一种基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系及其制备方法与流程

本发明属于油气田开发技术领域，尤其涉及一种基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系及其制备方法。

背景技术：

随着油田开发进入中后期，大部分主力油层能量损失严重，漏失井、漏失层相应增多,许多油层的压力系数普遍降低到正常压力的0.6～0.7，甚至更低；使用常用的水基修井液进行冲砂、洗井、压井等作业时易大量漏失甚至无法建立循环；即便采用暂堵等措施，也无法有效将地层砂携带至地面，投产后很快又会造成管柱砂卡情况；此外，因压井液的大量侵入，油层污染进一步加大，严重影响油井产量的恢复。

目前应对这种情况多采用泡沫作业；中国专利文件zl201210223060.0公开了一种油气田用添加纳米颗粒的复合泡沫体系及其制备方法。复合泡沫体系由阴离子表面活性剂，改性二氧化硅纳米颗粒，反离子盐及水组成。利用该复合泡沫体系产生的泡沫，比普通表面活性剂稳定的泡沫半衰期长，但是又比加入稳泡剂产生泡沫的起泡体积大。但是该体系中所用纳米颗粒制备过程复杂，造价昂贵，无法在油气田开发领域大规模应用。中国专利(公开号：cn108165248a)公开了一种基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系。该强化泡沫体系主要采用waringblender方法对成分为(重量百分含量)阴离子表面活性剂0.3-1％、阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)0.2-1％、200mu鳞片石墨颗粒0.5-1％、余量为水的起泡液进行搅拌并持续通入空气、氮气或二氧化碳等气体制得。该泡沫体系需要专用的采用超声分散离心技术制备200mu鳞片石墨颗粒，其对原料筛选机泡沫体系制备的要求较为苛刻，实际现场应用受到的限制较多。此外，上述专利中由于为了保持泡沫的稳定性均在配方中引入了固体颗粒稳泡剂，其中的纳米或微米尺度的固体颗粒在消泡后往往会堵塞岩石孔道，造成油气产量下降。

因此，针对这些问题，提供了一种成本低廉、制备方法简单，且性能稳定的基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系及其制备方法，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、制备方法简单，且性能稳定的基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系及其制备方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系，所述修井液体系由液相和气相组成，所述气体与液相体积流量之比为5:1-30:1；

所述液相为复配起泡剂水溶液和稳泡剂混合而成，且复配起泡剂水溶液和稳泡剂按体积比1:1-3.5:1混合；所述复配起泡剂水溶液为起泡剂、防膨剂、复配液、水混合后所得，所述复配液为甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油混合得到；所述稳泡剂为魔芋粉凝胶稳泡剂，其中魔芋粉的质量含量为1％-5％、其余为水，且魔芋粉凝胶稳泡剂为粒径10nm-300nm的魔芋粉凝胶粉末；

所述起泡剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为0.3％-1％，所述防膨剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为2％-4.5％，所述复配液在复配起泡剂水溶液中的浓度为0.5％-5％；

所述气相为氮气和空气的混合气，其中气相中氮气体积分数为90％-99.9％，其余为空气。

进一步的，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为1.5％-5％，所述复配液中甘油、生物柴油的浓度分别为0.5％-5％、0％-2.5％。

进一步的，所述起泡剂为月桂酰二乙醇胺。

进一步的，所述防膨剂为氯化钾。

一种基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)取聚乙烯醇粉末，以水作为溶剂，将二者一并加入带有搅拌装置的容器中，控制搅拌速度30-50r/min，浸泡10min，然后缓慢升温至85-99℃，逐步加大搅拌速度至100r/min，待聚乙烯醇粉末全部溶解后，停止加热，冷却即得所需聚乙烯醇水溶液；

(2)按比例选取甘油、生物柴油，一并加入带有搅拌装置的步骤(1)制得的聚乙烯醇水溶液容器中，控制搅拌速度80-100r/min，使之充分混合，最终可得甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液；

(3)将魔芋粉和水混合形成魔芋粉溶液，然后将该溶液加热到90℃-100℃温度下充分溶胀，并保温10-15min使之充分溶解为糊状胶体，后冷却至室温获得凝胶，最后利用搅拌器将该凝胶打碎至粒径10nm-300nm的粉末；

