CN103773354A - 表面活性剂压裂液用稠化剂及在线交联工厂化作业方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表面活性剂压裂液用稠化剂及其制备方法、在线交联工厂化作业表面活性剂压裂液和在线交联工厂化作业方法。本发明的在线交联工厂化作业表面活性剂压裂液的特征在于先制备出压裂液稠化剂，然后按2～6质量％的比例加入到基液中搅拌得到压裂液，交联时间40～120s。本发明中的稠化剂由表面活性剂、反离子盐、有机酸钾盐、有机酸、C1-C3醇和水组成，基液可以是清水、1～3质量％酸液、矿化度50000mg/L以内的矿化水。稠化剂的在线交联，不需要提前配液，能够满足大规模水平井多段压裂需求，实现工厂化作业。

Description

表面活性剂压裂液用稠化剂及在线交联工厂化作业方法
技术领域
本发明涉及一种油气田压裂增产用或酸化压裂增产用压裂液，具体涉及一种可以在线交联连续施工的表面活性剂压裂液用稠化剂及在线交联工厂化作业方法。
背景技术
表面活性剂压裂液一般由表面活性剂、反离子、无机盐和水组成，其制备过程一般是分为三个步骤：将无机盐配成水溶液、加入表面活性剂充分溶解、加入反离子盐形成压裂液。在实际的压裂施工过程中：需要提前配置，一般无机盐KCl添加量在2～4％之间，表面活性剂添加量在3～5％之间，配液作业时间长，操作工的劳动强度大；同时表面活性剂压裂液对容器的要求高，配液前需要进行清洗以满足施工需求。因此，限制了表面活性剂压裂液在现场的推广应用。
随着油气田勘探开发的深入，低渗超低渗油气资源逐步进入大规模水平井多段压裂开发阶段，虽然目前常规的压裂液已经能满足储层开发的要求，但如何简化施工程序，提高工作效率与压裂改造效果，是压裂液革新的重要方向。
中石油川庆钻探工程技术研究院任雁鹏，刘贵喜，马托的发明专利申请“连续混配型酸化压裂联作工艺”(CN101994504A)中公布了稠化水清洁压裂液稠化剂的组分：50％C15H34NCl、10％C8H6O4、10％KCl、30％H2O。
延长集团研究院王香增、高瑞民、吴金桥等的发明专利申请“就地连续混配清洁压裂液添加剂的制备及压裂施工方法”(CN102031102A)中公开了清洁压裂液添加剂的制备方法，包括十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二羟乙基甲基硝酸铵、邻羟基苯甲酸、四甲基氯化铵、聚丙二醇等。
上述专利申请中表面活性剂采用的是季铵盐，对储层有一定的吸附性，造成地层的润湿反转，不利于提高压裂增产效果。而且，在实际生产过程中，为提高压裂液的防膨效果，一般需要在配置基液时添加0.5～1.0％氯化钾作为防膨剂。由于氯化钾为无机盐，0℃在100g水中的溶解度为28g，最高质量分数为21.8％，因此在含有大量其他溶质的水/醇的混合体系中，KCl质量分数很难达到10％，甚至无法实现。钾离子的加入，能够提高压裂液的表观粘度与防膨效果，因此为实现在线交联，必须引入钾离子。但是，目前还没有有效的利用含高浓度钾离子的表面活性剂压裂液稠化剂进行在线交联作业的方法。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，发明人进行了深入研究，并且发现：通过将C16-C18长链脂肪酸酰胺丙基叔胺及其甜菜碱衍生物、反离子盐和有机钾盐制备出稠化剂，可以在实现与使用季铵盐时类似的效果同时降低或避免对储层的吸附，而且可以将高溶解度的有机钾离子引入到稠化剂中，获得稳定的表面活性剂压裂液用稠化剂，从而可以实现在线交联连续施工而无需提前配液。
因此，本发明提供一种可以实现在线交联的表面活性剂压裂液用稠化剂和使用该面活性剂压裂液用稠化剂在线交联的方法。
具体而言，本发明提供以下技术方案：
1、一种表面活性剂压裂液用稠化剂，包含：
表面活性剂：15～30质量％，
有机酸：1～10质量％，
反离子盐：10～20质量％
有机酸钾盐：0～15质量％，
C1-C3醇：10～20质量％，
水：20～40质量％，
其中所述表面活性剂为选自C16-C18长链脂肪酸酰胺丙基叔胺及其甜菜碱衍生物中的至少一种，所述的反离子盐为水杨酸盐。
