CN105238380A - 一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系及其制备方法，该强化泡沫体系，包括气相和液相；所述的气相是氮气、二氧化碳或空气；所述的液相中原料组分的质量百分比如下：0.2～0.8wt％的起泡剂，0.5～2.0wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；所述的新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。本发明还提供上述泡沫体系的制备方法。本发明强化泡沫体系的应用不仅有利于油、气资源的高效开发，而且可以变废为宝利用新型无机微细颗粒，降低新型无机微细颗粒对空气环境带来的污染；原材料成本低，配置工艺简单，操作成本低，但其对于油、气增产效果好，具有较高的经济效益。

Description

一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系及其制备方法，属于油气田开发工程技术领域。
背景技术
泡沫流体在国内外油气田开发领域得到了广泛应用，被评价为高效能、环保、低成本、低伤害的智能流体。泡沫流体的应用贯穿油气田开发的整个过程，从钻井工程上用到的钻井液、完井液、压裂液，再到采油工程中用到的驱油剂、调剖剂、堵水剂、酸化剂等，乃至修井作业中用的冲砂液、洗井液等，泡沫流体均可以采纳使用，并且针对很多低渗、低压、低饱和度地层具有不可替代的优良效果。大量的油气田生产应用证明，泡沫流体的应用不仅可以提高油气产量，而且可保护油气储层并降低生产成本。
泡沫流体应用于油气田开发已经有50多年的历史，然而在泡沫应用工艺完善过程中仍面临一些问题。其中泡沫的稳定性问题是制约泡沫发展的重大瓶颈。泡沫是热力学不稳定体系，最终会破灭消失。泡沫在地层中的不稳定性主要体现为三种形式，一是泡沫中气泡的聚并；二是泡沫中液体的析出；三是泡沫的破裂。
近些年来在油气田开发领域，增强泡沫的稳定性的方式主要分为两种。第一种是通过增加基液的粘度，降低泡沫的析液速度，延长气液分离时间的稳泡方式，主要的实现手段是向泡沫中添加植物胶、人工合成聚合物、蛋白等以及交联冻胶体。然而这种方式的缺点在于植物胶、聚合物中必然含有不溶性残渣及未破胶成分，这会堵塞地层中的孔喉结构造成地层的伤害，影响油、气井的产能。如中国专利文件CN101805600A(申请号：201010150239.9)公开了一种适合煤层气储层的冻胶压裂液，由质量分数为0.3％～0.5％的非离子聚丙烯酰胺、0.014％～0.04％的氧氯化锆(ZrOCl2)作交联剂、0.01％～0.12％的盐酸作pH调节剂、0.06％～0.12％的破胶剂和余量水组成，破胶剂是由过硫酸铵和亚硫酸钠按质量比为(1.0～3.0)∶1所组成的氧化还原体系，能使冻胶在低温条件破胶。该专利文件所提出的冻胶压裂液成冻时间和破胶时间可调，具有低温交联速度快、粘度大、低滤失、破胶彻底且破胶液无残渣、易返排的特点，能有效地提高煤层气产能。然而在实际生产过程中煤层会大量吸附聚合物分子进而造成地层伤害，而且由于施工过程的不可控性，交联聚合物溶液和破胶剂不可能充分混合，这会造成破胶不均匀进一步地产生地层伤害。
第二种增强泡沫稳定性的手段是通过提高泡沫液膜的机械强度，增强液膜抵抗冲击、扰动的能力，减少泡沫破裂的稳泡方式。主要实现手段是向泡沫中添加颗粒稳泡剂。如中国专利文件CN102746841A(申请号：201210223060.0)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。复合泡沫体系质量份组分如下：阴离子表面活性剂0.3～0.5份，改性二氧化硅纳米颗粒1～1.5份，反离子盐0.03～2.3份，水100份。将以上组分按配比混合，用磁力搅拌器搅拌、静置。用WaringBlender法快速搅拌形成稳定性好的泡沫。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。该复合泡沫体系具有配方与制备工艺简单，耐盐和耐温性好，能适应地下复杂的油藏条件，不会对地层产生污染，并且能够有效封堵大孔道，提高波及效率，在油田开发应用中，尤其是泡沫驱替具有很好的应用前景。然而该复合泡沫体系中二氧化硅纳米颗粒用量较高，而二氧化硅纳米颗粒造价高昂，现阶段将二氧化硅纳米颗粒投放到油气开发工程的经济可行性不强。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系及其制备方法。
术语说明：
泡沫质量，指泡沫中气体体积占泡沫总体积的百分比。
WaringBlender方法，常用的搅拌起泡法之一，在高速搅拌器中以一定转速搅拌泡沫基液一段时间产生泡沫。
本发明技术方案如下：
一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相；
所述的气相是氮气、二氧化碳或空气；