(4)按比例将起泡剂、水、防膨剂、甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液分别通过相关进料装置进入第一泡沫发生器进行第一步混合发泡，获得具有泡沫的复配起泡剂水溶液；将该复配起泡剂水溶液与魔芋粉凝胶粉末稳泡剂混合，然后泵入到第二泡沫发生器中与氮气、空气的混合气体混合进行二次发泡，获得预混的无固相修井液体系。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用魔芋粉凝胶作为稳泡剂，起泡剂水溶液采用月桂酰二乙醇胺起泡剂、以及氯化钾、甘油+聚乙烯醇水溶液+生物柴油复配液混合后复配，无任何固相，环保且对地层伤害小；

2、本发明修井液经泡沫发生装置与氮气、空气的混合气体混合后能形成密度0.4-0.9g/cm³的低密度泡沫修井液，用液量低于常规冲砂液的50％，能够为低压漏失井冲砂、洗井、压井等作业提供技术支持。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例4中的无固相修井液体系制备及现场作业流程图。

图中，1—月桂酰二乙醇胺粉末进料装置；1-1—计量阀门1；

2—氯化钾、甘油+聚乙烯醇水溶液+生物柴油复配液进料装置；

2-1—计量泵1；3—水罐；3-1—计量泵2；4—第一泡沫发生器；

4-1—计量泵3；5—魔芋粉凝胶进料装置；5-1—计量阀门2；

6—混合罐；7—泵车；8—制氮车；9—第二泡沫发生器；

9-1—密度检测阀；9-2—计量阀门；10—井口；11—收液池；

12—收液罐车

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1来具体说明本发明。其中：图1为本发明实施例4中的无固相修井液体系制备及现场作业流程图。

实施例1

一种基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系，所述修井液体系由液相和气相组成，所述气体与液相体积流量之比为8:1-10:1；

所述液相为复配起泡剂水溶液和稳泡剂混合而成，以所述液相的总体积为基准，复配起泡剂水溶液和稳泡剂按体积比2.5:1混合；

所述稳泡剂为魔芋粉凝胶稳泡剂，其中魔芋粉的质量含量为3％、其余为水，且魔芋粉凝胶稳泡剂为粒径10nm-300nm的魔芋粉凝胶粉末；

所述复配起泡剂水溶液为起泡剂、防膨剂、复配液、水混合后所得，所述复配液为甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油混合得到；

所述起泡剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为0.8％，所述防膨剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为3.5％，所述复配液在复配起泡剂水溶液中的浓度为1％；

所述气相为氮气和空气的混合气，其中气相中氮气体积分数为95％，其余为空气。

所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为3％，所述复配液中甘油、生物柴油的浓度分别为2％、0.5％。

其中，所述起泡剂为月桂酰二乙醇胺；所述防膨剂为氯化钾。

本实施例中基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系的制备方法如下步骤所示：

(1)取聚乙烯醇粉末，以水作为溶剂，将二者一并加入带有搅拌装置的容器中，控制搅拌速度30-50r/min，浸泡10min，然后缓慢升温至85-99℃，逐步加大搅拌速度至100r/min，待聚乙烯醇粉末全部溶解后，停止加热，冷却即得所需聚乙烯醇水溶液；

(2)按比例选取甘油、生物柴油，一并加入带有搅拌装置的步骤(1)制得的聚乙烯醇水溶液容器中，控制搅拌速度80-100r/min，使之充分混合，因搅拌过程中会产生适量的不易消散的油基泡沫，最终可得具有适量泡沫的甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液；

(3)将魔芋粉和水混合形成魔芋粉溶液，然后将该溶液加热到95℃温度下充分溶胀，并保温10-15min使之充分溶解为糊状胶体，后冷却至室温获得凝胶，最后利用搅拌器将该凝胶打碎至粒径10nm-300nm的粉末；

(4)按比例将起泡剂、水、防膨剂、甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液分别通过相关进料装置进入第一泡沫发生器进行第一步混合发泡，获得具有泡沫的复配起泡剂水溶液；将该复配起泡剂水溶液与魔芋粉凝胶粉末稳泡剂混合，然后泵入到第二泡沫发生器中与氮气、空气的混合气体混合进行二次发泡，获得预混的无固相修井液体系。

实施例2

一种基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系，所述修井液体系由液相和气相组成，所述气体与液相体积流量之比为10:1-15:1；

所述液相为复配起泡剂水溶液和稳泡剂混合而成，以所述液相的总体积为基准，复配起泡剂水溶液和稳泡剂按体积比1.5:1混合；

所述稳泡剂为魔芋粉凝胶稳泡剂，其中魔芋粉的质量含量为5％、其余为水，且魔芋粉凝胶稳泡剂为粒径10nm-300nm的魔芋粉凝胶粉末；

所述复配起泡剂水溶液为起泡剂、防膨剂、复配液、水混合后所得，所述复配液为甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油混合得到；

