利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法
2023-12-10 17:56:22 3
專利名稱：利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法
技術領域：
本發明涉及泡沫鑽井領域，尤其是一種利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法。
背景技術：
泡沫鑽井技術始於20世紀50年代，國內在80年代開始研究和應用，並相繼在新 疆、勝利、遼河、大慶、長慶、四川等油田取得現場實踐。目前，非循環使用的泡沫鑽井技術存 在泡沫一次性使用量大、返出的泡沫易汙染環境等問題，不僅增加泡沫鑽井成本，而且不利 於環境保護。鑽井行業所指的泡沫循環即通過物理、機械或化學等方式將返出井口的泡沫消泡 後，調節其性能並再次用於鑽井的連續過程，從而實現泡沫的發泡一消泡一再發泡的反覆 循環。物理消泡法由於操作困難，目前還沒有在石油鑽井行業現場應用。機械消泡循環泡沫 法不僅需要附加設備，而且消泡率不高。化學消泡循環泡沫法一般是採用兩性表面活性劑 作發泡劑，利用兩性表面活性劑對酸鹼的敏感，通過調節基液PH值實現泡沫的循環利用。 該方法對發泡劑具有選擇性，僅限於兩性發泡劑；在循環過程中需反覆添加酸鹼調節基液 PH值；而且隨著循環次數的增多，泡沫性能逐漸下降。目前石油行業中使用的醇類一般是作為消泡劑一次性使用，或者是作為穩泡劑單 獨使用，二者一般不為同一種醇類物質，且作用機理和過程不同。醇類作消泡劑時，主要是 作用於泡沫表面，由於其在泡沫表面快速鋪展並與氣泡液膜接觸，降低泡沫局部表面張力， 可導致泡沫迅速破滅。醇類作穩泡劑時，主要是作用於泡沫基液，低碳醇溶於泡沫基液中， 能增強溶液表面粘度和提高泡沫液膜強度。若找到一種兼具有消泡和穩泡作用的低碳醇， 並與泡沫鑽井工藝相結合，可實現鑽井泡沫的循環利用。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述情況，找到一種兼具有消泡和穩泡作用的 醇類物質，並與泡沫鑽井工藝相結合，實現鑽井泡沫的循環利用。發明人發現，某些低碳醇兼具有強消泡性和弱抑泡性的特點，即同一低碳醇不僅 可作為消泡劑使用，還具有穩泡的能力，只需向泡沫基液中添加此類低碳醇，即可實現泡沫 的循環利用。向已發泡的泡沫體系中添加少量低碳醇，低碳醇快速在泡沫表面鋪展並與氣 泡液膜接觸，降低泡沫局部表面張力，導致泡沫迅速破滅；在溶解度範圍內，在泡沫表面起 消泡作用的低碳醇消泡後即迅速下沉並溶解於泡沫基液中，發揮其增強溶液表面粘度和提 高泡沫液膜強度的穩泡作用，而失去消泡作用，攪拌此泡沫基液可再次發泡，如此循環即可 實現泡沫的循環利用。為了達到上述發明目的，本發明實施如下的技術方案
一種利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法，將經井筒循環後從井口返出的泡 沫，加入低碳醇進行消泡，消泡後的泡沫液進行發泡，再次入井使用，如此進行泡沫的循環利用，加入的消泡 劑包括至少一種結構式為R_0H、R為含4個碳原子或5個碳原子的烴基的 低碳醇。作為優選方式，所述低碳醇為正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、新戊醇中的一種或 多種。作為優選方式，所述的消泡劑還包括磷酸三丁酯。作為優選方式，所述的低碳醇與磷酸三丁酯的體積比為1 :5 5 :1。作為優選方式，每次循環新加入的醇類消泡劑為泡沫基液體積的0. 6-0. 9%，若經 多次循環後泡沫基液中的低碳醇體積含量佔泡沫基液體積的5%以上，則將低碳醇去除。本發明所述的低碳醇對發泡劑不具有選擇性，且消泡速度快，適用於油田常用發 泡劑，如十二烷基苯磺酸鈉(ABS)、十二烷基硫酸鈉(K12)、十二醇聚氧乙烯醚(AE0)、脂肪 醇醚硫酸鹽(AES)。其它添加劑可根據實際鑽井需要添加，如穩泡劑、井壁穩定劑、防腐劑等。本發明所述的低碳醇、用於發泡的發泡劑以及根據需要添加的添加劑，都是化工 廠生產的市售有機化合物。本發明的有益效果①採用該方法進行泡沫循環，只需添加醇類消泡劑，不需要在 循環過程中添加酸鹼調節基液PH值，醇類消泡劑可再次利用；②醇類消泡劑對發泡劑不具 有選擇性，且消泡速度快；③若經多次循環後泡沫基液中的的低碳醇體積含量佔泡沫基液 體積的5%以上，則將低碳醇去除，實現泡沫基液的多次循環利用；④可降低泡沫鑽井成本， 實現環境友好。
