐步下降，當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀?靜水柱壓力時(shí)，使用常規(guī)修井液不能建立起井筒循環(huán)，不僅修井效率低，安全性差，而且修井液夾帶的部分固相顆粒漏入地層會(huì)損害油氣層。如果采用泡沫作為洗井液，則可避免常規(guī)修井液帶來(lái)的上述問(wèn)題。盡管泡沫流體比常規(guī)泥漿，在油氣田鉆井和洗井中有許多優(yōu)勢(shì)，但由于使用的泡沫液均為一次性，成本較高。同時(shí)當(dāng)泡沫從井口返出時(shí)，壓力降低，在大氣環(huán)境下膨脹，每分鐘可產(chǎn)生幾十立方的泡沫，體積很大，用機(jī)械方法從泡沫中分離出巖屑等固形物非常困難，設(shè)計(jì)出處理如此大體積泡沫的分離器，不僅花費(fèi)高，而且工作量也很大。再說(shuō)容納大量泡沫的沉降池也有特別要求，以防止泡沫漂浮或溢流到地面而造成環(huán)境污染。泡沫鉆井雖然比泥漿鉆井用水量小，在缺水或取水困難的地區(qū)，也需盡量減少水的用量。理想的泡沫鉆井、洗井發(fā)泡液，應(yīng)該是在井筒內(nèi)發(fā)泡能力強(qiáng)，泡沫穩(wěn)定好，當(dāng)其返出井口時(shí)給予一定條件消泡變成不能起泡的水溶液，分離出固體物質(zhì)后，改變條件又成為可發(fā)泡的水溶液，將其與氣體再注入井筒，在壓力和轉(zhuǎn)動(dòng)作用下又產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫，把鉆屑和其他固體物質(zhì)帶出地面，如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)泡沫液的循環(huán)使用，即是說(shuō)一種開(kāi)關(guān)發(fā)泡劑，就可以避免上述一般泡沫鉆井、洗井中遇到的問(wèn)題。美國(guó)Clearwater公司的Thomas T.R等發(fā)明了用兩性表面活性劑與陰離子表面活性劑復(fù)配(U.S.Pat.N0.5591701)，以酸堿調(diào)節(jié)體系pH值的方法，實(shí)現(xiàn)了泡沫液的循環(huán)使用，但是其產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性不很好，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的排液半衰期最長(zhǎng)的不到6分鐘，在某些情況下，不一定能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。因此在使用時(shí)往往需要加入水溶高分子化合物做穩(wěn)泡劑，不但增加了成本，配制操作也十分不便。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種泡沫鉆井、洗井用酸堿開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，所謂酸堿開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，就是通過(guò)改變體系的酸堿性，根據(jù)需要使其起泡和消泡，此過(guò)程是可逆的，能調(diào)控的。該發(fā)泡液在PH大于8時(shí)，起泡力強(qiáng)，泡沫穩(wěn)定性好，而在體系pH值小于4時(shí)，攪拌也不起泡，因此可以用調(diào)節(jié)體系pH值的方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)泡液的循環(huán)使用，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。本發(fā)明開(kāi)關(guān)發(fā)泡液包括各組分，各組分按質(zhì)量百分比計(jì):天然非離子表面活性劑
0.5-1.5%，陰離子表面活性劑0.2-1.5%，天然非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑的質(zhì)量比為3:1到1:3。助泡劑0.05-0.1%,配合劑0-2%，其余為水。其中天然非離子表面活性劑是C8-C16烷基糖甙、油患子皂甙、茶皂甙、皂角皂甙或它們的混合物。陰離子表面活性劑是C6-C11脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)、C12-C16 α -烯烴磺酸鈉(AOS)、C8-C18脂肪酸鈉或它們的混合物。助泡劑為異丙醇或乙二醇單丁醚。配合劑為乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)或氨三乙酸(ΝΤΑ)。這些非離子天然表面活性劑和陰離子表面活性劑，在堿性水溶液中有很好的泡沫協(xié)同增效作用，但在溶液PH值小于4時(shí)，形成難溶性的分子復(fù)合物而失去表面活性，不能起泡。這些難溶性的分子復(fù)合物在體系pH值大于8時(shí)，又分解成原來(lái)的可溶性分子化合物，恢復(fù)其表面活性，很容易起泡。助泡劑能增加溶液的表面活性，使溶液起泡快、增大起泡量。配合劑在堿性溶液中與Ca2+、Mg2+離子生成配合物，以避免其與表面活性劑作用產(chǎn)生沉淀，而影響其泡沫性能。這種開(kāi)關(guān)發(fā)泡液的使用方法:加堿調(diào)節(jié)配方溶液pH值到8以上與空氣(或其他如二氧化碳、氮?dú)?、甲烷?在加壓下注入井筒，在井底攪拌和氣流作用下起泡，泡沫攜帶鉆屑或其他固體物質(zhì)將其舉升到井口，此時(shí)加酸攪拌使之PH值到4以下消泡而成有懸浮顆粒的水溶液，從液體中分離出鉆屑和其他固體物質(zhì)，收集液體到適當(dāng)?shù)娜萜髦?，加堿調(diào)節(jié)溶液的PH值在8以上。又將該溶液與氣體注入到井筒內(nèi)，在井底攪拌和氣體的作用下又產(chǎn)生泡沫，此過(guò)程可以重復(fù)許多次。每循環(huán)一次，適當(dāng)補(bǔ)充上述的天然非離子表面活性劑和陰離子表面活性。用氫氧化鈉(NaOH)和硫酸(H2SO4)或鹽酸(HCl)調(diào)節(jié)體系的pH值，最好用硫酸，因其與體系中的鈣或石灰石巖屑生成難溶于水的硫酸鈣，便于從體系中除去。本發(fā)明具有如下有益效果:(I)當(dāng)配方溶液pH值大于8時(shí)，起泡體積和泡沫穩(wěn)定性都很好，當(dāng)溶液PH值小于4時(shí)，即使在攪拌的情況下也不起泡。