所述的液相中原料组分的质量百分比如下：
0.2～0.8wt％的起泡剂，0.5～2.0wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；所述的新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。液相中的原料组分起泡剂和新型无机微细颗粒均可以溶解在自来水、河水或地层水中。
根据本发明，优选的，所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比(5～6):1组成的复配体系。
根据本发明，优选的，所述的新型无机微细颗粒中，莫来石(Al6Si2O13)和石英(SiO2)两种物质总共所占比例≥75wt％；
优选的，所述的新型无机微细颗粒表面具有亲水性，表面对水的润湿角为20°～50°。所述的新型无机微细颗粒可以良好的分散在自来水、河水或地层水中。
优选的，所述的新型无机微细颗粒的表面带正电荷。
根据本发明，优选的，所述的新型无机微细颗粒与起泡剂的浓度比例为(2～4)：1。该浓度比例下起泡剂与新型无机微细颗粒可以发生良好的协同效应，宏观表现为产生的泡沫具有较大的起泡体积和较长的半衰期；微观表现为微细颗粒吸附在泡沫中气液界面上，气泡表面形成一层有效的颗粒包裹，起到减缓气泡间聚并及液膜破裂的目的。该浓度比例下，还可以降低起泡剂与新型无机微细颗粒的使用量。
根据本发明，优选的，当气相为氮气时，强化泡沫体系的泡沫质量范围为50％～90％，进一步优选60％～80％；
当气相为空气时，强化泡沫体系的泡沫质量范围为57％～90％，进一步优选64～80％；
当气相为二氧化碳时，强化泡沫体系的泡沫质量范围为61％～87％，进一步优选67～79％。
根据本发明，优选的，所述的气相为氮气。气相为氮气时产生的泡沫最为稳定，表现为高温、高压下泡沫的析液半衰期和泡沫体积半衰期最长。
本发明还提供两种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫的制备方法，一种做为实验室评价用泡沫制备方法，一种为油气田现场施工用泡沫地面制备方法。
本发明的实验室评价用泡沫制备方法，步骤如下：
按配比将起泡剂加入到水中，搅拌配置成起泡剂溶液，然后加入新型无机微细颗粒，搅拌10～20min，得泡沫基液；
采用WaringBlender方法对泡沫基液进行搅拌起泡，搅拌速度为6000～8000转/min，搅拌时间为3～10min，即得。搅拌完成后将泡沫倒入1000mL量筒中，在常温常压下记录泡沫的初始体积和泡沫中液体析出50mL所用的时间，可验证泡沫的稳定性。
本发明的油气田现场施工用泡沫地面制备方法，步骤如下：
按配比将起泡剂加入到水中，搅拌1～3min，然后加入新型无机微细颗粒，搅拌5～10min，得泡沫基液；
当强化泡沫体系应用于驱油、压裂、调剖、堵水时，将泡沫基液与气相混合后直接注入井下，即完成泡沫体系的制备与应用；泡沫基液与气相可在管柱及地层中混合发泡；
当强化泡沫体系应用于冲砂、洗井、酸化、排液、诱喷时，将泡沫基液泵入泡沫发生器中，与气相混合发泡，即得。应用时，将强化泡沫体系以泡沫的形式注入井下。所述的泡沫发生器为现有技术，可参见中国专利文件CN2743529Y中公布的泡沫发生器。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的强化泡沫体系可用于驱油、压裂、调剖、堵水、冲砂、洗井、酸化、排液、诱喷等工艺，具有低地层伤害、高性能的特点。
(2)本发明所述的强化泡沫体系可以在高压力范围(0～100MPa)，高温度范围(0～200℃)内有效作业。
(3)本发明所述的强化泡沫体系形成了微细颗粒包裹气泡的颗粒层，泡沫的骨架结构特别稳定，且液膜呈现刚性的特点，因此，泡沫具有携砂能力，封堵效果好，滤失量低，驱油能力强等优势。
(4)本发明所述强化泡沫体系的应用不仅有利于油、气资源的高效开发，而且可以变废为宝利用新型无机微细颗粒，降低新型无机微细颗粒对空气环境带来的污染。
(5)本发明所述的强化泡沫体系原材料成本低，配置工艺简单，操作成本低，但其对于油、气增产效果好，具有较高的经济效益。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实例所涉及的范围。
实施例中使用的新型无机微细颗粒取自胜利石油管理局胜利发电厂，颗粒表面对蒸馏水的润湿角为43.2°，颗粒表面带正电，新型无机微细颗粒中O、Si、Al元素所占质量比分别为42.3wt％、23.2wt％、21.5wt％。
实施例1、
一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相；气相是氮气，液相中原料组分的质量百分比如下：
0.5wt％的起泡剂，1.0wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；
