CN107502321B - 一种新型泡沫钻井液体系及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型泡沫钻井液体系及其制备方法。该新型泡沫钻井液体系是在研制的新型起泡稳泡剂的基础上研制的。该新型起泡稳泡剂具有结构新颖、性能优良的优点，少量起泡稳泡剂即可产生大量泡沫，且泡沫半衰期可达常规起泡剂3倍以上。单一起泡稳泡剂就能达到现有多种起泡剂复配的效果，且加量更少。基于所述新型起泡稳泡剂研制的新型泡沫钻井液体系，在起泡稳泡剂加量很少时，半衰期可长达7.1 d，明显优于常规起泡剂所配制的泡沫钻井液的半衰期。新型泡沫钻井液体系具有良好的性能，可抗温120℃，抗盐10%，抗岩屑污染12%，泥页岩回收率90%以上，线膨胀量降低率80%以上，在80/120目砂石中无漏失，在40/80目砂石中漏失量1.2 ml以下，能有效满足现场施工要求。

Description

一种新型泡沫钻井液体系及其制备方法

技术领域

本发明属于石油与天然气钻井技术领域，涉及一种新型泡沫钻井液体系及其制备方法。

背景技术

泡沫钻井液与常规钻井液相比，钻井液密度低，能提高钻井机械钻速，可解决地层漏失等问题，并且滤失量低，储层伤害低，现场应用前景十分广泛。泡沫钻井液一般由起泡剂、稳泡剂、增粘剂、降滤失剂、增重剂等处理剂制备而成，其中起泡剂是核心处理剂之一，它是使泡沫易于产生并在产生后有一定稳定性的处理剂。起泡剂主要类型包括阴离子型、阳离子型、两性型、非离子型，其中阴离子型起泡剂起泡性能高，应用广，使用效果好，价格适中且来源广。目前常用泡沫钻井液是对现有起泡剂进行优选，并与其它处理剂复配而研制的，处理剂加量多，泡沫稳定性差，成本高，半衰期短。目前起泡剂的研究主要集中在利用现有的表面活性剂，进行优选与复配，而在起泡剂分子结构设计方面的研究比较少，且很多是针对起泡剂的耐油性、抗温性等方面进行设计合成的，未从提高起泡质量比如增加起泡量、延长半衰期的角度进行设计，且加量较高，不利于降低成本。

专利CN 201610821642.7公开了一种泡沫钻井液，包括第一发泡剂、第二发泡剂、无机纤维和水，第一发泡剂的质量百分比为2％～4％，第二发泡剂的质量百分比为1％～2％，且第一发泡剂用量为第二发泡剂用量两倍，无机纤维的质量百分比为1％～3％，余量为水。常温常压条件下，将无机纤维分散于去离子水中进行预水化处理8h～12h，然后再加入第一发泡剂和第二发泡剂，60℃～80℃搅拌均匀，以5000r/min～8000r/min的转速起泡3min～5min，即得泡沫钻井液。该泡沫钻井液半衰期最高达80min，非常低，且其发泡剂用量较高，成本高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，在研制的新型起泡稳泡剂的基础上，本发明提供一种新型泡沫钻井液体系及其制备方法，该新型泡沫钻井液体系在起泡稳泡剂加量很少时，半衰期可长达7.1d，明显优于常规起泡剂所配制的泡沫钻井液的半衰期。新型泡沫钻井液体系具有良好的性能，可抗温120℃，抗盐10％，抗岩屑污染12％，泥页岩回收率90％以上，线膨胀量降低率80％以上，在80/120目砂石中无漏失，在40/80目砂石中漏失量1.2ml以下，能有效满足现场施工要求。

本发明提供了如下的技术方案：

一种新型泡沫钻井液体系，包括如下组分：

0.2wt％起泡稳泡剂；

0.2wt％稳泡剂；

0.8wt％增粘剂；

0.2wt％降滤失剂；

0.1wt％～1wt％增重剂；

余量为水；其中各组分的质量百分比的基准为水。

在上述方案中优选的是，所述起泡稳泡剂的分子式如式(Ⅰ)所示：

在上述任一方案中优选的是，所述稳泡剂是羧甲基纤维素(CMC)，外观：白色，无臭、无味，具吸湿性颗粒；水分≤7％；pH＝7.0～8.0；细度(筛孔0.9mm筛余)≤8％。