圖1為室內實驗所用的泡沫循環裝置圖。其中，1.基液罐；2.截止閥；3.離心泵；4.孔板流量計；5.空壓機；6.放空閥； 7.貯氣罐；8.截止閥；9.轉子流量計；10.截止閥；11.孔隙式泡沫發生器；12.壓力表； 13.截止閥；14.泡沫觀察管；15.截止閥；16.泡沫取樣器；17.壓力表；18.截止閥；19.噴 淋管；20.攪拌器；21.消泡室；22.壓力表；23.截止閥；24.計量泵；25.消泡劑儲罐; 26.截止閥；27.離心泵；28.截止閥；29.緩衝罐；30.取樣口 ；31.截止閥；32.離心泵； 33.截止閥。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。下述實施例中，各配方成份代號如下
K12為十二烷基硫酸鈉，ABS為十二烷基苯磺酸鈉，XC為生物聚合物，HV-CMC為高粘羧
甲基纖維素。室內實驗所用的泡沫循環裝置見附圖1。其實驗過程如下所述
在泡沫基液罐1中預先配製一定濃度的泡沫基液，泡沫基液由截止閥2、離心泵3、孔板 流量計4進入孔隙式泡沫發生器11，空氣經由空壓機5、貯氣罐7、截止閥8、轉子流量計9、 截止閥10進入孔隙式泡沫發生器11，貯氣罐7上的放空閥6用於調節貯氣罐的壓力平衡與穩定。通過調節基液性能、氣液比等參數，可改變孔隙式泡沫發生器內生成的泡沫性能。從 孔隙式泡沫發生器11出口端的壓力表12和截止閥13流出的泡沫進入泡沫觀察管14。從 泡沫觀察管14底端的截止閥15流出的泡沫經泡沫取樣器16、壓力表17和截止閥18進入 消泡室21。在消泡劑儲罐25中預先配製一定濃度的消泡劑，包括低碳醇或者低碳醇與磷酸 三丁酯的混合物；消泡劑儲罐25中的消泡劑，由計量泵24、截止閥23和壓力表22進入噴 淋管19，通過噴淋管19將消泡劑均勻噴灑到泡沫上，實現快速消泡的目的，在消泡的同時 開啟攪拌器20。破泡後的液體從消泡室21底部，經截止閥26、離心泵27、截止閥28進入緩 衝罐29，為便於監測消泡後泡沫性能，在緩衝罐29底部安裝有取樣口 30。緩衝罐29中的 泡沫基液經由截止閥31、離心泵32、截止閥33回流到泡沫基液罐1，實現泡沫的循環利用。以下實施例詳細說明了本發明的應用。實施例1
在泡沫基液罐1中預先配製82L泡沫基液，按質量百分濃度計算，泡沫基液配方為 0. 8%K12、0. 2%XC、0. 1%HV-CMC，其餘為自來水。調節氣體流量為1. 6m7min，液體流量為20L/ min，此時氣液比為80，消泡劑儲罐25中添加有4. 5L異戊醇，以0. 12L/min的流量將異戊醇 均勻噴灑到泡沫上，同時以300r/min轉速開啟攪拌器。消泡後的泡沫液進入緩衝罐29、基 液罐1，實現泡沫的循環利用。每次循環新加入的異戊醇為泡沫基液體積的0. 6%，為便於觀察和監測每次消泡 後泡沫性能，每間隔4min將緩衝罐中消泡後的泡沫基液通過離心泵打到泡沫基液罐，同時 從緩衝罐底部取樣，用Waring攪拌器測試泡沫質量和半衰期，監測結果見表1所示。由表 1可見，此泡沫基液經9次循環後，發泡體積和半衰期才有了較多的下降，此時進入基液罐 中的異戊醇體積為4. 32L，泡沫基液總體積為86. 32L，這時異戊醇體積含量佔泡沫基液總 體積的5%，需將異戊醇去除，去除的異戊醇進入消泡劑添加罐回收利用，在基液罐中補充 65. 6gK12發泡劑(K12加量為原基液加量的10%)後，此泡沫基液可重新發泡，泡沫性能達到 初始發泡性能，進行新的泡沫循環，從而實現泡沫的多次循環利用。表1泡沬循環實驗結果
注第十次測試前，將異戊醇去除，重新補充65. 6g發泡劑K12。
實施例2
在泡沫基液罐中預先配製100L泡沫基液，按質量百分濃度計算，泡沫基液配方為 0. 6%ABS、0. 2%XC、0. 2%HV_CMC，其餘為自來水。調節氣體流量為1. 5m3/min，液體流量為21. lL/min，此時氣液比為71. 1。消泡劑儲罐中添加有6. 5L正丁醇，以0. 19L/min的流量 將正丁醇均勻噴灑到泡沫上，同時以250r/min轉速開啟攪拌器。消泡後的泡沫液進入緩衝 罐、基液儲罐，實現泡沫的循環利用。