本发明中，通过选择C16-C18长链脂肪酸酰胺丙基叔胺及其甜菜碱类衍生物中的至少一种作为压裂液表面活性剂，可以在提供压裂液所需的粘弹性的同时进一步降低压裂液表面活性剂在地层的吸附(原因在于采用的叔胺盐及甜菜碱这些弱阳离子大大的降低了对地层的吸附)。本发明的表面活性剂的具体实例为十六酸酰胺丙基二甲基叔胺、十八酸酰胺丙基二甲基叔胺、油酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱中的至少一种。其在稠化剂中的含量优选为15～30质量％，更优选20～30质量％。
本发明的反离子盐用于提供反离子与表面活性剂形成粘弹性压裂液，反离子盐优选为水杨酸盐，更优选为水杨酸钠、水杨酸钾。反离子盐在稠化剂中的含量优选10～20％质量％。
在本发明中，可以将用于提高压裂液防膨性能的钾离子以钾盐的形式加入基液中再与本发明的表面活性剂压裂液用稠化剂混合形成的表面活性剂压裂液，也可以将钾盐直接加入到表面活性剂压裂液用稠化剂中，形成含高浓度钾离子(＞10％质量分数)的表面活性剂压裂液用稠化剂。在后一种情况下，钾盐为在含有大量其他溶质的水/醇混合体系中具有高溶解度的有机酸钾盐。通过将高溶解度的有机酸钾盐(例如甲酸钾和水杨酸钾)引入到稠化剂中，可以获得钾离子浓度为10～15质量％的表面活性剂压裂液用稠化剂。例如，当将甲酸钾作为添加剂引入到压裂液中时，甲酸钾0℃在水100g中溶解度是331g，甲酸钾质量分数可达到76.8％，在稠化剂中质量分数可以达到12％以上。
本发明中，加入有机酸是为了使表面活性剂压裂液用稠化剂具有6～7的pH值，以利于表面活性剂中的叔胺成盐。有机酸的量可以根据叔胺成盐情况适当调节，一般为表面活性剂压裂液用稠化剂的1～10质量％。可用于本发明的有机酸优选为甲酸和乙酸中的至少一种。甲酸和乙酸不仅可以中和表面活性剂，而且还提供一定的溶剂化作用，从而保证了稠化剂的流动性和可分散性。
本发明中，低碳醇(即C1-C3醇)与水一起组成稠化剂中的溶剂。C1-C3醇的使用增加了稠化剂的流动性同时降低了压裂液交联时间。本发明的C1-C3醇为甲醇、乙醇、异丙醇或它们的混合物。
2、一种用于上述表面活性剂压裂液用稠化剂的方法，所述方法包括：先将本发明的表面活性剂溶解在C1-C3醇/水的混合溶剂中，然后加入有机酸调节pH＝6～7，最后加入反离子盐和任选的有机酸钾盐，搅拌均匀得到稠化剂。
3、一种在线交联工厂化作业表面活性剂压裂液，其由本发明的表面活性剂压裂液用稠化剂与基液组成，其中稠化剂所占的质量百分比为2～6％。
本发明中所用的基液是清水、1～3％酸液、矿化水或它们的混合物。另外，基液可以是矿化度小于50000mg/L的标准矿化水或者质量分数小于5％的KCl水溶液。
4、一种表面活性剂压裂液的在线交联工厂化作业方法，包括：在施工过程中，将本发明的表面活性剂压裂液用稠化剂按2～6∶100的质量比加入基液中，交联形成压裂液。
具体操作示例如下：在施工过程中，从槽罐车中将基液吸入混砂车，用交联泵将稠化剂按2～6质量％的比例加入，交联形成压裂液。
根据本发明，可以将配好的压裂液稠化剂与水在混砂车中混合实现在线交联，不需要提前配液，简化操作工序、降低压裂液成本并扩大了应用范围，能够满足水平井多段压裂工艺中的工厂化专业要求，大大提高了工作效率。
具体实施方式
实施例1：
取200g的十八酸酰胺丙基二甲基叔胺，150g乙醇，275g水，40℃搅拌溶解均匀，加入25g的甲酸，调节pH＝6.5；加入水杨酸钠100g，搅拌均匀，得到黄色透明的稠化剂。
实施例2：
取120g的十六酸酰胺丙基二甲基叔胺，80g的十八酸酰胺丙基二甲基叔胺，150g甲醇，270Kg水，40℃搅拌溶解均匀，加入25g的甲酸，调节pH＝6；加入水杨酸钾100g，搅拌均匀得到黄色透明的稠化剂。
实施例3：
取100g的十六酸酰胺丙基二甲基叔胺，100g的十八酸酰胺丙基二甲基叔胺，150g异丙醇，270g水，40℃搅拌溶解均匀，加入30g的甲酸，调节pH＝6.5；加入水杨酸钠100g，甲酸钾100Kg搅拌均匀，得到黄色透明的稠化剂。
实施例4：
取80g的十六酸酰胺丙基二甲基叔胺，120g的十八酸酰胺丙基二甲基叔胺，150g乙醇，250g水，40℃搅拌溶解均匀，加入30g的甲酸，调节pH＝6.5；加入油酸酰胺丙基甜菜碱150g，加入水杨酸钠120g搅拌均匀，得到黄色透明的稠化剂。
实施例5：