在上述任一方案中优选的是，所述稳泡剂是生物聚合物XC，外观：淡黄色粉末；水分≤8％；pH＝7.0～8.0；细度(筛孔0.9mm筛余)≤5％。

在上述任一方案中优选的是，所述增粘剂是聚阴离子纤维素(PAC)类化合物，外观：白色粉末；水分≤6％；pH＝7.0～8.0；特性粘度100ml/g：≥9；细度(筛孔0.9mm筛余)≤6％。

在上述任一方案中优选的是，所述增粘剂是羟乙基纤维素(HEC)，外观：白色粉末；水分≤6％；pH＝7.0～8.0；特性粘度100ml/g：≥8；细度(筛孔0.9mm筛余)≤8％。

在上述任一方案中优选的是，所述降滤失剂是褐煤树脂(SPNH)或羟丙基淀粉(HPS)；褐煤树脂，外观：黑褐色粉末；水分≤10％；水不溶物≤10％；高温高压滤失量≤20ml；羟丙基淀粉，外观：白色粉末；水分≤11％；水不溶物≤9％；高温高压滤失量≤18ml。

在上述任一方案中优选的是，所述增重剂是重晶石或碳酸钙；重晶石，外观：白色粉末；纯度≥98％；密度：3.9g/cm³～4.2g/cm³；细度(筛孔0.9mm筛余)≤1％；碳酸钙，外观：白色粉末；纯度≥98％；密度：2.7g/cm³～2.9g/cm³；酸不溶物≤1％；细度(筛孔0.9mm筛余)≤1％。

在上述任一方案中优选的是，所述起泡稳泡剂的制备方法，异十二醇在催化剂BF₃-***溶液作用下与环氧醚反应生成醇醚，然后依次与氯磺酸、氢氧化钠反应生成所述起泡稳泡剂。

在上述任一方案中优选的是，所述起泡稳泡剂的制备方法，包括以下各步骤：

(1)将1,3-丙二醇、环氧氯丙烷和四丁基硫酸氢铵混合搅拌；滴入50％NaOH水溶液，继续搅拌；分液后分出有机相，在有机相中加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和环氧氯丙烷，得到环氧醚；

(2)在四聚丙烯中缓慢滴加冷浓硫酸搅拌，将得到的混合物滴加至50％NaOH水溶液中，搅拌，分液后分出有机相，在有机相中加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和四聚丙烯，得到异十二醇；

(3)在步骤(2)制备的异十二醇中滴入BF₃-***溶液，搅拌、升温，在搅拌下滴加步骤(1)制备的环氧醚，升温搅拌，用2％NaOH水溶液中和至pH＝7，分液后分出有机相，蒸馏除去异十二醇和环氧醚，得到醇醚；

(4)在步骤(3)制备的醇醚中，搅拌滴加氯磺酸，除去HCl气体，搅拌，用2％NaOH乙醇溶液中和至pH＝7，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇，得到所述起泡稳泡剂。

在上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，1,3-丙二醇、环氧氯丙烷和四丁基硫酸氢铵的用量比为70ml～100ml：150ml～250ml：5g～15g。

在上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述1,3-丙二醇、所述环氧氯丙烷和所述四丁基硫酸氢铵在35℃～45℃下搅拌。

在上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述50％NaOH水溶液与所述1,3-丙二醇的用量体积比为500ml～650ml：70ml～100ml。

在上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，加入所述50％NaOH水溶液后，继续在55℃～65℃搅拌2h～3h。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述四聚丙烯与所述1,3-丙二醇的用量体积比为200ml～300ml：70ml～100ml。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述冷浓硫酸在0℃逐滴缓慢滴加，所述冷浓硫酸与所述1,3-丙二醇的用量体积比为60ml～70ml：70ml～100ml。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，加入所述冷浓硫酸后搅拌2h～3h。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述50％NaOH水溶液与所述1,3-丙二醇的用量体积比为150ml～250ml：70ml～100ml。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，在10℃～20℃温度下，向所述50％NaOH水溶液滴加所述四聚丙烯和所述冷浓硫酸的混合物，搅拌2h～3h。

在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，所述BF₃-***溶液与所述1,3-丙二醇的用量体积比为5ml～10ml：70ml～100ml。

在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，在步骤(2)产物异十二醇中滴入BF₃-***溶液，搅拌片刻升温至35℃～45℃。

在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，在搅拌条件下逐滴加入步骤(1)产物环氧醚，滴完后升温至75℃～85℃，搅拌4h～6h。