每次循環新加入的正丁醇為泡沫基液體積的0. 9%，為便於觀察和監測每次消泡後 泡沫性能，每間隔4. 5min將緩衝罐中消泡後的泡沫基液通過離心泵打到泡沫基液罐，同時 從緩衝罐底部取樣，用Waring攪拌器測試泡沫質量和半衰期，監測結果見表2所示。由表2 可見，此泡沫基液經7次循環後，發泡體積和半衰期才有了較多的下降，這說明本發明所用 的正丁醇可用於泡沫循環，前7次都不用補充新的發泡劑。泡沫基液經7次循環後，進入基液罐中的正丁醇體積為5. 98L，泡沫基液總體積為 105. 98L，這時正丁醇體積含量佔泡沫基液總體積的5. 6%，需將正丁醇去除，去除的正丁醇 進入消泡劑添加罐回收利用，在基液罐中補充60gABS發泡劑後，此泡沫基液可重新發泡， 進行新的泡沫循環，從而實現泡沫的多次循環利用。表2泡沬循環實驗結果__
注第8次測試前，將正丁醇去除，重新補充60g發泡劑ABS。實施例3
在泡沫基液罐中預先配製95L泡沫基液，按質量百分濃度計算，泡沫基液配方為 0. 6%ABS、0. 2%XC、0. 2%HV_CMC，其餘為自來水。調節氣體流量為1. 5m3/min，液體流量為 19. 7L/min，此時氣液比為76. 1。消泡劑儲罐中添加有6. 5L正戊醇與磷酸三丁酯的混合物， 兩者的體積比為1 :5，以0. 16L/min的流量將正戊醇與磷酸三丁酯的混合物均勻噴灑到泡 沫上，同時以250r/min轉速開啟攪拌器。消泡後的泡沫液依次進入緩衝罐、基液儲罐，從而 實現泡沫的循環利用。每次循環新加入的正戊醇與磷酸三丁酯的混合物為泡沫基液體積的0. 81%，為便 於觀察和監測每次消泡後泡沫性能，每間隔4. 5min將緩衝罐中消泡後的泡沫基液通過離 心泵打到泡沫基液罐，同時從緩衝罐底部取樣，用Waring攪拌器測試泡沫質量和半衰期， 監測結果見表3所示。由表3可見，此泡沫基液經8次循環後，發泡體積和半衰期才有了較 多的下降，這說明本發明所用的正戊醇與磷酸三丁酯的混合物可用於泡沫循環，前8次都 不用補充新的發泡劑。泡沫基液經8次循環後，進入基液罐中的正戊醇與磷酸三丁酯的混合物體積為 5. 76L，泡沫基液總體積為100. 76L，這時正戊醇與磷酸三丁酯的混合物體積含量佔泡沫基 液總體積的5. 7%，需將正戊醇與磷酸三丁酯的混合物去除，去除的正戊醇與磷酸三丁酯的 混合物進入消泡劑添加罐回收利用，在基液罐中補充57g的ABS發泡劑後，此泡沫基液可重
注第9次測試前，將正戊醇與磷酸三丁酯的混合物去除，重新補充57g發泡劑ABS。 實施例4
在泡沫基液罐中預先配製90L泡沫基液，按質量百分濃度計算，泡沫基液配方為 0. 6%ABS、0. 2%XC、0. 2%HV_CMC、其餘為自來水。調節氣體流量為1. 5m3/min,液體流量為 19. 5L/min，此時氣液比為76. 9。消泡劑儲罐中添加有70L異丁醇與磷酸三丁酯的混合物， 兩者的體積比為5 :1，以0. 17L/min的流量將異丁醇與磷酸三丁酯的混合物均勻噴灑到泡 沫上，同時以250r/min轉速開啟攪拌器。消泡後的泡沫液依次進入緩衝罐、基液儲罐，從而 實現泡沫的循環利用。每次循環新加入的異丁醇與磷酸三丁酯的混合物為泡沫基液體積的0. 87%，為便 於觀察和監測每次消泡後泡沫性能，每間隔4. 5min將緩衝罐中消泡後的泡沫基液通過離 心泵打到泡沫基液罐，同時從緩衝罐底部取樣，用Waring攪拌器測試泡沫質量和半衰期， 監測結果見表4所示。由表4可見，此泡沫基液經9次循環後，發泡體積和半衰期才有了較 多的下降，這說明本發明所用的異丁醇與磷酸三丁酯的混合物可用於泡沫循環，前9次都 不用補充新的發泡劑。泡沫基液經9次循環後，進入基液罐中的異丁醇與磷酸三丁酯的混合物體積為 6. 9L，泡沫基液總體積為96. 9L，這時異丁醇與磷酸三丁酯的混合物體積含量佔泡沫基液總 體積的7. 1%，需將異丁醇與磷酸三丁酯的混合物去除，去除的低碳醇進入消泡劑添加罐回 收利用，在基液罐中補充54gABS發泡劑後，此泡沫基液可重新發泡，從而實現泡沫的多次 循環利用。表4泡沬循環實驗結果
注第IO次測試前，將異丁醇與磷酸三丁酯的混合物去除，重新補充54g發泡劑ABS。實施例5