所述起泡剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为1％，所述防膨剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为4％，所述复配液在复配起泡剂水溶液中的浓度为4.5％；

所述气相为氮气和空气的混合气，其中气相中氮气的体积分数为95％，其余为空气。

所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为5％，所述复配液中甘油、生物柴油的浓度分别为5％、1.5％。

其中，所述起泡剂为月桂酰二乙醇胺；所述防膨剂为氯化钾。

本实施例中基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系的制备方法如下步骤所示：

(1)取聚乙烯醇粉末，以水作为溶剂，将二者一并加入带有搅拌装置的容器中，控制搅拌速度30-50r/min，浸泡10min，然后缓慢升温至85-99℃，逐步加大搅拌速度至100r/min，待聚乙烯醇粉末全部溶解后，停止加热，冷却即得所需聚乙烯醇水溶液；

(2)按比例选取甘油、生物柴油，一并加入带有搅拌装置的步骤(1)制得的聚乙烯醇水溶液容器中，控制搅拌速度80-100r/min，使之充分混合，因搅拌过程中会产生适量的不易消散的油基泡沫，最终可得具有适量泡沫的甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液；

(3)将魔芋粉和水混合形成魔芋粉溶液，然后将该溶液加热到95℃温度下充分溶胀，并保温10-15min使之充分溶解为糊状胶体，后冷却至室温获得凝胶，最后利用搅拌器将该凝胶打碎至粒径10nm-300nm的粉末；

(4)按比例将起泡剂、水、防膨剂、甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液分别通过相关进料装置进入第一泡沫发生器进行第一步混合发泡，获得具有泡沫的复配起泡剂水溶液；将该复配起泡剂水溶液与魔芋粉凝胶粉末稳泡剂混合，然后泵入到第二泡沫发生器中与氮气、空气的混合气体混合进行二次发泡，获得预混的无固相修井液体系。

实施例3

一种基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系，所述修井液体系由液相和气相组成，所述气体与液相体积流量之比为6:1-8:1；

所述液相为复配起泡剂水溶液和稳泡剂混合而成，以所述液相的总体积为基准，复配起泡剂水溶液和稳泡剂按体积比3.5:1混合；

所述稳泡剂为魔芋粉凝胶稳泡剂，其中魔芋粉的质量含量为3％、其余为水，且魔芋粉凝胶稳泡剂为粒径10nm-300nm的魔芋粉凝胶粉末；

所述复配起泡剂水溶液为起泡剂、防膨剂、复配液、水混合后所得，所述复配液为甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油混合得到；

所述起泡剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为0.6％，所述防膨剂在复配起泡剂水溶液中的浓度为2％，所述复配液在复配起泡剂水溶液中的浓度为2.5％；

所述气相为氮气和空气的混合气，其中气相中氮气的体积分数为90％，其余为空气。

所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为2.5％，所述复配液中甘油、生物柴油的浓度分别为1.5％、0.3％。

其中，所述起泡剂为月桂酰二乙醇胺；所述防膨剂为氯化钾。

本实施例中基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系的制备方法如下步骤所示：

(1)取聚乙烯醇粉末，以水作为溶剂，将二者一并加入带有搅拌装置的容器中，控制搅拌速度30-50r/min，浸泡10min，然后缓慢升温至85-99℃，逐步加大搅拌速度至100r/min，待聚乙烯醇粉末全部溶解后，停止加热，冷却即得所需聚乙烯醇水溶液；

(2)按比例选取甘油、生物柴油，一并加入带有搅拌装置的步骤(1)制得的聚乙烯醇水溶液容器中，控制搅拌速度80-100r/min，使之充分混合，因搅拌过程中会产生适量的不易消散的油基泡沫，最终可得具有适量泡沫的甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液；

(3)将魔芋粉和水混合形成魔芋粉溶液，然后将该溶液加热到95℃温度下充分溶胀，并保温10-15min使之充分溶解为糊状胶体，后冷却至室温获得凝胶，最后利用搅拌器将该凝胶打碎至粒径10nm-300nm的粉末；

(4)按比例将起泡剂、水、防膨剂、甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油复配液分别通过相关进料装置进入第一泡沫发生器进行第一步混合发泡，获得具有泡沫的复配起泡剂水溶液；将该复配起泡剂水溶液与魔芋粉凝胶粉末稳泡剂混合，然后泵入到第二泡沫发生器中与氮气、空气的混合气体混合进行二次发泡，获得预混的无固相修井液体系。

