专利名称：利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法
技术领域：
本发明涉及泡沫钻井领域，尤其是一种利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法。
背景技术：
泡沫钻井技术始于20世纪50年代，国内在80年代开始研究和应用，并相继在新 疆、胜利、辽河、大庆、长庆、四川等油田取得现场实践。目前，非循环使用的泡沫钻井技术存 在泡沫一次性使用量大、返出的泡沫易污染环境等问题，不仅增加泡沫钻井成本，而且不利 于环境保护。钻井行业所指的泡沫循环即通过物理、机械或化学等方式将返出井口的泡沫消泡 后，调节其性能并再次用于钻井的连续过程，从而实现泡沫的发泡一消泡一再发泡的反复 循环。物理消泡法由于操作困难，目前还没有在石油钻井行业现场应用。机械消泡循环泡沫 法不仅需要附加设备，而且消泡率不高。化学消泡循环泡沫法一般是采用两性表面活性剂 作发泡剂，利用两性表面活性剂对酸碱的敏感，通过调节基液PH值实现泡沫的循环利用。 该方法对发泡剂具有选择性，仅限于两性发泡剂；在循环过程中需反复添加酸碱调节基液 PH值；而且随着循环次数的增多，泡沫性能逐渐下降。目前石油行业中使用的醇类一般是作为消泡剂一次性使用，或者是作为稳泡剂单 独使用，二者一般不为同一种醇类物质，且作用机理和过程不同。醇类作消泡剂时，主要是 作用于泡沫表面，由于其在泡沫表面快速铺展并与气泡液膜接触，降低泡沫局部表面张力， 可导致泡沫迅速破灭。醇类作稳泡剂时，主要是作用于泡沫基液，低碳醇溶于泡沫基液中， 能增强溶液表面粘度和提高泡沫液膜强度。若找到一种兼具有消泡和稳泡作用的低碳醇， 并与泡沫钻井工艺相结合，可实现钻井泡沫的循环利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述情况，找到一种兼具有消泡和稳泡作用的 醇类物质，并与泡沫钻井工艺相结合，实现钻井泡沫的循环利用。发明人发现，某些低碳醇兼具有强消泡性和弱抑泡性的特点，即同一低碳醇不仅 可作为消泡剂使用，还具有稳泡的能力，只需向泡沫基液中添加此类低碳醇，即可实现泡沫 的循环利用。向已发泡的泡沫体系中添加少量低碳醇，低碳醇快速在泡沫表面铺展并与气 泡液膜接触，降低泡沫局部表面张力，导致泡沫迅速破灭；在溶解度范围内，在泡沫表面起 消泡作用的低碳醇消泡后即迅速下沉并溶解于泡沫基液中，发挥其增强溶液表面粘度和提 高泡沫液膜强度的稳泡作用，而失去消泡作用，搅拌此泡沫基液可再次发泡，如此循环即可 实现泡沫的循环利用。为了达到上述发明目的，本发明实施如下的技术方案
一种利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法，将经井筒循环后从井口返出的泡 沫，加入低碳醇进行消泡，消泡后的泡沫液进行发泡，再次入井使用，如此进行泡沫的循环利用，加入的消泡 剂包括至少一种结构式为R_0H、R为含4个碳原子或5个碳原子的烃基的 低碳醇。作为优选方式，所述低碳醇为正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、新戊醇中的一种或 多种。作为优选方式，所述的消泡剂还包括磷酸三丁酯。作为优选方式，所述的低碳醇与磷酸三丁酯的体积比为1 :5 5 :1。作为优选方式，每次循环新加入的醇类消泡剂为泡沫基液体积的0. 6-0. 9%，若经 多次循环后泡沫基液中的低碳醇体积含量占泡沫基液体积的5%以上，则将低碳醇去除。本发明所述的低碳醇对发泡剂不具有选择性，且消泡速度快，适用于油田常用发 泡剂，如十二烷基苯磺酸钠(ABS)、十二烷基硫酸钠(K12)、十二醇聚氧乙烯醚(AE0)、脂肪 醇醚硫酸盐(AES)。其它添加剂可根据实际钻井需要添加，如稳泡剂、井壁稳定剂、防腐剂等。本发明所述的低碳醇、用于发泡的发泡剂以及根据需要添加的添加剂，都是化工 厂生产的市售有机化合物。本发明的有益效果①采用该方法进行泡沫循环，只需添加醇类消泡剂，不需要在 循环过程中添加酸碱调节基液PH值，醇类消泡剂可再次利用；②醇类消泡剂对发泡剂不具 有选择性，且消泡速度快；③若经多次循环后泡沫基液中的的低碳醇体积含量占泡沫基液 体积的5%以上，则将低碳醇去除，实现泡沫基液的多次循环利用；④可降低泡沫钻井成本， 实现环境友好。
