利用低醇实现泡沫钻井的泡沫循环利用方法

申请号 CN201010230521.8 申请日 2010-07-20 公开(公告)号 CN101871330A 公开(公告)日 2010-10-27
申请人 西南石油大学; 发明人 孟英峰; 万里平; 李永杰; 李皋; 唐洪明; 赵峰;
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。
权利要求

1.一种利用低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。

说明书全文

技术领域

发明涉及泡沫钻井领域,尤其是一种利用低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—消泡—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,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-OH、R为含4个碳原子或5个碳原子的基的低碳醇。
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)、十二醇聚乙烯醚(AEO)、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。
附图说明
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;3.离心;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。

具体实施方式

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将消泡剂均匀喷洒到泡沫上,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。调节气体流量为1.6m3/min,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的流量将异戊醇均匀喷洒到泡沫上,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泡沫循环实验结果
循环次数 发泡体积(ml) 半衰期(min) 0 525 31.5 1 510 28.4 2 460 26.1 3 440 24.3 4 420 21.2 5 410 18.2 6 380 17.0 7 375 16.1 8 360 15.4 9 340 13.2 10 530 30.7
 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21.1L/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的流量将正丁醇均匀喷洒到泡沫上,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泡沫循环实验结果
循环次数 发泡体积(ml) 半衰期(min) 0 510 22.5 1 490 18.4 2 460 16.5 3 430 15.3 4 410 13.1 5 390 12.8 6 380 11.0 7 340 10.3 8 515 21.7
 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匀喷洒到泡沫上,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,此泡沫基液可重新发泡,从而实现泡沫的多次循环利用。
表3泡沫循环实验结果
循环次数 发泡体积(ml) 半衰期(min) 0 510 22.5 1 480 19.7 2 475 18.1 3 440 16.8 4 400 15.1 5 390 13.2 6 380 12.2 7 375 11.3 8 340 9.3 9 505 22.1
 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匀喷洒到泡沫上,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泡沫循环实验结果
循环次数 发泡体积(ml) 半衰期(min) 0 510 22.5 1 480 19.7 2 475 18.1 3 440 16.8 4 400 15.1 5 390 13.2 6 380 12.2 7 375 11.3 8 350 9.8
9 340 9.3 10 515 22.3
 注:第10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的流量将新戊醇均匀喷洒到泡沫上,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泡沫循环实验结果
循环次数 发泡体积(ml) 半衰期(min) 0 505 36.7 1 490 33.2 2 460 28.6 3 430 25.1 4 410 24.1 5 390 19.2 6 380 17.8 7 365 16.9 8 340 15.8 9 510 36.2
 注:第九次测试前,将新戊醇去除,重新补充72g发泡剂K12。
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