在上述任一方案中优选的是，步骤(4)中，所述氯磺酸与所述1,3-丙二醇的用量体积比为30ml～40ml：70ml～100ml。

在上述任一方案中优选的是，步骤(4)中，步骤(3)产物醇醚在搅拌条件下，在5℃～15℃温度下逐滴缓慢滴加氯磺酸，采用尾气回收装置除去HCl气体，搅拌3h～4h。

本发明还提供所述的新型泡沫钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水加入搅拌杯中，开启搅拌器在10000r/min～12000r/min条件下进行搅拌；

(2)加入所述稳泡剂，继续搅拌使其充分溶解，然后加入所述增粘剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述降滤失剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述增重剂，继续搅拌使其充分分散均匀，最后加入所述起泡稳泡剂，继续搅拌1min～3min制备得所述泡沫钻井液体系。

在上述方案中优选的是，包括如下步骤：

(1)将水加入搅拌杯中，开启搅拌器在11000r/min条件下进行搅拌；

(2)加入所述稳泡剂，继续搅拌使其充分溶解，然后加入所述增粘剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述降滤失剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述增重剂，继续搅拌使其充分分散均匀，最后加入所述起泡稳泡剂，继续搅拌2min制备得所述泡沫钻井液体系。

为了提高泡沫钻井液现场应用效果本发明从泡沫钻井液的核心处理剂起泡剂的起泡性能与分子结构的关系出发，优化起泡剂结构，提高起泡量和半衰期，降低使用浓度，研制一种在较低浓度时起泡量高、泡沫稳定性好的新型分子结构的起泡剂，在研制起泡稳泡剂的基础上，与优选的稳泡剂、增粘剂、降滤失剂、增重剂进行复配，构建一种新型泡沫钻井液体系，在起泡稳泡剂加量很少时，半衰期可长达7.1d，明显优于常规起泡剂所配制的泡沫钻井液的半衰期。新型泡沫钻井液体系具有良好的性能，可抗温120℃，抗盐10％，抗岩屑污染12％，泥页岩回收率90％以上，线膨胀量降低率80％以上，在80/120目砂石中无漏失，在40/80目砂石中漏失量1.2ml以下，能有效满足现场施工要求。

附图说明

图1是按照本发明的一种新型泡沫钻井液体系的一优选实施例的起泡稳泡剂的红外光谱图；

图2是按照本发明的一种新型泡沫钻井液体系的图1所示实施例的起泡稳泡剂的质谱图；

图3是按照本发明的一种新型泡沫钻井液体系的图1所示实施例的起泡稳泡剂水溶液的表面张力与浓度的关系；

图4是按照本发明的一种新型泡沫钻井液体系的图1所示实施例的起泡稳泡剂的起泡性能；

图5是按照本发明的一种新型泡沫钻井液体系的图1所示实施例的0.2％起泡稳泡剂的抗盐性能。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种新型泡沫钻井液体系，包括如下的各组分：

0.2wt％起泡稳泡剂；

0.2wt％羧甲基纤维素；

0.8wt％高粘聚阴离子纤维素PAC-HV；

0.2wt％褐煤树脂；

0.1wt％重晶石；

余量为水；其中各组分的质量百分比的基准为水。

本实施例所述泡沫钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：

(1)取100ml水加入搅拌杯中，开启搅拌器在11000r/min条件下进行搅拌；

(2)加入0.2wt％的羧甲基纤维素，继续搅拌使其充分溶解，加入0.8wt％高粘聚阴离子纤维素PAC-HV，继续搅拌使其充分溶解，加入0.2wt％褐煤树脂，继续搅拌使其充分溶解，加入0.1wt％重晶石，继续搅拌使其充分分散均匀，加入0.2wt％起泡稳泡剂，继续搅拌2min制备得泡沫钻井液体系。上述各组分的质量百分比的基准为水。

本实施例中，所述起泡稳泡剂的分子式如式(Ⅰ)所示：

实施例2：

一种新型泡沫钻井液体系，包括如下的各组分：

0.2wt％起泡稳泡剂；

0.2wt％生物聚合物XC；

0.8wt％羟乙基纤维素；

0.2wt％羟丙基淀粉；

0.1wt％碳酸钙；

余量为水；其中各组分的质量百分比的基准为水。

本实施例所述泡沫钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：

(1)取100ml水加入搅拌杯中，开启搅拌器在11000r/min条件下进行搅拌；

(2)加入0.2wt％生物聚合物XC，继续搅拌使其充分溶解，加入0.8wt％羟乙基纤维素，继续搅拌使其充分溶解，加入0.2wt％羟丙基淀粉，继续搅拌使其充分溶解，加入0.1wt％碳酸钙，继续搅拌使其充分分散均匀，加入0.2wt％起泡稳泡剂，继续搅拌2min制备得泡沫钻井液体系。上述各组分的质量百分比的基准为水。

