[发明专利]一种油气田钻采用发泡剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气钻采工艺及地热钻井中，特别适用于含有原油及碳氢化合物的淡水或高浓度电解质的环境下，具有优良的起泡能力和炮沫稳定性的油气田钻采用发泡剂的制备方法。

背景技术

许多油气田开采到中后期，产层压力普遍下降。同时，新发现的不少油气田，储藏层的压力也不高，钻探这类油气田的最好方法是采用空气钻井。所谓空气钻井是利用空气、氮气作为循环介质的钻井技术。由于气体密度小，井内流体静水压力大大低于常规钻井液静水压力，在井底形成欠压差。这样既有效防止液体和固体进入储藏层、大大减少对油气层的伤害，又极大地提高机械钻速，因此很有发展前景。由于在钻进过程中，不可避免地要遇到地层水浸入井筒，浸入的水与钻屑形成泥饼或团块，不能有效地被气体带出地面，严重干扰钻井的顺利进行。发泡剂能有效地分散钻具黏附的岩屑和泥饼，充分分散地层浸入的液体，大大增强流体的举屑能力，使井筒环空内流体呈稳定状态；发泡剂还可润滑钻具和井壁，在井壁形成保护膜，降低流体对井壁的冲蚀，改善裸眼井壁质量，降低摩阻损耗。因此，发泡剂是空气钻井得以顺利进行的重要保证。

天然气田开采过程中，出现水淹井是普遍存在的问题。解决的最好办法是泡沫排水。即向有积液的天然气井内注入发泡剂，天然气、积液和发泡剂在井底充分混合形成泡沫，密度大大降低，同时泡沫能减少水的滑脱，提高气流携液能力，降低井底回压，增加气产量。该工艺施工容易，投资少，成本低，见效快，不影响气井正常生产，因而广泛被采用。

泡沫还可用于水泥固井、冲砂洗井、调剖、压裂、酸化等工艺，因此发泡剂在在石油天然气开发工业中，有着广泛的用途。但在上述采用泡沫的工艺中，泡沫都要与地层和地层水接触，这就要求产生的泡沫在含一定数量可溶盐，如氯化钠、氯化钙、氯化镁等的水中有高的泡沫稳定性，对影响泡沫稳定的一些因素，如原油、固体微粒有较高的容忍能力，而且还必须在极端的物理环境如高温、高压的情况下不降解。对酸化泡沫还要求在强酸和高浓度电解质下既有好的泡沫稳定性也不降解。

发明内容

本发明的目的是：为了改进N-烃基-N-N-二甲基羟丙基磺基甜菜碱的合成工艺，降低生产成本，大幅度提高其在淡水和含电解质或碳氢化合物的水或强酸中的起泡能力和泡沫稳定性，在高温下不降解，特提出一种油气田钻采用发泡剂的制备方法。

本发明的原理是在合成两性表面活性剂N-烃基-N，N-二甲基羟丙基磺基甜菜碱时，加入一种阴离子表面活性剂，不但可以改进反应条件，缩短反应时间，提高转化率。同时，可得到泡沫性能优良的发泡剂。这种发泡剂大大提高了烃类对泡沫损害的抵抗能力，在可溶性无机盐、强酸等电解质的环境中仍然保持着优良的泡沫性能，其详细情况描述如后。

N-烃基-N，N-二甲基羟丙基磺基甜菜碱，分子式RN(CH₃)₂CH₂CH(OH)CH₂SO₃^-(R为碳原子数8-18的直链或支链烃基)，是一种两性表面活性剂。其表面活性强，泡沫丰富，盐溶性好，在酸碱中稳定，具有优良的抗硬水性和钙皂分散力，用途广泛。

N-烃基-N，N-二甲基羟丙基磺基甜菜碱有多种合成路线^[1]，其中两条路线合成较好。其一是将叔胺与环氧氯丙烷作用，接着用亚硫酸钠处理，结果主要得到两种羟丙基磺化甜菜碱的混合物

RN⁺(CH₃)₂CH₂CHOHCH₂SO₃^-和RN⁺(CH₃)₂CH(CHOH)CH₂SO₃^-

显然，这不是一种最好的合成路线；其二是将亚硫酸钠与环氧氯丙烷反应制备3-氯-2-羟基丙磺酸钠ClCH₂CH(OH)CH₂SO₃Na，再将长链叔胺RN(CH₃)₂，(R＝C原子数为8-18的直链或支链烃基)，跟3-氯-2-羟基丙磺酸钠作用，得到确定的化合物RN⁺(CH₃)₂CH₂CHOHCH₂SO₃^-。其反应如下