专利名称：油气田泡沫钻井、洗井用开关发泡液的制作方法
技术领域：
本发明涉及油气田泡沫钻井、洗井领域中一种循环使用的开关发泡液和其使用方法。
背景技术：
泡沫钻井是利用稳定泡沫作为循环介质的一种欠平衡钻井技术。泡沫流体是由发泡基液(表面活性剂水溶液)与气体充分混合而成的一种混相流体，密度小，液体静压力低，因此极大地减少或避免储集层的损害，而且可获得高的机械钻速，减少浸泡时间。泡沫有较高的携带岩屑能力，轴向压力低，大大地避免了岩屑的重复破碎，使钻头工作条件得到明显改善，从而大幅度延长钻头寿命。此外，在油气显示，减少工程事故方面，泡沫钻井比常规泥浆钻井都有明显优势。在油气田开采过程中，随着油气不断采出，井内沉沙和垢块随之产生，地层压力逐步下降，当地层压力低于 静水柱压力时，使用常规修井液不能建立起井筒循环，不仅修井效率低，安全性差，而且修井液夹带的部分固相颗粒漏入地层会损害油气层。如果采用泡沫作为洗井液，则可避免常规修井液带来的上述问题。尽管泡沫流体比常规泥浆，在油气田钻井和洗井中有许多优势，但由于使用的泡沫液均为一次性，成本较高。同时当泡沫从井口返出时，压力降低，在大气环境下膨胀，每分钟可产生几十立方的泡沫，体积很大，用机械方法从泡沫中分离出岩屑等固形物非常困难，设计出处理如此大体积泡沫的分离器，不仅花费高，而且工作量也很大。再说容纳大量泡沫的沉降池也有特别要求，以防止泡沫漂浮或溢流到地面而造成环境污染。泡沫钻井虽然比泥浆钻井用水量小，在缺水或取水困难的地区，也需尽量减少水的用量。理想的泡沫钻井、洗井发泡液，应该是在井筒内发泡能力强，泡沫稳定好，当其返出井口时给予一定条件消泡变成不能起泡的水溶液，分离出固体物质后，改变条件又成为可发泡的水溶液，将其与气体再注入井筒，在压力和转动作用下又产生稳定泡沫，把钻屑和其他固体物质带出地面，如此循环往复，实现泡沫液的循环使用，即是说一种开关发泡剂，就可以避免上述一般泡沫钻井、洗井中遇到的问题。美国Clearwater公司的Thomas T.R等发明了用两性表面活性剂与阴离子表面活性剂复配(U.S.Pat.N0.5591701)，以酸碱调节体系pH值的方法，实现了泡沫液的循环使用，但是其产生的泡沫稳定性不很好，实验测得的排液半衰期最长的不到6分钟，在某些情况下，不一定能满足现场施工的要求。因此在使用时往往需要加入水溶高分子化合物做稳泡剂，不但增加了成本，配制操作也十分不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种泡沫钻井、洗井用酸碱开关发泡液，所谓酸碱开关发泡液，就是通过改变体系的酸碱性，根据需要使其起泡和消泡，此过程是可逆的，能调控的。该发泡液在PH大于8时，起泡力强，泡沫稳定性好，而在体系pH值小于4时，搅拌也不起泡，因此可以用调节体系pH值的方法，实现发泡液的循环使用，满足现场施工要求。本发明开关发泡液包括各组分，各组分按质量百分比计:天然非离子表面活性剂
0.5-1.5%，阴离子表面活性剂0.2-1.5%，天然非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比为3:1到1:3。助泡剂0.05-0.1%,配合剂0-2%，其余为水。其中天然非离子表面活性剂是C8-C16烷基糖甙、油患子皂甙、茶皂甙、皂角皂甙或它们的混合物。阴离子表面活性剂是C6-C11脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、C12-C16 α -烯烃磺酸钠(AOS)、C8-C18脂肪酸钠或它们的混合物。助泡剂为异丙醇或乙二醇单丁醚。配合剂为乙二胺四乙酸二钠(EDTA)或氨三乙酸(ΝΤΑ)。这些非离子天然表面活性剂和阴离子表面活性剂，在碱性水溶液中有很好的泡沫协同增效作用，但在溶液PH值小于4时，形成难溶性的分子复合物而失去表面活性，不能起泡。这些难溶性的分子复合物在体系pH值大于8时，又分解成原来的可溶性分子化合物，恢复其表面活性，很容易起泡。助泡剂能增加溶液的表面活性，使溶液起泡快、增大起泡量。配合剂在碱性溶液中与Ca2+、Mg2+离子生成配合物，以避免其与表面活性剂作用产生沉淀，而影响其泡沫性能。这种开关发泡液的使用方法:加碱调节配方溶液pH值到8以上与空气(或其他如二氧化碳、氮气、甲烷等)在加压下注入井筒，在井底搅拌和气流作用下起泡，泡沫携带钻屑或其他固体物质将其举升到井口，此时加酸搅拌使之PH值到4以下消泡而成有悬浮颗粒的水溶液，从液体中分离出钻屑和其他固体物质，收集液体到适当的容器中，加碱调节溶液的PH值在8以上。又将该溶液与气体注入到井筒内，在井底搅拌和气体的作用下又产生泡沫，此过程可以重复许多次。每循环一次，适当补充上述的天然非离子表面活性剂和阴离子表面活性。用氢氧化钠(NaOH)和硫酸(H2SO4)或盐酸(HCl)调节体系的pH值，最好用硫酸，因其与体系中的钙或石灰石岩屑生成难溶于水的硫酸钙，便于从体系中除去。