稳泡剂组合物和泡沫水泥浆及其制备方法技术

本发明专利技术涉及石油与天然气固井工程领域，具体地，本发明专利技术公开了一种稳泡剂组合物，该组合物含有C6‑C16烷基咪唑啉、C8‑C16烷基酰胺烷基甜菜碱、C6‑C14烷基聚葡萄糖苷和三萜皂苷类化合物。本发明专利技术还公开了使用该稳泡剂组合物制备泡沫水泥浆的方法。由本发明专利技术提供的稳泡剂组合物使用本发明专利技术所述方法有助于形成具有较高泡沫稳定性的泡沫水泥浆，并且所得泡沫水泥浆具有较低密度、较高泡沫稳定性和抗压强度高的泡沫水泥浆，特别适用于石油与天然气勘探开发过程的低温浅层固井作业中。

Foam stabilizer composition and foamed cement slurry and preparation method thereof

The invention relates to the field of oil and gas cementing engineering, in particular, the invention discloses a foam stabilizing agent composition, which contains C6 C16 alkyl imidazoline, C8 C16 alkyl amide alkyl betaine, C6 C14 alkyl polyglucoside and three terpenoid saponins. The invention also discloses a method for preparing foam cement slurry by using the foam stabilizer composition. The foam stabilizer composition provided by the present invention helps to form foam cement slurry with high foam stability, and the foam cement slurry has a foam cement slurry with low density, high foam stability and high compressive strength, especially suitable for low temperature in the exploration and development process of stone oil and natural gas. In the shallow layer cementing operation.