图1为室内实验所用的泡沫循环装置图。其中，1.基液罐；2.截止阀；3.离心泵；4.孔板流量计；5.空压机；6.放空阀； 7.贮气罐；8.截止阀；9.转子流量计；10.截止阀；11.孔隙式泡沫发生器；12.压力表； 13.截止阀；14.泡沫观察管；15.截止阀；16.泡沫取样器；17.压力表；18.截止阀；19.喷 淋管；20.搅拌器；21.消泡室；22.压力表；23.截止阀；24.计量泵；25.消泡剂储罐; 26.截止阀；27.离心泵；28.截止阀；29.缓冲罐；30.取样口 ；31.截止阀；32.离心泵； 33.截止阀。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下述实施例中，各配方成份代号如下
K12为十二烷基硫酸钠，ABS为十二烷基苯磺酸钠，XC为生物聚合物，HV-CMC为高粘羧
甲基纤维素。室内实验所用的泡沫循环装置见附图1。其实验过程如下所述
在泡沫基液罐1中预先配制一定浓度的泡沫基液，泡沫基液由截止阀2、离心泵3、孔板 流量计4进入孔隙式泡沫发生器11，空气经由空压机5、贮气罐7、截止阀8、转子流量计9、 截止阀10进入孔隙式泡沫发生器11，贮气罐7上的放空阀6用于调节贮气罐的压力平衡与稳定。通过调节基液性能、气液比等参数，可改变孔隙式泡沫发生器内生成的泡沫性能。从 孔隙式泡沫发生器11出口端的压力表12和截止阀13流出的泡沫进入泡沫观察管14。从 泡沫观察管14底端的截止阀15流出的泡沫经泡沫取样器16、压力表17和截止阀18进入 消泡室21。在消泡剂储罐25中预先配制一定浓度的消泡剂，包括低碳醇或者低碳醇与磷酸 三丁酯的混合物；消泡剂储罐25中的消泡剂，由计量泵24、截止阀23和压力表22进入喷 淋管19，通过喷淋管19将消泡剂均勻喷洒到泡沫上，实现快速消泡的目的，在消泡的同时 开启搅拌器20。破泡后的液体从消泡室21底部，经截止阀26、离心泵27、截止阀28进入缓 冲罐29，为便于监测消泡后泡沫性能，在缓冲罐29底部安装有取样口 30。缓冲罐29中的 泡沫基液经由截止阀31、离心泵32、截止阀33回流到泡沫基液罐1，实现泡沫的循环利用。以下实施例详细说明了本发明的应用。实施例1
在泡沫基液罐1中预先配制82L泡沫基液，按质量百分浓度计算，泡沫基液配方为 0. 8%K12、0. 2%XC、0. 1%HV-CMC，其余为自来水。调节气体流量为1. 6m7min，液体流量为20L/ min，此时气液比为80，消泡剂储罐25中添加有4. 5L异戊醇，以0. 12L/min的流量将异戊醇 均勻喷洒到泡沫上，同时以300r/min转速开启搅拌器。消泡后的泡沫液进入缓冲罐29、基 液罐1，实现泡沫的循环利用。每次循环新加入的异戊醇为泡沫基液体积的0. 6%，为便于观察和监测每次消泡 后泡沫性能，每间隔4min将缓冲罐中消泡后的泡沫基液通过离心泵打到泡沫基液罐，同时 从缓冲罐底部取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期，监测结果见表1所示。由表 1可见，此泡沫基液经9次循环后，发泡体积和半衰期才有了较多的下降，此时进入基液罐 中的异戊醇体积为4. 32L，泡沫基液总体积为86. 32L，这时异戊醇体积含量占泡沫基液总 体积的5%，需将异戊醇去除，去除的异戊醇进入消泡剂添加罐回收利用，在基液罐中补充 65. 6gK12发泡剂(K12加量为原基液加量的10%)后，此泡沫基液可重新发泡，泡沫性能达到 初始发泡性能，进行新的泡沫循环，从而实现泡沫的多次循环利用。表1泡沬循环实验结果
注第十次测试前，将异戊醇去除，重新补充65. 6g发泡剂K12。
实施例2
在泡沫基液罐中预先配制100L泡沫基液，按质量百分浓度计算，泡沫基液配方为 0. 6%ABS、0. 2%XC、0. 2%HV_CMC，其余为自来水。调节气体流量为1. 5m3/min，液体流量为21. lL/min，此时气液比为71. 1。消泡剂储罐中添加有6. 5L正丁醇，以0. 19L/min的流量 将正丁醇均勻喷洒到泡沫上，同时以250r/min转速开启搅拌器。消泡后的泡沫液进入缓冲 罐、基液储罐，实现泡沫的循环利用。