本发明具有如下有益效果:(I)当配方溶液pH值大于8时，起泡体积和泡沫稳定性都很好，当溶液PH值小于4时，即使在搅拌的情况下也不起泡。因此调节溶液至碱性使之起泡，然后加酸使之消泡，再加碱又使之起泡，如此反复多次泡沫性能没有多大变化，是一个很好的酸碱开关发泡剂。这种发泡剂在泡沫钻井、洗井中可以循环使用。这样大幅度地降低了施工使用化学剂的成本。(2)避免了一般泡沫钻井、洗井遇到的分离困难、处理大量泡沫的问题，可利用常规泥浆钻井、洗井用的分离器和沉积池。(3)减少了用水，特别是缺水和取水不方便的地区。(4)本发明用的发泡剂为天然表面活性剂，对人畜无害，在自然界容易生物降解，不污染环境。(5)本发明所用原料均可在市场购到，配制方便，可以先在化工厂生产成产品，也可现场施工时直接配制使用。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明:下述实验所用开关发泡液配方如下(质量百分比):C8_C10烷基糖甙(APG)0.5%，油酸钠0.2%, C6-C8脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES) 0.1%,乙二醇单丁醚0.05%, EDTA1.0%。泡沫性能测试。采用Waring Blender搅拌法来测试发泡剂在不同条件下的泡沫性能。美国石油工业部 门常采用此法，我国石油工业部门也采用这种方法。所用仪器为WaringBlender搅拌器。试验时,在有刻度的搅拌杯加入IOOml测试液,高速(3 5000rpm)搅拌60s后，关闭开关，立即记下泡沫体积V (ml)，用此表示发泡剂的起泡能力，V越大，起泡能力越强。随即记录从泡沫中析出50ml液体所需要的时间t (m:s)，称为泡沫的(排液)半衰期，反映泡沫的稳定性，t越长，泡沫稳定性越好。起泡能力和泡沫稳定性是发泡剂性质的主要参数，因此，V和t的数值比较好地显示出发泡剂的性能。表I列出上述开关发泡液配方(以KGF表示)不同水质溶液pH3和pH9时的起泡体积V和半衰期t。用V/t表示，例如500/5:02，表示起泡体积500ml，半衰期为5分2秒。表中也列出用美国Clearwater公司的可循环发泡剂0.7%水溶液(以CTF表示)测得的数据。表I
权利要求
1.一种油气田泡沫钻井、洗井用开关发泡液，是由天然非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和辅助剂与水配制而成。该发泡液PH值在8以上能形成丰富而稳定的泡沫，pH值在4以下，即使搅拌也不能起泡。
2.根据权利要求1所述油气钻井、洗井用开关发泡液，其特征在于:天然非离子表面活性剂是C8-C16烷基糖 甙、油患子皂甙、茶皂甙、皂角皂甙或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的油气钻井、洗井用开关发泡液，其特征在于:阴离子表面活性剂是C6-C11脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、C12-C16 α -烯烃磺酸钠(AOS)、C8-C18脂肪酸钠或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的油气钻井、洗井用开关发泡液，其特征在于:使用浓度为天然非离子表面活性剂0.5-1.5%，阴离子表面活性剂0.2-1.5%，助泡剂0.05-0.1%,配合剂0-2%,其余为水。天然非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比为3:1到1:3。
5.根据权利要求1所述的油气钻井、洗井用开关发泡液，其特征在于:所使用的辅助剂为:助泡剂是异丙醇或乙二醇单丁醚，配合剂为乙二胺四乙酸二钠(EDTA)或氨三乙酸(NTA)0
全文摘要
本发明公开了一种油气田泡沫钻井、洗井用酸碱开关发泡液，是由天然非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂复配而成。该溶液在pH8以上产生稳定而丰富的泡沫，可将钻屑和其他颗粒物质从井底带出，在井口加酸搅拌使其pH值在4以下消泡而成水溶液，分离出固体颗粒，用碱调节分离液到pH8以上又恢复成性能很好的发泡液，注入井底使之起泡。如此可反复循环许多次。这样降低了化学剂使用成本，节约了用水，解决了分离困难和污染环境等问题。
文档编号C09K8/536GK103242812SQ20131018516
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月20日 优先权日2013年5月20日
发明者赵晓东 申请人:西南石油大学