【技术实现步骤摘要】
稳泡剂组合物和泡沫水泥浆及其制备方法
本专利技术涉及石油与天然气固井工程领域，具体地，涉及稳泡剂组合物和泡沫水泥浆及其制备方法。
技术介绍
在石油与天然气勘探开发过程中，在一些浅部地层常面临着低压、易漏地层，甚至裂缝地层。在浅层的低压、易漏、裂缝地层进行固井作业时，除了面临着水泥浆漏失、返高不够的问题外，还有低温问题(温度低至5-20℃)。泡沫水泥浆是将气体(主要是氮气)充入水泥浆中，利用表面活性剂等物质等来提高泡沫的稳定性，是一种低密度的三相粘稠流体，具有密度低、低渗透率、低失水、低导热率、可压缩性、顶替泥浆效率高、防漏效果好、强度较高等特点，现场常采用泡沫水泥浆来解决低压、易漏地层及裂缝地层固井漏失难题。国外近十年来，更是丰富与发展了泡沫水泥浆的用途，泡沫水泥浆已成为解决深水表层段低温固井窜流的关键技术。至从1979年泡沫水泥浆第一次现场固井应用以来。我国于1987-1988年在新疆火烧山油田进行了4口技术套管固井和12口油层套管泡沫固井试验，解决了低压易漏油气层尤其是地层压力系数小于1.0的油气井固井难题。目前，泡沫水泥技术不断发展和完善，在低压易漏地层固井、裂缝性漏失地层固井和深水防窜固井中应用非常广泛。目前制备泡沫水泥浆的方法主要有两种：一种是机械充氮法，另一种是化学充氮法。机械充气法需要制氮设备或氮气车、流量测量与控制等设备，设备种类和数量较多，并且工艺复杂，需要精心设计和计算机自动控制等，现场施工难度大、费用高。化学充氮法是将能够产生氮气的化学物质直接加入油井水泥材料或水泥浆中，通过相互间的化学反应产生氮气并充入水泥浆得到泡沫水泥浆，化学充氮法不需要额外的制氮设备和流量控制等装置，具有操作流程简单、成本较低等优势，是泡沫水泥浆制备方法的发展方向。水泥浆是碱性介质环境，很多物质难以在碱性介质中发生产生氮气的反应。如亚硝酸钠与氯化铵可在酸性环境中才能发生反应生成氮气，该反应在产生氮气的同时，还伴随着较大的热量放出，其在自生热压裂液、热化学驱油等方面都有广泛的应用。然而亚硝酸钠与氯化铵在水泥浆碱性介质中却无法产生氮气。另外，一些偶氮类物质能够在加热条件下，当温度达到其分解温度通过自身发生分解反应产生氮气，如偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、4,4'-氧代双苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、5-苯基四唑和三肼基三嗪等。然而，针对浅层或深水表层段的低温固井环境，无法达到偶氮类物质的分解温度，偶氮类物质无法分解产生氮气。并且，偶氮类物质价格高、易燃易爆，有较大的安全隐患。此外，泡沫水泥浆在生成时总面积增大，体系能量升高，属于热力学不稳定体系，会自发地向能量降低、总面积减少的方向进行，即泡沫发生破灭。为制备稳定的泡沫水泥浆，需要在水泥浆中加入稳泡剂。稳泡剂大都是一些表面活性剂物质，能在溶液表面(一般为水)形成定向排列，从而显著降低溶剂的表面张力(或界面张力)，并改变泡沫膜的机械强度和粘度，提高泡沫水泥浆的稳定性。目前泡沫水泥浆的稳泡剂主要为磺酸盐离子类型的表面活性剂，如烷基苯磺酸盐类，它具有耐盐、抗高温等性能，但却存在着临界溶解温度点(KraffPoint)，只有当温度升到一定值后，离子型表面活性剂在水中的溶解度才会急剧增加，表现出较好的稳泡作用；如果使用温度低于临界溶解温度点(KraffPoint)，则会严重影响稳泡作用。因此，针对低温固井环境下使用的泡沫水泥浆，选择合适的表面活性剂类型和种类，对于制备稳定性好的泡沫水泥浆至关重要。CN103525387A中公开了一种稳泡剂组合物，该稳泡剂组合物是由烷基碳链在C12-C16范围的椰油酰胺丙基氧化胺(CAO)、月桂酰胺丙基氧化胺(LAO)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)表面活性剂物质和水按一定质量组成比例所配成的质量百分浓度为20-38％溶液，其主要使用温度范围为45-90℃。文章“适用于长庆油田固井的超低密度泡沫水泥浆”(《钻井液与完井液》1997年第14卷第4期第27-28页)开展了化学充气法制备泡沫水泥浆技术研究，通过化学发气剂FCA与FCB在水泥浆中发生化学反应产生氮气，同时加入稳泡剂FCF，制备出泡沫水泥浆。但是这种方法首先是利用漂珠减轻材料将水泥浆密度降至一定范围，然后再利用该化学发气剂产生氮气进一步将水泥浆密度降至1.20g/cm3。上述文献所提到的化学充气法制备泡沫低密度水泥浆，能够采用化学发气剂制备出低密度的泡沫水泥浆，但是水泥浆的密度只能降低至1.20g/cm3，无法获得更低密度的泡沫水泥浆，同时泡沫水泥石的抗压强度偏低，其使用温度为45℃左右。文章“新型泡沫水泥浆体系在胜利油田莱州湾区块的应用”(《钻采工艺》2009年第32卷第6期第113-115页)研究出一种氮气发气剂和稳泡剂以及与其相配套的水泥外加剂，使其均匀地分散于水泥浆中而形成泡沫水泥浆，制备方法是先将一定量的发气剂SWPM-l干混于水泥中，用清水配制非泡沫水泥浆(密度控制在1.85-1.90g/cm3)，然后将制好的非泡沫水泥浆在低速下(4000r/min)再搅拌10秒，同时加入一定量的发气剂SWPM-2和稳泡剂SWPM-3，制成泡沫水泥浆，其具体配方为：100％G级水泥+40％漂珠+88％水+2％SWPM-1发气剂+0.7％SWPM-2发气剂+2％SWPM-3稳泡剂+2％SWZ-l早强剂。上述文献所提到的化学充气法制备泡沫低密度水泥浆，能够采用化学发气剂制备出泡沫低密度水泥浆，但是水泥浆的密度需要先加入40％的漂珠先将水泥浆密度降低到1.33g/cm3，然后通过化学发气的方法将密度进一步降低，无法直接通过化学发气的方法获得更低密度的泡沫水泥浆，泡沫水泥石的抗压强度较低，其使用温度范围为45-75℃。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的泡沫水泥浆的泡沫稳定性差的缺陷，提供了一种能够获得较高泡沫稳定性的稳泡剂组合物，以及针对水泥浆的低温泡沫稳定性差、密度降低困难和低温泡沫水泥石抗压强度低等问题，提供了使用该稳泡剂组合物制备泡沫水泥浆的方法，通过该方法得到的泡沫水泥浆的泡沫稳定性好、密度低并且水泥石抗压强度较高。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种稳泡剂组合物，该组合物含有C6-C16烷基咪唑啉、C8-C16烷基酰胺烷基甜菜碱、C6-C14烷基聚葡萄糖苷和三萜皂苷类化合物。本专利技术的第二方面提供了上述的稳泡剂组合物在泡沫水泥浆中作为稳泡剂的应用。本专利技术的第三方面提供了使用本专利技术第一方面所述稳泡剂组合物制备泡沫水泥浆的方法。本专利技术第四方面提供了本专利技术第三方面所述泡沫水泥浆在油气井固井领域中的应用。本专利技术提供的稳泡剂组合物有助于形成具有较高泡沫稳定性的泡沫水泥浆，且所述稳泡剂组合物与本专利技术所述的发气剂等其他成分配合下，使用本专利技术所述方法制备的泡沫水泥浆具有较低密度、较高泡沫稳定性和高抗压强度的优势，特别适用于石油与天然气勘探开发过程的低温浅层固井作业中。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳泡剂组合物，其特征在于，所述组合物含有C6‑C16烷基咪唑啉、C8‑C16烷基酰胺烷基甜菜碱、C6‑C14烷基聚葡萄糖苷和三萜皂苷类化合物。