所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比6:1组成的复配体系；所述新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。
制备方法如下：
按配比将起泡剂加入到100mL水中，搅拌配置成起泡剂溶液，然后加入新型无机微细颗粒，在磁力搅拌器上搅拌15min，即可得到泡沫基液。采用WaringBlender方法对100mL泡沫基液进行搅拌起泡，搅拌速度为7000转/min，搅拌时间为5min，即得强化泡沫体系。搅拌完成后将强化泡沫体系倒入1000mL量筒中，在常温常压下记录泡沫的初始体积为370mL和泡沫中液体析出50mL所用的时间为42.0min，表现出良好的起泡性和稳泡性。
实施例2、
一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相，气相是空气，液相中原料组分的质量百分比如下：
0.5wt％的起泡剂，1.0wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；
所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比6:1组成的复配体系；所述新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。
制备方法如下：
按配比将起泡剂加入到100mL水中，搅拌配置成起泡剂溶液，然后加入新型无机微细颗粒，在磁力搅拌器上搅拌15min，即可得到泡沫基液。采用WaringBlender方法对100mL泡沫基液进行搅拌起泡，搅拌速度为7000转/min，搅拌时间为5min，即得强化泡沫体系。搅拌完成后将泡沫倒入1000mL量筒中，在常温常压下记录泡沫的初始体积为390mL和泡沫中液体析出50mL所用的时间为36.0min，表现出良好的起泡性和稳泡性。
实施例3、
一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相，气相是二氧化碳。液相中原料组分的质量百分比如下：
0.5wt％的起泡剂，1.0wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；
所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比6:1组成的复配体系；所述新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。
制备方法如下：
按配比依次将起泡剂中的表面活性剂加入到100mL水中，搅拌配置成起泡剂溶液，然后加入新型无机微细颗粒，在磁力搅拌器上搅拌15min，即可得到泡沫基液。采用WaringBlender方法对100mL泡沫基液进行搅拌起泡，搅拌速度为7000转/min，搅拌时间为5min，即得强化泡沫体系。搅拌完成后将泡沫倒入1000mL量筒中，在常温常压下记录泡沫的初始体积为375mL和泡沫中液体析出50mL所用的时间为28.0min，表现出良好的起泡性和稳泡性。
实验例
将实施例1-3所得的强化泡沫体系与不加入新型无机微细颗粒的泡沫体系作对比，实验数据如表1所示：
表1.强化泡沫体系与单纯表活剂泡沫体系参数对比
由表1可知，加入新型无机微细颗粒制得的强化泡沫体系形成的泡沫比未加入新型无机微细颗粒的泡沫体系形成的泡沫稳定。
实施例4、
一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相；气相是氮气，液相中原料组分的质量百分比如下：
0.2wt％的起泡剂，0.8wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；
所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比5:1组成的复配体系；所述新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。
应用于冲砂、洗井、酸化、排液、诱喷时的强化泡沫体系制备方法，步骤如下：
按配比将起泡剂加入到水中，搅拌3min，然后加入新型无机微细颗粒，搅拌7min，得泡沫基液；
将泡沫基液泵入泡沫发生器中，与氮气混合发泡，即得。制得的强化泡沫体系的泡沫质量范围为80％。
实施例5、
一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相，气相是空气，液相中原料组分的质量百分比如下：
0.8wt％的起泡剂，2.0wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；
所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比5.5:1组成的复配体系；所述新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。