每次循环新加入的正丁醇为泡沫基液体积的0. 9%，为便于观察和监测每次消泡后 泡沫性能，每间隔4. 5min将缓冲罐中消泡后的泡沫基液通过离心泵打到泡沫基液罐，同时 从缓冲罐底部取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期，监测结果见表2所示。由表2 可见，此泡沫基液经7次循环后，发泡体积和半衰期才有了较多的下降，这说明本发明所用 的正丁醇可用于泡沫循环，前7次都不用补充新的发泡剂。泡沫基液经7次循环后，进入基液罐中的正丁醇体积为5. 98L，泡沫基液总体积为 105. 98L，这时正丁醇体积含量占泡沫基液总体积的5. 6%，需将正丁醇去除，去除的正丁醇 进入消泡剂添加罐回收利用，在基液罐中补充60gABS发泡剂后，此泡沫基液可重新发泡， 进行新的泡沫循环，从而实现泡沫的多次循环利用。表2泡沬循环实验结果__
注第8次测试前，将正丁醇去除，重新补充60g发泡剂ABS。实施例3
在泡沫基液罐中预先配制95L泡沫基液，按质量百分浓度计算，泡沫基液配方为 0. 6%ABS、0. 2%XC、0. 2%HV_CMC，其余为自来水。调节气体流量为1. 5m3/min，液体流量为 19. 7L/min，此时气液比为76. 1。消泡剂储罐中添加有6. 5L正戊醇与磷酸三丁酯的混合物， 两者的体积比为1 :5，以0. 16L/min的流量将正戊醇与磷酸三丁酯的混合物均勻喷洒到泡 沫上，同时以250r/min转速开启搅拌器。消泡后的泡沫液依次进入缓冲罐、基液储罐，从而 实现泡沫的循环利用。每次循环新加入的正戊醇与磷酸三丁酯的混合物为泡沫基液体积的0. 81%，为便 于观察和监测每次消泡后泡沫性能，每间隔4. 5min将缓冲罐中消泡后的泡沫基液通过离 心泵打到泡沫基液罐，同时从缓冲罐底部取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期， 监测结果见表3所示。由表3可见，此泡沫基液经8次循环后，发泡体积和半衰期才有了较 多的下降，这说明本发明所用的正戊醇与磷酸三丁酯的混合物可用于泡沫循环，前8次都 不用补充新的发泡剂。泡沫基液经8次循环后，进入基液罐中的正戊醇与磷酸三丁酯的混合物体积为 5. 76L，泡沫基液总体积为100. 76L，这时正戊醇与磷酸三丁酯的混合物体积含量占泡沫基 液总体积的5. 7%，需将正戊醇与磷酸三丁酯的混合物去除，去除的正戊醇与磷酸三丁酯的 混合物进入消泡剂添加罐回收利用，在基液罐中补充57g的ABS发泡剂后，此泡沫基液可重
注第9次测试前，将正戊醇与磷酸三丁酯的混合物去除，重新补充57g发泡剂ABS。 实施例4
在泡沫基液罐中预先配制90L泡沫基液，按质量百分浓度计算，泡沫基液配方为 0. 6%ABS、0. 2%XC、0. 2%HV_CMC、其余为自来水。调节气体流量为1. 5m3/min,液体流量为 19. 5L/min，此时气液比为76. 9。消泡剂储罐中添加有70L异丁醇与磷酸三丁酯的混合物， 两者的体积比为5 :1，以0. 17L/min的流量将异丁醇与磷酸三丁酯的混合物均勻喷洒到泡 沫上，同时以250r/min转速开启搅拌器。消泡后的泡沫液依次进入缓冲罐、基液储罐，从而 实现泡沫的循环利用。每次循环新加入的异丁醇与磷酸三丁酯的混合物为泡沫基液体积的0. 87%，为便 于观察和监测每次消泡后泡沫性能，每间隔4. 5min将缓冲罐中消泡后的泡沫基液通过离 心泵打到泡沫基液罐，同时从缓冲罐底部取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期， 监测结果见表4所示。由表4可见，此泡沫基液经9次循环后，发泡体积和半衰期才有了较 多的下降，这说明本发明所用的异丁醇与磷酸三丁酯的混合物可用于泡沫循环，前9次都 不用补充新的发泡剂。泡沫基液经9次循环后，进入基液罐中的异丁醇与磷酸三丁酯的混合物体积为 6. 9L，泡沫基液总体积为96. 9L，这时异丁醇与磷酸三丁酯的混合物体积含量占泡沫基液总 体积的7. 1%，需将异丁醇与磷酸三丁酯的混合物去除，去除的低碳醇进入消泡剂添加罐回 收利用，在基液罐中补充54gABS发泡剂后，此泡沫基液可重新发泡，从而实现泡沫的多次 循环利用。表4泡沬循环实验结果
注第IO次测试前，将异丁醇与磷酸三丁酯的混合物去除，重新补充54g发泡剂ABS。实施例5