【技术特征摘要】
1.一种稳泡剂组合物，其特征在于，所述组合物含有C6-C16烷基咪唑啉、C8-C16烷基酰胺烷基甜菜碱、C6-C14烷基聚葡萄糖苷和三萜皂苷类化合物。2.根据权利要求1所述的稳泡剂组合物，其中，所述C6-C16烷基咪唑啉、C8-C16烷基酰胺烷基甜菜碱、C6-C14烷基聚葡萄糖苷和三萜皂苷类化合物的重量比为100：110-180：60-140：90-170，优选为100：130-150：70-100：100-150。3.根据权利要求1或2所述的稳泡剂组合物，其中，所述C6-C16烷基咪唑啉具有如下结构：其中R1为C6-C16的直链或支链烷基；所述C8-C16烷基酰胺烷基甜菜碱具有如下结构：其中R2为亚烷基，R3为C8-C16的直链或支链烷基；所述C6-C14烷基聚葡萄糖苷具有如下结构：其中R4为C6-C14的直链或支链烷基；优选地，所述C6-C16烷基咪唑啉选自椰油基咪唑啉、月桂基咪唑啉、辛基咪唑啉、壬基咪唑啉、癸基咪唑啉、正十一烷基咪唑啉、正十四烷基咪唑啉和正十六烷基基咪唑啉中的一种或多种，所述C8-C16烷基酰胺烷基甜菜碱选自椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、辛基酰胺丙基甜菜碱、壬基酰胺丙基甜菜碱、癸基酰胺丙基甜菜碱、正十一烷基酰胺丙基甜菜碱、正十四烷基酰胺丙基甜菜碱和正十六烷基酰胺丙基甜菜碱中的一种或多种，所述C6-C14烷基聚葡萄糖苷选自己基聚葡萄糖...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成文，王星星，王恒，王彦集，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37