实施例4

在具体的施工过程中，本发明的基于凝胶强化的无固相泡沫修井液体系的配置方法使用方法如下：

步骤1：根据现场施工需要计算所需无固相泡沫修井液体系密度及用量，进而估算施工所需制备所需的化学药剂及气相用量。其主要做法如下：

(1)根据作业井段的垂深及实际压力系数估算所需修井液密度；

(2)结合该无固相泡沫修井液体系的气体与液相体积流量之比与修井液密度之间的关系，获得配置所需密度修井液的最佳气体与液相配比；

(3)根据井容、漏失量及循环周(次)数以及罐车拉水距离远近、取水难易程度等因素，计算所需无固相泡沫修井液体系用量及配置该密度修井液体系所用的气体与液相用量，并按照理论值的20％分别作附加量配置；

(4)根据算得的液相用量，分别计算出相应的月桂酰二乙醇胺粉末、氯化钾、甘油、聚乙烯醇水溶液、生物柴油、魔芋粉凝胶稳泡剂和水用量；

(5)根据算得的结果制备相应浓度和用量的聚乙烯醇水溶液。

(6)以上述相应浓度的聚乙烯醇水溶液为基础，根据算得的甘油、生物柴油用量制备所需用量甘油+聚乙烯醇水溶液+生物柴油复配液。

(7)根据算得的用量制备所需用量的魔芋粉凝胶稳泡剂。

步骤2：现场配液及施工方法。具体方法如下：

(1)结合算得的月桂酰二乙醇胺粉末、氯化钾、甘油+聚乙烯醇水溶液+生物柴油复配液、魔芋粉凝胶稳泡剂和水、气相用量，并按计算值的20％分别作附加量配置；

(2)计算出施工中月桂酰二乙醇胺粉末、氯化钾、甘油+聚乙烯醇水溶液+生物柴油复配液、芋粉凝胶稳泡剂和水、气相自相应的添加泵送配比，以此为基准设定好图1所示配液流程中的相关计量阀门和计量泵的排量，为现场施工做好准备；

(3)施工前，先要进行该配液准备。具体方法为：按照附图1所示摆放好相关设备，连接好相关配液流程并试压合格；关闭第二泡沫发生器与井口之间的计量阀门，打开第二泡沫发生器与收液池之间的密度检测阀门；按照预配置密度的修井液体系用量，按比例在各进料装置中依次加入相关液、固原料，并在水罐中备足水；打开月桂酰二乙醇胺粉末进料装置、魔芋粉凝胶进料装置的计量阀门，根据泵送比设定好相应的计量泵和制氮车的排量；

(4)准备完毕后，先进行液量为0.5-1m³的小批量预混试验。具体做法如下：月桂酰二乙醇胺粉末、水和氯化钾、甘油+聚乙烯醇水溶液+生物柴油复配液分别通过相关进料装置或计量泵进入第一泡沫发生器进行第一步混合发泡，获得具有适量泡沫的复配液；该复配液经计量泵泵入混合罐中与从魔芋粉凝胶进料装置输入的魔芋粉凝胶粉末稳泡剂混合，后通过泵车泵入到第二泡沫发生器中与制氮车输入的氮气与空气的混合气体混合进行二次发泡，获得预混的无固相修井液体系；在进入收液池的出口处取样检测，如果密度达到使用要求，则进行后续的入井施工，若密度不满足使用要求，则根据预混试验结果调整相应的化学药剂及水、气相配比，进行二次预混试验，直至密度达到使用要求。

(5)施工作业。施工前，关闭第二泡沫发生器与收液池之间的密度检测阀门，打开第二泡沫发生器与井口之间的计量阀门，根据场施工所需的无固相泡沫修井液体系用量，结合以上步骤(4)的预混试验结果调整各进料装置中的液、固原料比例及用量并对计量泵和制氮车的排量进行优化；依次通过第一泡沫发生器内混合发泡、混合罐内魔芋粉凝胶粉末稳泡剂添加、第二泡沫发生器内二次发泡等步骤，将该修井液体系泵入井中，同时第二泡沫发生器与井口之间的计量阀门对入井修井液液量进行实时检测，直至入井液量达到设计要求。施工过程中，若需要对该无固相修井液体系密度进行监测，只需关闭第二泡沫发生器与井口之间的计量阀门，打开第二泡沫发生器与收液池之间的密度检测阀门，则可在进入收液池的出口处取样检测，进而实现对该无固相修井液体系密度的在线监测和适时调整。

(6)施工收尾。井内返出液进入收液池，经后续的消泡工艺处理后由收液罐车拉运走进行处理。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。