CN103289669A

CN103289669A - 压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液

Info

Publication number: CN103289669A
Application number: CN2013102042466A
Authority: CN
Inventors: 徐太平; 方也; 王鹏
Original assignee: Sichuan Anton Oil & Gas Engineering Technology Services Co Ltd
Current assignee: Sichuan Anton Oil & Gas Engineering Technology Service Co ltd
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-05-28
Also published as: CN103289669B

Abstract

本发明公开了一种压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液，其中表面活性剂为多支化孪链两性表面活性剂，结构式如下：

Description

压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液

技术领域

本发明涉及压裂液技术领域，特别是油气井开发过程中使用的压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液。

背景技术

水力压裂作为油气藏的一种增产措施，已经应用近50年。它是利用较高的排量和压力，将含有高浓度支撑剂的非牛顿高粘压裂液注入井下，以实现在目的层造缝、并延伸扩展裂缝。当压裂液破胶返排后，便可以形成一条或多条具有高导流能力的支撑裂缝。水力压裂作为改造油气层、使油气水井增产增注的重要措施，在我国各油田被广泛应用。我国石油天然气资源的突出特点之一是低渗透油气层分布广、储量大，这种客观存在的资源条件决定了水力压裂作为低渗透油气田增储上产的首选措施和有效方法，在老油气田稳产高产和低渗透新油气田勘探开发中发挥着不可替代的重要作用。通过聚合物增稠或交联的水基压裂液都有残渣，这些残渣必然会对地层及充填层造成严重堵塞使其渗透率大幅度下降，从而大大降低了压裂的。因此在目前油气田开发对压裂效果要求越来越高的形势下，消除残渣及其伤害成为当今压裂界亟待解决的重大技术难题。

清洁压裂液是一种由粘弹性表面活性剂（VES）组成的水基压裂液。其最大特点是不含残渣，不污染环境，携砂能力强，压裂效果好，配制容易，易于泵送，不需要特殊设备，操作方便。当这种粘弹性表面活性剂压裂液和地层中烃类相遇或被地层水稀释时，体系会自动破胶，不会留下任何残渣，因此和瓜胶类水基压裂液不同，它不需要交联剂，破胶剂等添加剂。由于粘弹性表面活性剂水基压裂液有这些优异的特性，因此被称为清洁型水基压裂液，清洁压裂液不同于普通清洁压裂液，压裂液具有用量少、成本低廉等特点。缺点是耐温能力差，一般只能满足80度以下井类施工。另外目前的压裂液多采用单链的阳离子表面活性剂，用量大，成本高，很难推广。因此，开发新型的低成本耐高温的清洁压裂液已势在必行。

由此可见，上述现有的压裂液在使用上显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。本发明人积极加以研究创新，以期发明一种新颖的压裂液用表面活性剂及压裂液，使其更具有实用性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种低成本耐高温的压裂液用表面活性剂。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

压裂液用表面活性剂，其为多支化孪链两性表面活性剂，有效成份的结构式如下：

其中，R为C13-C21的直链或支链烷基，n为3-6的整数，p为2-4的整数。

作为优选，所述表面活性剂的有效成份的结构式如下：

本发明的另一目的为提供一种上述表面活性剂的制备方法，本发明方法可得到低成本耐高温的压裂液用表面活性剂。实现该目的的技术方案如下:

一种压裂液用表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，加入长链脂肪酸与N,N-二甲基胺进行酰胺化缩合反应，以氢氧化钾作催化剂，搅拌回流，反应6h～8h，反应温度为130℃～160℃，得到中间产物叔胺；

第二步，向第一步所得产物中添加二氯烷烃进行挛链化反应，搅拌回流，反应2h～4h，反应温度为120℃～130℃，得到中间产物挛链叔胺；

第三步，将制得的中间产物挛链叔胺和适量的异丙醇加入反应器中，然后分次加入预先中和好的氯乙酸钠溶液，搅拌回流，在70℃～80℃下反应4h～6h，得到黄色至褐色稠状液体，即为压裂液用表面活性剂溶液。

作为优选，其中所述第一步中的长链脂肪酸为芥子酸。

本发明的另一目的为提供一种压裂液，本发明的压裂液为低成本耐高温的清洁压裂液。实现该目的的技术方案如下：

压裂液，由如下组分按质量百分比组成：

表面活性剂 1.0-4.0%；

氯化钾 8-12%；

水 87—88%；

其中表面活性剂为上述的表面活性剂，表面活性剂的有效成分的质量百分比为49%—51%。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的压裂液用表面活性剂为多支化的表面活性剂，通过特异基团的修饰和调整获得更好的活性，同时在主结构中引入多支化孪联结构，使合成的表面活性剂拥有更低的临界胶束浓度，易于蠕虫状胶束的形成，大大降低了表活剂的用量。

本发明的压裂液用表面活性剂由于自身的独特结构，其更倾向于生成树状分支化的胶束结构，而不同于传统VES形成的棒状胶束，使得其为有效成份的粘弹体压裂液表现出更好的粘弹性，由于彼此的分支作用，使其形成的蠕虫状胶束结构具有更稳定的结构活性，压裂液粘弹性更加突出，实现更好的温度稳定性。