本实施例中，所述起泡稳泡剂的分子式如式(Ⅰ)所示：

实施例3：

一种新型泡沫钻井液体系，包括如下的各组分：

0.2wt％起泡稳泡剂；

0.2wt％羧甲基纤维素；

0.8wt％羟乙基纤维素；

0.2wt％羟丙基淀粉；

0.1wt％重晶石；

余量为水；其中各组分的质量百分比的基准为水。

本实施例所述泡沫钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：

(1)取100ml水加入搅拌杯中，开启搅拌器在11000r/min条件下进行搅拌；

(2)加入0.2wt％羧甲基纤维素，继续搅拌使其充分溶解，加入0.8wt％羟乙基纤维素，继续搅拌使其充分溶解，加入0.2wt％羟丙基淀粉，继续搅拌使其充分溶解，加入0.1wt％重晶石，继续搅拌使其充分分散均匀，加入0.2wt％起泡稳泡剂，继续搅拌2min制备得泡沫钻井液体系。上述各组分的质量百分比的基准为水。

本实施例中，所述起泡稳泡剂的分子式如式(Ⅰ)所示：

为了清楚地表明本发明所述的泡沫钻井液体系的发明效果，本发明对实施例1～3进行了性能评价，包括半衰期与流变性能、抗温性能、抗盐及抗岩屑污染性能、抑制性能、封堵性能。

试验例1：新型泡沫钻井液性能评价

1.半衰期与流变性能

将制备好的实施例1-3的泡沫钻井液立即倒入1000ml量筒中，同时启动秒表，记录t_1/2-析液半衰期。另取制备好的实施例1-3的泡沫钻井液，在六速旋转粘度计上测定泡沫钻井液的AV-表观粘度。同时将实施例3中的起泡稳泡剂(0.2wt％)替换为常规起泡剂十二烷基硫酸钠(0.5wt％)作为对照例，其它条件不变，评价其性能以说明本发明的效果。结果表明，起泡稳泡剂加量很少时，本发明泡沫钻井液半衰期达7.1d，明显优于常规起泡剂所配制的泡沫钻井液的半衰期，流变性好。

表1泡沫钻井液的基本性能与流变性能

2.抗温性能

取制备好的实施例1-3的泡沫钻井液，装入老化罐，放入高温滚子炉中，在120℃下，恒温滚动16h后，取出冷却至室温，再高速搅拌2min后，测定泡沫钻井液基本性能与流变性能。同时将实施例3中的起泡稳泡剂(0.2wt％)替换为常规起泡剂十二烷基硫酸钠(0.5wt％)作为对照例，其它条件不变，评价其性能以说明本发明的效果。结果表明，起泡稳泡剂加量很少时，本发明泡沫钻井液经120℃滚动老化16h后，半衰期、粘度均稍微降低，而起泡剂加量较多的对照例的半衰期降低很多，本发明泡沫钻井液抗温达120℃。

表2泡沫钻井液的抗温性能

3.抗盐性能

取制备好的实施例1-3的泡沫钻井液，加入不同质量分数的NaCl，高速搅拌2min后，测定泡沫钻井液基本性能与流变性能。同时将实施例3中的起泡稳泡剂(0.2wt％)替换为常规起泡剂十二烷基硫酸钠(0.5wt％)作为对照例，其它条件不变，评价其性能以说明本发明的效果。结果表明，起泡稳泡剂加量很少时，本发明泡沫钻井液随NaCl质量分数的增加，半衰期和粘度缓慢增加，当NaCl质量分数大于4％以后，半衰期和粘度缓慢下降，而起泡剂加量较多的对照例的半衰期降低很快，本发明泡沫钻井液抗盐污染达10％。

表3泡沫钻井液的抗盐性能

4.抗岩屑污染性能

取制备好的实施例1-3的泡沫钻井液，加入不同质量分数的岩屑，高速搅拌2min后，测定泡沫钻井液基本性能与流变性能。同时将实施例3中的起泡稳泡剂(0.2wt％)替换为常规起泡剂十二烷基硫酸钠(0.5wt％)作为对照例，其它条件不变，评价其性能以说明本发明的效果。结果表明，起泡稳泡剂加量很少时，本发明泡沫钻井液随岩屑质量分数的增加，半衰期缓慢降低，粘度缓慢提高，而起泡剂加量较多的对照例的半衰期降低很快，本发明泡沫钻井液抗岩屑污染达12％。