因此調(diào)節(jié)溶液至堿性使之起泡，然后加酸使之消泡，再加堿又使之起泡，如此反復(fù)多次泡沫性能沒(méi)有多大變化，是一個(gè)很好的酸堿開(kāi)關(guān)發(fā)泡劑。這種發(fā)泡劑在泡沫鉆井、洗井中可以循環(huán)使用。這樣大幅度地降低了施工使用化學(xué)劑的成本。(2)避免了一般泡沫鉆井、洗井遇到的分離困難、處理大量泡沫的問(wèn)題，可利用常規(guī)泥漿鉆井、洗井用的分離器和沉積池。(3)減少了用水，特別是缺水和取水不方便的地區(qū)。(4)本發(fā)明用的發(fā)泡劑為天然表面活性劑，對(duì)人畜無(wú)害，在自然界容易生物降解，不污染環(huán)境。(5)本發(fā)明所用原料均可在市場(chǎng)購(gòu)到，配制方便，可以先在化工廠生產(chǎn)成產(chǎn)品，也可現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)直接配制使用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:下述實(shí)驗(yàn)所用開(kāi)關(guān)發(fā)泡液配方如下(質(zhì)量百分比):C8_C10烷基糖甙(APG)0.5%，油酸鈉0.2%, C6-C8脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES) 0.1%,乙二醇單丁醚0.05%, EDTA1.0%。泡沫性能測(cè)試。采用Waring Blender攪拌法來(lái)測(cè)試發(fā)泡劑在不同條件下的泡沫性能。美國(guó)石油工業(yè)部 門常采用此法，我國(guó)石油工業(yè)部門也采用這種方法。所用儀器為WaringBlender攪拌器。試驗(yàn)時(shí),在有刻度的攪拌杯加入IOOml測(cè)試液,高速(3 5000rpm)攪拌60s后，關(guān)閉開(kāi)關(guān)，立即記下泡沫體積V (ml)，用此表示發(fā)泡劑的起泡能力，V越大，起泡能力越強(qiáng)。隨即記錄從泡沫中析出50ml液體所需要的時(shí)間t (m:s)，稱為泡沫的(排液)半衰期，反映泡沫的穩(wěn)定性，t越長(zhǎng)，泡沫穩(wěn)定性越好。起泡能力和泡沫穩(wěn)定性是發(fā)泡劑性質(zhì)的主要參數(shù)，因此，V和t的數(shù)值比較好地顯示出發(fā)泡劑的性能。表I列出上述開(kāi)關(guān)發(fā)泡液配方(以KGF表示)不同水質(zhì)溶液pH3和pH9時(shí)的起泡體積V和半衰期t。用V/t表示，例如500/5:02，表示起泡體積500ml，半衰期為5分2秒。表中也列出用美國(guó)Clearwater公司的可循環(huán)發(fā)泡劑0.7%水溶液(以CTF表示)測(cè)得的數(shù)據(jù)。表I
權(quán)利要求
1.一種油氣田泡沫鉆井、洗井用開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，是由天然非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和輔助劑與水配制而成。該發(fā)泡液PH值在8以上能形成豐富而穩(wěn)定的泡沫，pH值在4以下，即使攪拌也不能起泡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述油氣鉆井、洗井用開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，其特征在于:天然非離子表面活性劑是C8-C16烷基糖 甙、油患子皂甙、茶皂甙、皂角皂甙或它們的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井、洗井用開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，其特征在于:陰離子表面活性劑是C6-C11脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)、C12-C16 α -烯烴磺酸鈉(AOS)、C8-C18脂肪酸鈉或它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井、洗井用開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，其特征在于:使用濃度為天然非離子表面活性劑0.5-1.5%，陰離子表面活性劑0.2-1.5%，助泡劑0.05-0.1%,配合劑0-2%,其余為水。天然非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑的質(zhì)量比為3:1到1:3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井、洗井用開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，其特征在于:所使用的輔助劑為:助泡劑是異丙醇或乙二醇單丁醚，配合劑為乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)或氨三乙酸(NTA)0
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種油氣田泡沫鉆井、洗井用酸堿開(kāi)關(guān)發(fā)泡液，是由天然非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑復(fù)配而成。該溶液在pH8以上產(chǎn)生穩(wěn)定而豐富的泡沫，可將鉆屑和其他顆粒物質(zhì)從井底帶出，在井口加酸攪拌使其pH值在4以下消泡而成水溶液，分離出固體顆粒，用堿調(diào)節(jié)分離液到pH8以上又恢復(fù)成性能很好的發(fā)泡液，注入井底使之起泡。如此可反復(fù)循環(huán)許多次。這樣降低了化學(xué)劑使用成本，節(jié)約了用水，解決了分離困難和污染環(huán)境等問(wèn)題。
文檔編號(hào)C09K8/536GK103242812SQ20131018516
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者趙曉東 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)