本发明的压裂液用表面活性剂形成的压裂液为单剂型，黏度很低，便于操作，配液方便。

本发明的压裂液用表面活性剂性能稳定，储运方便，节约各环节成本。

本发明的压裂液用表面活性剂配制的压裂液的表面活性剂使用浓度低，节约物料成本。

本发明的压裂液用表面活性剂配制压裂液现注现配，省去预配液工艺，防止不必要的物料浪费。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例一：

在带有冷凝回流管的250mL三颈磨口瓶中，加入芥子酸与N,N-二甲基丙胺，进行酰胺化缩合反应，以氢氧化钾作催化剂，搅拌回流，反应7h，反应温度为150℃，得到中间产物叔胺。

向上述中间产物叔胺中添加二氯乙烷进行挛链化反应，搅拌回流，反应3h，反应温度为125℃，得到中间产物挛链叔胺。

将制得的中间产物挛链叔胺和适量的异丙醇加入三口瓶中，分次加入预先中和好的氯乙酸钠溶液，搅拌回流，在75℃下反应5h，得到黄色至褐色稠状液体，有效成分的质量百分比为49%—51%。有效成分的结构式为：

选用其他长链脂肪酸与N,N-二甲基丙胺进行酰胺化缩合反应，最终会得到其他结构的多支化孪链两性表面活性剂。

实施例二：

压裂液，由下述组分按质量百分比组成：

表面活性剂 1.0%

氯化钾 12.0%

水 87%，其中表面活性剂为实施例一所得的表面活性剂。

将本实施例所得压裂液在80℃下进行性能测试，结果见表1：

表1实施例二所得压裂液性能测试

序号	项目	结果	备注
				1	外观	淡黄色粘稠液体
2	PH值	7．0-8．0
				3	基液表观粘度(mPa.s，170s^-1)	105
4	高温剪切后粘度(mPa.s，170s^-1，2h)	96
				5	携砂沉降速率（mm/s）	0	24小时无沉降
6	破胶后粘度(mPa.s，170s^-1)	3．5
				7	残渣(mg/L)	0
8	破胶液表面张力(mN/m)	22．6

实施例三：

压裂液，由下述组分按质量百分比组成：

表面活性剂 2.0%

氯化钾 10.0%

水 88%，其中表面活性剂为实施例一所得的表面活性剂。

将本实施例所得压裂液在100℃下进行性能测试，结果见表2：

表2实施例三所得压裂液性能测试

序号	项目	结果	备注
				1	外观	淡黄色粘稠液体
2	PH值	7．0-8．0
				3	基液表观粘度(mPa.s，170s^-1，)	126
4	高温剪切后粘度(mPa.s，170s^-1，2h)	105
				5	携砂沉降速率（mm/s）	0	24小时无沉降

6	破胶后粘度(mPa.s，170s^-1)	3．2
			7	残渣(mg/L)	0
8	破胶液表面张力(mN/m)	22．8

实施例四：

压裂液，由下述组分按质量百分比组成：

表面活性剂 3.0%

氯化钾 9.0%

水 88%，其中表面活性剂为实施例一所得的表面活性剂。

将本实施例所得压裂液在120℃下进行性能测试，结果见表3：

表3实施例四所得压裂液性能测试

序号	项目	结果	备注
				1	外观	淡黄色粘稠液体
2	PH值	7．0-8．0
				3	基液表观粘度(mPa.s，170s^-1，)	135
4	高温剪切后粘度(mPa.s，170s^-1，2h)	93
				5	携砂沉降速率（mm/s）	0	24小时无沉降
6	破胶后粘度(mPa.s，170s^-1)	3．6
				7	残渣(mg/L)	0
8	破胶液表面张力(mN/m)	22．4

实施例五：

压裂液，由下述组分按质量百分比组成：

表面活性剂 4.0%

氯化钾 8.0%

水 88%，其中表面活性剂为实施例一所得的表面活性剂。

将本实施例所得压裂液在140℃下进行性能测试，结果见表4：

表4实施例五所得压裂液性能测试

序号	项目	结果	备注
				1	外观	淡黄色粘稠液体
2	PH值	7．0-8．0
				3	基液表观粘度(mPa.s，170s^-1，)	144
4	高温剪切后粘度(mPa.s，170s^-1，2h)	81
				5	携砂沉降速率（mm/s）	0	24小时无沉降
6	破胶后粘度(mPa.s，170s^-1)	3．6
				7	残渣(mg/L)	0
8	破胶液表面张力(mN/m)	22．3

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.压裂液用表面活性剂，其特征在于，其为多支化孪链两性表面活性剂，结构式如下：

2.根据权利要求1所述的压裂液用表面活性剂，其特征在于，所述表面活性剂的有效成份的结构式如下：

3.一种压裂液用表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的压裂液用表面活性剂的制备方法，其特征在于，其中所述第一步中的长链脂肪酸为芥子酸。

5.压裂液，由如下组分按质量百分比组成：

表面活性剂 1.0-4.0%；

氯化钾 8-12%；

水 87—88%；

其中表面活性剂为权利要求1或2所述的表面活性剂，表面活性剂的有效成分的质量百分比为49%—51%。