表4泡沫钻井液的抗岩屑污染性能

5.抑制性能

取一定量的钻屑，目数在6目～10目之间，105℃下干燥；在老化罐中加入350ml实施例1-3的泡沫钻井液和50.00g干燥后的钻屑，在120℃老化16h；老化后的溶液过40目筛，并用自来水自然冲洗；冲洗后的钻屑在105℃下干燥，称重，计算泥页岩回收率。同时将实施例3中的起泡稳泡剂(0.2wt％)替换为常规起泡剂十二烷基硫酸钠(0.5wt％)作为对照例，其它条件不变，评价其性能以说明本发明的效果。

另取干燥后的岩屑，粉碎后得到岩屑粉，制备评价岩心块(4MPa压力下，压5min)；开启膨胀仪，安装好评价岩心块，调零后倒入实施例1-3的泡沫钻井液；开始测试，记录每0.5h后的线膨胀量(mm)；与清水对照，计算线膨胀量降低率。同时将实施例3中的起泡稳泡剂(0.2wt％)替换为常规起泡剂十二烷基硫酸钠(0.5wt％)作为对照例，其它条件不变，评价其性能以说明本发明的效果。结果表明，起泡稳泡剂加量很少时，本发明泡沫钻井液泥页岩回收率和线膨胀量降低率较高，而起泡剂加量较多的对照例的泥页岩回收率和线膨胀量降低率较低，本发明泡沫钻井液抑制性能较好。

表5泡沫钻井液的抑制性能

6.封堵性能

在中压失水仪杯中放入200g不同粒度(80/120目、40/80目)的砂石，加入实施例泡沫钻井液，测定泡沫钻井液在室温0.7MPa压力下的漏失量。同时将实施例3中的起泡稳泡剂(0.2wt％)替换为常规起泡剂十二烷基硫酸钠(0.5wt％)作为对照例，其它条件不变，评价其性能以说明本发明的效果。结果表明，起泡稳泡剂加量很少时，本发明泡沫钻井液在80/120目砂石中无漏失，在40/80目砂石中漏失量较低，而起泡剂加量较多的对照例的漏失量较高，本发明泡沫钻井液封堵性能较好。

表6泡沫钻井液的封堵性能

实施例4：

实施例1-3所述起泡稳泡剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在三口烧瓶中加入1,3-丙二醇85ml，环氧氯丙烷200ml，四丁基硫酸氢铵Bu₄NHSO₄(TBAS)8g，在40℃温度下搅拌；用恒压滴液漏斗滴加600ml 50％NaOH水溶液，继续在60℃温度下搅拌2.5h。用分液漏斗分出上层有机相，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和环氧氯丙烷，得到环氧醚，产率96.7％，纯度90.8％。

(2)在三口烧瓶中加入265ml四聚丙烯，用恒压滴液漏斗在0℃逐滴缓慢滴加65ml冷浓硫酸，搅拌2h后，将混合物转移到恒压滴液漏斗，在三口烧瓶中加200ml 50％NaOH水溶液，在10℃滴加前述混合物，搅拌2h。用分液漏斗分出上层有机相，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和四聚丙烯，得到异十二醇，产率82.6％，纯度92.2％。

(3)在三口烧瓶中加入步骤(2)产物异十二醇，滴入10ml BF₃-***溶液，搅拌片刻升温至40℃，在搅拌条件下逐滴加入步骤(1)产物环氧醚，滴完后升温至80℃，搅拌5h，用2％NaOH水溶液中和至pH＝7，用分液漏斗分出上层有机相，蒸馏除去异十二醇和环氧醚，得到醇醚，产率81.3％，纯度89.9％。

(4)在三口烧瓶中加入步骤(3)产物醇醚，在搅拌状态下，在10℃温度下逐滴缓慢滴加30ml氯磺酸，采用尾气回收装置除去HCl气体，搅拌3h，用2％NaOH乙醇溶液中和pH＝7，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇，得到最终产物起泡稳泡剂，产率90.1％，纯度93.7％。