在泡沫基液罐中预先配制90L泡沫基液，按质量百分浓度计算，泡沫基液配方为 0. 8%K12、0. 2%XC、0. 2%HV-CMC，其余为自来水。调节气体流量为1. 6m3/min,液体流量为 21. 3L/min，此时气液比为75. 1，消泡剂储罐中添加有5. 5L新戊醇，以0. 16L/min的流量将 新戊醇均勻喷洒到泡沫上，同时以300r/min转速开启搅拌器。消泡后的泡沫液进入缓冲 罐、基液罐，实现泡沫的循环利用。每次循环新加入的新戊醇为泡沫基液体积的0. 75%，为便于观察和监测每次消泡 后泡沫性能，每间隔4min将缓冲罐中消泡后的泡沫基液通过离心泵打到泡沫基液罐，同时 从缓冲罐底部取样，用Waring搅拌器测试泡沫质量和半衰期，监测结果见表5所示。由表 5可见，此泡沫基液经8次循环后，发泡体积和半衰期才有了较多的下降，此时进入基液罐 中的新戊醇体积为5. 12L，泡沫基液总体积为95. 12L，这时新戊醇体积含量占泡沫基液总 体积的5. 4%，需将新戊醇去除，去除的新戊醇进入消泡剂添加罐回收利用，在基液罐中补充 72gK12发泡剂后，此泡沫基液可重新发泡，泡沫性能达到初始发泡性能，进行新的泡沫循 环，从而实现泡沫的多次循环利用。表5泡沬循环实验结果__
注第九次测试前，将新戊醇去除，重新补充72g发泡剂K12。
权利要求
一种利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法，将经井筒循环后从井口返出的泡沫，加入低碳醇进行消泡，消泡后的泡沫液进行发泡，再次入井使用，如此进行泡沫的循环利用，其特征在于加入的消泡剂包括至少一种结构式为R-OH、 R为含4个碳原子或5个碳原子的烃基的低碳醇。
2.如权利要求1所述的利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法，其特征在于 所述低碳醇为正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、新戊醇中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法，其特征在 于所述的消泡剂还包括磷酸三丁酯。
4.如权利要求3所述的利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法，其特征在于 所述的低碳醇与磷酸三丁酯的体积比为1 :5 5 :1。
5.如权利要求1、2、4任意一项所述的利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法， 其特征在于每次循环新加入的醇类消泡剂为泡沫基液体积的0. 6-0. 9%，若经多次循环后 泡沫基液中的低碳醇体积含量占泡沫基液体积的5%以上，则将低碳醇去除。
6.如权利要求3所述的利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法，其特征在于 每次循环新加入的醇类消泡剂为泡沫基液体积的0. 6-0. 9%，若经多次循环后泡沫基液中的 低碳醇体积含量占泡沫基液体积的5%以上，则将低碳醇去除。
全文摘要
本发明公开了一种利用低碳醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法，将经井筒循环后从井口返出的泡沫，加入低碳醇进行消泡，消泡后的泡沫液进行发泡，再次入井使用，如此进行泡沫的循环利用，加入的消泡剂包括至少一种结构式为R-OH、R为含4个碳原子或5个碳原子的烃基的低碳醇；所述低碳醇兼具消泡和稳泡作用，采用该方法进行泡沫循环，只需添加低碳醇进行消泡，消泡后的基液可再次发泡入井使用；若经多次循环后泡沫基液中的低碳醇体积含量占泡沫基液体积的5%以上时，则将低碳醇去除，然后添加发泡剂进行发泡，实现泡沫基液的多次循环利用，去除的低碳醇可再次使用，低碳醇对发泡剂不具有选择性，且消泡速度快，可降低泡沫钻井成本，实现环境友好。
文档编号E21B21/14GK101871330SQ20101023052
公开日2010年10月27日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者万里平, 唐洪明, 孟英峰, 李永杰, 李皋, 赵峰 申请人:西南石油大学