应用于驱油、压裂、调剖、堵水时的强化泡沫体系制备方法，步骤如下：
按配比将起泡剂加入到水中，搅拌3min，然后加入新型无机微细颗粒，搅拌7min，得泡沫基液；
将泡沫基液与空气混合后直接注入井下，即完成泡沫体系的制备与应用；泡沫基液与空气可在管柱及地层中混合发泡；制得的强化泡沫体系的泡沫质量范围为64％。
实施例6、
一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相，气相是二氧化碳。液相中原料组分的质量百分比如下：
0.5wt％的起泡剂，1.5wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；
所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比5.5:1组成的复配体系；所述新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。
应用于驱油、压裂、调剖、堵水时的强化泡沫体系制备方法，步骤如下：
按配比将起泡剂加入到水中，搅拌3min，然后加入新型无机微细颗粒，搅拌7min，得泡沫基液；
将泡沫基液与空气混合后直接注入井下，即完成泡沫体系的制备与应用；泡沫基液与空气可在管柱及地层中混合发泡；制得的强化泡沫体系的泡沫质量范围为70％。

Claims (10)

1.一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，包括气相和液相，其特征在于，
所述的气相是氮气、二氧化碳或空气；
所述的液相中原料组分的质量百分比如下：
0.2～0.8wt％的起泡剂，0.5～2.0wt％的新型无机微细颗粒，余量为水；所述的新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物。
2.根据权利要求1所述的油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，其特征在于，所述的起泡剂为油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠按质量比(5～6):1组成的复配体系。
3.根据权利要求1所述的油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，其特征在于，所述的新型无机微细颗粒中，莫来石(Al6Si2O13)和石英(SiO2)两种物质总共所占比例≥75wt％。
4.根据权利要求1所述的油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，其特征在于，所述的新型无机微细颗粒表面具有亲水性，表面对水的润湿角为20°～50°。
5.根据权利要求1所述的油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，其特征在于，所述的新型无机微细颗粒的表面带正电荷。
6.根据权利要求1所述的油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，其特征在于，所述的新型无机微细颗粒与起泡剂的浓度比例为(2～4)：1。
7.根据权利要求1所述的油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，其特征在于，当气相为氮气时，强化泡沫体系的泡沫质量范围为50％～90％，进一步优选60％～80％；
当气相为空气时，强化泡沫体系的泡沫质量范围为57％～90％，进一步优选64～80％；
当气相为二氧化碳时，强化泡沫体系的泡沫质量范围为61％～87％，进一步优选67～79％。
8.根据权利要求1所述的油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系，其特征在于，所述的气相为氮气。
9.一种权利要求1-8任一项所述的强化泡沫体系的制备方法，步骤如下：
按配比将起泡剂加入到水中，搅拌配置成起泡剂溶液，然后加入新型无机微细颗粒，搅拌10～20min，得泡沫基液；
采用WaringBlender方法对泡沫基液进行搅拌起泡，搅拌速度为6000～8000转/min，搅拌时间为3～10min，即得。
10.一种权利要求1-8任一项所述的强化泡沫体系的制备方法，步骤如下：
按配比将起泡剂加入到水中，搅拌1～3min，然后加入新型无机微细颗粒，搅拌5～10min，得泡沫基液；
当强化泡沫体系应用于驱油、压裂、调剖、堵水时，将泡沫基液与气相混合后直接注入井下，即完成泡沫体系的制备与应用；
当强化泡沫体系应用于冲砂、洗井、酸化、排液、诱喷时，将泡沫基液泵入泡沫发生器中，与气相混合发泡，即得。
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