红外光谱分析，本实施例制备的起泡稳泡剂经红外光谱分析，见图1。

红外光谱分析结果如图1所示，2854cm^-1、2922cm^-1为C-H伸缩振动吸收峰，1468cm^-1为C-H的弯曲振动吸收峰，1206cm^-1和1251cm^-1为与硫酸酯连接的C-O的伸缩振动吸收峰，1080cm^-1为醚键C-O的伸缩振动吸收峰，均与起泡稳泡剂分子结构的官能团相对应，表明成功合成了所设计的起泡稳泡剂。

质谱分析，本实施例制备的起泡稳泡剂经质谱分析，见图2。

质谱分析结果如图2所示，本实施例起泡稳泡剂的分子量为764，脱去2个Na⁺后的阴离子碎片分子量为718，带2个负电荷，质荷比为359，与质谱图上359.14849的峰一致，265.14790的峰为杂质十二烷基硫酸钠脱去1个Na⁺后的阴离子碎片形成的，表明成功合成了所设计的起泡稳泡剂。

所述的新型起泡稳泡剂的制备方法的反应方程式如下：

实施例5：

本实施例与实施例4的区别为：

所述起泡稳泡剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在三口烧瓶中加入1,3-丙二醇70ml，环氧氯丙烷150ml，四丁基硫酸氢铵Bu₄NHSO₄(TBAS)5g，在35℃温度下搅拌；用恒压滴液漏斗滴加500ml 50％NaOH水溶液，继续在55℃温度下搅拌2h。用分液漏斗分出上层有机相，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和环氧氯丙烷，得到环氧醚，产率93.0％，纯度90.1％。

(2)在三口烧瓶中加入200ml四聚丙烯，用恒压滴液漏斗在0℃温度下逐滴缓慢滴加60ml冷浓硫酸，搅拌2h后，将混合物转移到恒压滴液漏斗，在三口烧瓶中加150ml 50％NaOH水溶液，在10℃温度下滴加前述混合物，搅拌2h。用分液漏斗分出上层有机相，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和四聚丙烯，得到异十二醇，产率80.8％，纯度91.0％。

(3)在三口烧瓶中加入步骤(2)产物异十二醇，滴入5ml BF₃-***溶液，搅拌片刻升温至35℃，在搅拌条件下逐滴加入步骤(1)产物环氧醚，滴完后升温至75℃，搅拌4h，用2％NaOH水溶液中和至pH＝7，用分液漏斗分出上层有机相，蒸馏除去异十二醇和环氧醚，得到醇醚，产率80.4％，纯度88.1％。

(4)在三口烧瓶中加入步骤(3)产物醇醚，在搅拌条件下，在5℃温度下逐滴缓慢滴加30ml氯磺酸，采用尾气回收装置除去HCl气体，搅拌3h，用2％NaOH乙醇溶液中和pH＝7，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇，得到最终产物起泡稳泡剂，产率88.9％，纯度90.5％。

实施例6：

本实施例与实施例5的区别为：

所述起泡稳泡剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在三口烧瓶中加入1,3-丙二醇100ml，环氧氯丙烷250ml，四丁基硫酸氢铵Bu₄NHSO₄(TBAS)15g，在45℃温度下搅拌；用恒压滴液漏斗滴加650ml 50％NaOH水溶液，继续在65℃温度下搅拌3h。用分液漏斗分出上层有机相，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和环氧氯丙烷，得到环氧醚，产率95.5％，纯度94.2％。

(2)在三口烧瓶中加入300ml四聚丙烯，用恒压滴液漏斗在0℃逐滴缓慢滴加70ml冷浓硫酸，搅拌3h后，将混合物转移到恒压滴液漏斗，在三口烧瓶中加250ml 50％NaOH水溶液，在20℃滴加前述混合物，搅拌3h。用分液漏斗分出上层有机相，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和四聚丙烯，得到异十二醇，产率83.6％，纯度90.8％。

(3)在三口烧瓶中加入步骤(2)产物异十二醇，滴入10ml BF₃-***溶液，搅拌片刻升温至45℃，在搅拌条件下逐滴加入步骤(1)产物环氧醚，滴完后升温至85℃，搅拌6h，用2％NaOH水溶液中和至pH＝7，用分液漏斗分出上层有机相，蒸馏除去异十二醇和环氧醚，得到醇醚，产率82.4％，纯度90.2％。

(4)在三口烧瓶中加入步骤(3)产物醇醚，在搅拌条件下，在15℃温度下逐滴缓慢滴加40ml氯磺酸，采用尾气回收装置除去HCl气体，搅拌4h，用2％NaOH乙醇溶液中和pH＝7，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇，得到最终产物起泡稳泡剂，产率89.3％，纯度92.8％。