取100g的十六酸酰胺丙基二甲基叔胺，100g的十八酸酰胺丙基二甲基叔胺，100g甲醇，265g水，40℃搅拌溶解均匀，加入65g的乙酸；加入水杨酸钠120g，甲酸钾100g搅拌均匀，得到黄色透明的稠化剂。
实施例6：
取水杨酸钠120Kg溶解到180g水中，溶解完全，然后依次加入150g的油酸酰胺丙基甜菜碱、150g的油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱，搅拌均匀，得到黄色透明的稠化剂。
实施例7：
取120g的十六酸酰胺丙基二甲基叔胺，80g的十八酸酰胺丙基二甲基叔胺，125g乙醇，245g水，40℃搅拌溶解均匀，加入60g的甲酸，调节pH＝6.5；加入150g油酸酰胺丙基甜菜碱，加入水杨酸钾120g，甲酸钾100g搅拌均匀，得到黄色透明的稠化剂。
实施例8：
取120g的十六酸酰胺丙基二甲基叔胺，80g的十八酸酰胺丙基二甲基叔胺，125g异丙醇，240g水，40℃搅拌溶解均匀，加入65g的乙酸，调节pH＝6.5；加入150g油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱，加入水杨酸钠120g，甲酸钾100g搅拌均匀，得到黄色透明的稠化剂。
实施例9
将实施例1-8中制备的稠化剂分别用不同的基液制备出压裂液，然后用六速粘度计测试测试其粘度，用秒表测试压裂液粘度达到最大的时间，即交联时间。测试结果如下表所示。
表1不同实施例的压裂液表观粘度
表2不同实施例的压裂液交联时间
Figure BDA0000468324870000061
由表1-2可知，实施例1-8制备的稠化剂，在不同的基液中均能迅速(交联时间≤120s)交联形成压裂液，表观粘度在51mPa.s以上，能够满足压裂施工要求。
对比实施例1、2、3和4可知，油酸酰胺丙基甜菜碱的加入，能够有效增加压裂液的表观粘度和交联时间；对比实施例1、2、3和5可知甲酸钾的加入，压裂液的表观粘度下降，交联时间略有提高；同时加入油酸酰胺丙基甜菜碱、甲酸钾，提高了压裂液的耐盐稳定性，能够在不同的基液中迅速稠化形成压裂液，实现在线交联工厂化作业。

Claims (10)

1.一种表面活性剂压裂液用稠化剂，包含：
表面活性剂：15～30质量％，
有机酸：1～10质量％，
反离子盐：10～20质量％，
有机酸钾盐：0～15质量％，
C1-C3醇：10～20质量％，
水：20～40质量％，
其中所述表面活性剂为选自C16-C18长链脂肪酸酰胺丙基叔胺及其甜菜碱衍生物中的至少一种，所述反离子盐为水杨酸盐。
2.如权利要求1所述的表面活性剂压裂液用稠化剂，其中所述表面活性剂为十六酸酰胺丙基二甲基叔胺、十八酸酰胺丙基二甲基叔胺、油酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱中的至少一种。
3.如权利要求1所述的表面活性剂压裂液用稠化剂，其中所述反离子盐为水杨酸钠、水杨酸钾中的一种或者其混合物。
4.如权利要求1所述的表面活性剂压裂液用稠化剂，其中所述有机酸钾盐为甲酸钾。
5.如权利要求1所述的表面活性剂压裂液用稠化剂，其中所述有机酸为选自甲酸和乙酸中的至少一种。
6.一种用于制备权利要求1-5中任一项所述的表面活性剂压裂液用稠化剂的方法，所述方法包括：先将表面活性剂溶解在C1-C3醇/水的混合溶剂中，然后加入有机酸调节pH＝6～7，最后加入反离子盐和任选的有机酸钾盐，搅拌均匀得到稠化剂。
7.一种在线交联工厂化作业表面活性剂压裂液，其由权利要求1-5中任一项所述的表面活性剂压裂液用稠化剂与基液组成，其中稠化剂所占的质量百分比为2～6％。
8.根据权利要求7所述的表面活性剂压裂液，其中所述基液是清水、1～3质量％酸液、矿化水或其混合物。
9.根据权利要求7所述的表面活性剂压裂液，其中所述基液为矿化度小于50000mg/L的标准矿化水或者质量分数小于5％的KCl水溶液。
10.一种表面活性剂压裂液的在线交联工厂化作业方法，包括：在施工过程中，将权利要求1-5中任一项所述的表面活性剂压裂液用稠化剂按2～6∶100的质量比加入基液中，交联形成压裂液。
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