在泡沫基液罐中預先配製90L泡沫基液，按質量百分濃度計算，泡沫基液配方為 0. 8%K12、0. 2%XC、0. 2%HV-CMC，其餘為自來水。調節氣體流量為1. 6m3/min,液體流量為 21. 3L/min，此時氣液比為75. 1，消泡劑儲罐中添加有5. 5L新戊醇，以0. 16L/min的流量將 新戊醇均勻噴灑到泡沫上，同時以300r/min轉速開啟攪拌器。消泡後的泡沫液進入緩衝 罐、基液罐，實現泡沫的循環利用。每次循環新加入的新戊醇為泡沫基液體積的0. 75%，為便於觀察和監測每次消泡 後泡沫性能，每間隔4min將緩衝罐中消泡後的泡沫基液通過離心泵打到泡沫基液罐，同時 從緩衝罐底部取樣，用Waring攪拌器測試泡沫質量和半衰期，監測結果見表5所示。由表 5可見，此泡沫基液經8次循環後，發泡體積和半衰期才有了較多的下降，此時進入基液罐 中的新戊醇體積為5. 12L，泡沫基液總體積為95. 12L，這時新戊醇體積含量佔泡沫基液總 體積的5. 4%，需將新戊醇去除，去除的新戊醇進入消泡劑添加罐回收利用，在基液罐中補充 72gK12發泡劑後，此泡沫基液可重新發泡，泡沫性能達到初始發泡性能，進行新的泡沫循 環，從而實現泡沫的多次循環利用。表5泡沬循環實驗結果__
注第九次測試前，將新戊醇去除，重新補充72g發泡劑K12。
權利要求
一種利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法，將經井筒循環後從井口返出的泡沫，加入低碳醇進行消泡，消泡後的泡沫液進行發泡，再次入井使用，如此進行泡沫的循環利用，其特徵在於加入的消泡劑包括至少一種結構式為R-OH、 R為含4個碳原子或5個碳原子的烴基的低碳醇。
2.如權利要求1所述的利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法，其特徵在於 所述低碳醇為正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、新戊醇中的一種或多種。
3.如權利要求1或2所述的利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法，其特徵在 於所述的消泡劑還包括磷酸三丁酯。
4.如權利要求3所述的利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法，其特徵在於 所述的低碳醇與磷酸三丁酯的體積比為1 :5 5 :1。
5.如權利要求1、2、4任意一項所述的利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法， 其特徵在於每次循環新加入的醇類消泡劑為泡沫基液體積的0. 6-0. 9%，若經多次循環後 泡沫基液中的低碳醇體積含量佔泡沫基液體積的5%以上，則將低碳醇去除。
6.如權利要求3所述的利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法，其特徵在於 每次循環新加入的醇類消泡劑為泡沫基液體積的0. 6-0. 9%，若經多次循環後泡沫基液中的 低碳醇體積含量佔泡沫基液體積的5%以上，則將低碳醇去除。
全文摘要
本發明公開了一種利用低碳醇實現泡沫鑽井的泡沫循環利用方法，將經井筒循環後從井口返出的泡沫，加入低碳醇進行消泡，消泡後的泡沫液進行發泡，再次入井使用，如此進行泡沫的循環利用，加入的消泡劑包括至少一種結構式為R-OH、R為含4個碳原子或5個碳原子的烴基的低碳醇；所述低碳醇兼具消泡和穩泡作用，採用該方法進行泡沫循環，只需添加低碳醇進行消泡，消泡後的基液可再次發泡入井使用；若經多次循環後泡沫基液中的低碳醇體積含量佔泡沫基液體積的5%以上時，則將低碳醇去除，然後添加發泡劑進行發泡，實現泡沫基液的多次循環利用，去除的低碳醇可再次使用，低碳醇對發泡劑不具有選擇性，且消泡速度快，可降低泡沫鑽井成本，實現環境友好。
文檔編號E21B21/14GK101871330SQ20101023052
公開日2010年10月27日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者萬裡平, 唐洪明, 孟英峰, 李永傑, 李皋, 趙峰 申請人:西南石油大學