试验例2：实施例4制备的起泡稳泡剂性能评价

1.表面张力

测试了不同浓度的起泡稳泡剂水溶液的表面张力，结果如图3所示，随着起泡稳泡剂浓度的增大表面张力逐渐降低，当浓度增大至0.2％时，表面张力降至20.40mN·m^-1，较纯水表面张力降低了71.82％，表明本发明实施例4的起泡稳泡剂具有较强表面活性，有利于提高起泡性能。

2.起泡性能测试

起泡性能主要是指起泡能力和泡沫稳定性。发泡体积V₀反映了起泡能力，析液半衰期t_1/2反映了泡沫稳定性。起泡性能测试了不同浓度的所述新型起泡稳泡剂的发泡体积及半衰期，结果如图4所示，可知起泡稳泡剂质量分数在0.2％时发泡体积达到610ml，半衰期达到1440s，继续提高质量分数，起泡性能略有增加但不明显，表明本发明实施例4研制的起泡稳泡剂在低浓度时即具有较好的起泡效果，起泡量大，泡沫稳定性好。

分别测试质量分数0.2％的所述起泡稳泡剂、0.5％的常用起泡剂及双子表面活性剂在相同起泡条件下的发泡体积和半衰期，来评价其起泡性能。测试方法参照《SY/T 5350-2009钻井液用发泡剂评价程序》，测试结果见表1，对比可知，本发明实施例4所述的表面活性剂类新型起泡稳泡剂在较低浓度时即能达到较高的起泡效果，发泡体积和半衰期均较高，半衰期提高3倍以上。

表8不同起泡剂起泡性能测试

3.抗盐性能

起泡稳泡剂的抗盐性能主要是指抗NaCl污染的能力。在质量分数0.2％的起泡稳泡剂溶液中，加入不同质量分数的NaCl，评价其抗盐性能，结果如图5所示，NaCl加量在3％以内时，新型起泡稳泡剂的发泡体积和半衰期略有降低，降幅比较平缓，表明本发明实施例4研制的起泡稳泡剂具有较好的抗盐性能。

Claims (25)

1.一种泡沫钻井液体系，特征在于由如下组分构成：

0.2wt％起泡稳泡剂，起泡稳泡剂的分子式如式(Ⅰ)所示：

0.2wt％稳泡剂；

0.8wt％增粘剂；

0.2wt％降滤失剂；

0.1wt％～1wt％增重剂；

余量为水；其中各组分的质量百分比的基准为水。

2.根据权利要求1所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述稳泡剂是羧甲基纤维素，外观：白色，无臭、无味，具吸湿性颗粒；水分≤7％；pH＝7.0～8.0；筛孔0.9mm筛余≤8％。

3.根据权利要求1所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述稳泡剂是生物聚合物XC，外观：淡黄色粉末；水分≤8％；pH＝7.0～8.0；筛孔0.9mm筛余≤5％。

4.根据权利要求1所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述增粘剂是聚阴离子纤维素类化合物，外观：白色粉末；水分≤6％；pH＝7.0～8.0；特性粘度100ml/g：≥9；筛孔0.9mm筛余≤6％。

5.根据权利要求1所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述增粘剂是羟乙基纤维素，外观：白色粉末；水分≤6％；pH＝7.0～8.0；特性粘度100ml/g：≥8；筛孔0.9mm筛余≤8％。

6.根据权利要求1所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述降滤失剂是褐煤树脂或羟丙基淀粉；褐煤树脂，外观：黑褐色粉末；水分≤10％；水不溶物≤10％；高温高压滤失量≤20ml；羟丙基淀粉，外观：白色粉末；水分≤11％；水不溶物≤9％；高温高压滤失量≤18ml。

7.根据权利要求1所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述增重剂是重晶石或碳酸钙；重晶石，外观：白色粉末；纯度≥98％；密度：3.9g/cm³～4.2g/cm³；筛孔0.9mm筛余≤1％；碳酸钙，外观：白色粉末；纯度≥98％；密度：2.7g/cm³～2.9g/cm³；酸不溶物≤1％；筛孔0.9mm筛余≤1％。

8.根据权利要求1所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述起泡稳泡剂的制备方法，异十二醇在催化剂BF₃-***溶液作用下与环氧醚反应生成醇醚，然后依次与氯磺酸、氢氧化钠反应生成所述起泡稳泡剂。

9.根据权利要求8所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：所述起泡稳泡剂的制备方法，包括以下各步骤：

(1)将1,3-丙二醇、环氧氯丙烷和四丁基硫酸氢铵混合搅拌；滴入50％NaOH水溶液，继续搅拌；分液后分出有机相，在有机相中加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和环氧氯丙烷，得到环氧醚；

(2)在四聚丙烯中缓慢滴加冷浓硫酸搅拌，将得到的混合物滴加至50％NaOH水溶液中，搅拌，分液后分出有机相，在有机相中加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇和四聚丙烯，得到异十二醇；

(3)在步骤(2)制备的异十二醇中滴入BF₃-***溶液，搅拌、升温，在搅拌下滴加步骤(1)制备的环氧醚，升温搅拌，用2％NaOH水溶液中和至pH＝7，分液后分出有机相，蒸馏除去异十二醇和环氧醚，得到醇醚；

(4)在步骤(3)制备的醇醚中，搅拌滴加氯磺酸，除去HCl气体，搅拌，用2％NaOH乙醇溶液中和至pH＝7，加入乙醇，热过滤除去无机盐，蒸馏除去乙醇，得到所述起泡稳泡剂。

10.根据权利要求9所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(1)中，1,3-丙二醇、环氧氯丙烷和四丁基硫酸氢铵的用量比为70ml～100ml：150ml～250ml：5g～15g。

11.根据权利要求10所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(1)中，所述1,3-丙二醇、所述环氧氯丙烷和所述四丁基硫酸氢铵在35℃～45℃下搅拌。

12.根据权利要求11所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(1)中，所述50％NaOH水溶液与所述1,3-丙二醇的用量体积比为500ml～650ml：70ml～100ml。

13.根据权利要求12所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(1)中，加入所述50％NaOH水溶液后，继续在55℃～65℃搅拌2h～3h。

14.根据权利要求13所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(2)中，所述四聚丙烯与所述1,3-丙二醇的用量体积比为200ml～300ml：70ml～100ml。

15.根据权利要求14所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(2)中，所述冷浓硫酸在0℃逐滴缓慢滴加，所述冷浓硫酸与所述1,3-丙二醇的用量体积比为60ml～70ml：70ml～100ml。

16.根据权利要求15所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(2)中，加入所述冷浓硫酸后搅拌2h～3h。

17.根据权利要求16所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(2)中，所述50％NaOH水溶液与所述1,3-丙二醇的用量体积比为150ml～250ml：70ml～100ml。

18.根据权利要求17所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(2)中，在10℃～20℃向所述50％NaOH水溶液滴加所述四聚丙烯和所述冷浓硫酸的混合物，搅拌2h～3h。

19.根据权利要求18所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(3)中，所述BF₃-***溶液与所述1,3-丙二醇的用量体积比为5ml～10ml：70ml～100ml。

20.根据权利要求19所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(3)中，在步骤(2)产物异十二醇中滴入BF₃-***溶液，搅拌片刻升温至35℃～45℃。

21.根据权利要求20所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(3)中，在搅拌条件下逐滴加入步骤(1)产物环氧醚，滴完后升温至75℃～85℃，搅拌4h～6h。

22.根据权利要求21所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(4)中，所述氯磺酸与所述1,3-丙二醇的用量体积比为30ml～40ml：70ml～100ml。

23.根据权利要求22所述的泡沫钻井液体系，其特征在于：步骤(4)中，步骤(3)产物醇醚搅拌，在5℃～15℃温度下逐滴缓慢滴加氯磺酸，采用尾气回收装置除去HCl气体，搅拌3h～4h。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的泡沫钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水加入搅拌杯中，开启搅拌器在10000r/min～12000r/min条件下进行搅拌；

(2)加入所述稳泡剂，继续搅拌使其充分溶解，然后加入所述增粘剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述降滤失剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述增重剂，继续搅拌使其充分分散均匀，最后加入所述起泡稳泡剂，继续搅拌1min～3min制备得所述泡沫钻井液体系。

25.根据权利要求24所述的泡沫钻井液体系的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将水加入搅拌杯中，开启搅拌器在11000r/min条件下进行搅拌；

(2)加入所述稳泡剂，继续搅拌使其充分溶解，然后加入所述增粘剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述降滤失剂，继续搅拌使其充分溶解，再加入所述增重剂，继续搅拌使其充分分散均匀，最后加入所述起泡稳泡剂，继续搅拌2min制备得所述泡沫钻井液体系。

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