CN104130763A - 含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液及其制法。以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：纳米碳管0.05-3％、粘弹性阴离子表面活性剂0.5％-5％，其余为水。本发明还提供了上述含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液的制备方法。本发明的含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液制备方法简单，粘弹性阴离子表面活性剂用量少，且该产品具有较好的粘弹性能、耐温性能及降虑失性能，可用于油气田开发的压裂液、完井液、堵水调剖等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液及其制法与应用，属于油气田开发技术领域。
背景技术
随着油气藏开采的不断深入，对低渗透储层的改造越来越成为主要的开发领域，因此压裂改造技术已经成为油气田开发的一项重要增产措施，而作为压裂改造的工作液，低伤害高效能的压裂液已经成为压裂液研究领域的热门及发展趋势。自上世纪90年代逐步开发并应用的粘弹性表面活性剂(VES)压裂液具有较好的粘弹性、无残渣及低伤害等特点，因此已作为理想的压裂改造用液体成为国内外学者的主要研究对象，但粘弹性表面活性剂压裂液在应用过程中也存在滤失量高、表面活性剂用量大等方面局限而限制了它的应用。
将现有表面活性剂压裂液的性能优化，开发具有滤失量小、用量小、性能好的粘弹性表面活性剂压裂液已成为业内人士共同研究的方向。CN102093874A公开了一种阴离子型纳米复合压裂液，其采用以脂肪酸甲酯磺酸钠等阴离子表面活性剂为主剂，甜菜碱等两性表面活性剂为助剂，与纳米二氧化硅、碳酸钙等纳米颗粒复合，能够作为压裂液使用。US7544643B2公开了一种压电、热电纳米材料与粘弹性表面活性剂的复合体系，其可以稳定高温下耐剪切的稳定性，同时加入纳米颗粒的粘弹性表面活性剂压裂液滤失量明显减少。美国专利7244694公开了一种单壁纳米碳管与阳离子，两性离子粘弹性表面活性剂的复合体系，其可以稳定高温下耐剪切的稳定性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液。本发明的纳米复合压裂液具有粘弹性阴离子表面活性剂用量低、制备方法简单等优点，可用于油气田开发中的压裂液、完井液、堵水调剖等领域。
本发明的目的还在于提供上述压裂液的制备方法。
本发明的目的还在于提供上述压裂液在油气田开发中的压裂液、完井液、堵水调剖等领域的应用。
为达到上述目的，本发明提供一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：
纳米碳管 0.05-3％；
粘弹性阴离子表面活性剂 0.5-5％；
水 余量。
在上述的压裂液中，优选地，采用的纳米碳管包括单壁纳米碳管、双壁纳米碳管、多壁纳米碳管中的一种或几种的组合，更优选地，该纳米碳管包括表面羟基化和/或表面羧基化的纳米碳管。
在上述的压裂液中，优选地，采用的纳米碳管的直径为1-200nm，长度为0.2-50μm。
阴离子表面活性剂较阳离子、两性离子表面活性剂具有吸附少的优点。在上述的压裂液中，优选地，采用的粘弹性阴离子表面活性剂包括油酸钠、芥酸钠、二聚酸钠、油酸肌氨酸钠中的一种或几种的组合。
根据本发明的具体实施方案，优选地，以该压裂液的重量百分比计，其组成还包括0.1-8％的盐类物质；更优选地，采用的盐类物质包括氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种或几种的组合。
根据本发明的具体实施方案，优选地，以该压裂液的重量百分比计，其组成还包括0-2％的添加剂；更优选地，采用的添加剂包括乙二胺四乙酸钠、二乙烯三胺五乙酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种的组合。
本发明还提供了上述的含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、将粘弹性阴离子表面活性剂加到水中并搅拌均匀；
b、然后加入纳米碳管，搅拌均匀后，得到所述的含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液。
在上述压裂液的制备方法中，当含有盐类物质、添加剂时，所述盐类物质、添加剂是在上述步骤a中加入水中的。
本发明还提供了上述的含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液在油气田开发中的压裂液、完井液、堵水调剖等领域的应用。
本发明采用能够在水中形成蠕虫状胶束的粘弹性阴离子表面活性剂与纳米碳管发生缔合交联作用，形成交联网状结构，以得到复合压裂液，上述的交联网状结构如图1所示。纳米碳管的加入能够改善粘弹性阴离子表面活性剂的性能，可以大幅度降低表面活性剂的用量，增加耐温性能；并且，纳米碳管颗粒能够与粘弹性阴离子表面活性剂胶束形成缔合作用而增强胶束的空间网络结构，增强压裂液的耐温性能，同时在应用过程中能够形成类似聚合物应用过程中形成的滤饼，可以有效降低滤失量。
附图说明
图1为含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液的交联网状结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
对比例
本对比例提供了一种含粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：
粘弹性阴离子表面活性剂油酸钠 1.5％；
KCl 3％；
余量为水。
该压裂液的制备方法包括以下步骤：
常温下将粘弹性阴离子表面活性剂油酸钠、KCl加入水中，搅拌研磨，超声振荡均匀，即可得到含粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液。
含粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液的性能评价：
采用RS600流变仪测试压裂液在40℃，不同剪切速率下的粘度(单位为mPa·s)，粘度数据如表1所示。
实施例1
本实施例提供了一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：
粘弹性阴离子表面活性剂油酸钠 1.5％；
表面羟基化的多壁纳米碳管(HMCNT) 1％；
KCl 3％；
余量为水。
上述表面羟基化的多壁纳米碳管(HMCNT)购自中国科学院成都有机化学有限公司，其直径小于8 nm，长度为0.5-2μm，纯度在95％以上，羟基化的比例为4-6％。
该压裂液的制备方法包括以下步骤：
常温下将粘弹性阴离子表面活性剂油酸钠、KCl加入水中，搅拌研磨，超声振荡均匀，然后加入表面羟基化的多壁纳米碳管(HMCNT)，搅拌均匀后，即可得到含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液。
含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液的性能评价：
采用RS600流变仪测试压裂液在40℃，不同剪切速率下的粘度(单位为mPa·s)，粘度数据如表1所示。
实施例2
本实施例提供了一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：
粘弹性阴离子表面活性剂油酸钠 1.5％；
表面羧基化的多壁纳米碳管(CMCNT) 1％；
KCl 3％；
余量为水。
表面羧基化的纳米碳管(CMCNT)的制备：
上述表面羧基化的多壁纳米碳管(CMCNT)购自中国科学院成都有机化学有限公司，其直径小于8nm，长度为0.5-2μm，纯度在95％以上，羧基化的比例为4-6％。
该压裂液的制备方法包括以下步骤：
常温下将粘弹性阴离子表面活性剂油酸钠、KCl加入水中，搅拌研磨，超声振荡均匀，然后加入表面羧基化的多壁纳米碳管(CMCNT)，搅拌均匀后，即可得到含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液。
含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液的性能评价：
采用RS600流变仪测试压裂液在40℃，不同剪切速率下的粘度(单位为mPa·s)，粘度数据如表1所示。
表1
| 剪切速率(s-1) | 对比例 | 实施例1 | 实施例2 |
| 0.02 | 900 | 6000 | 3000 |
| 0.1 | 900 | 3500 | 3000 |
| 1 | 600 | 1800 | 1800 |
| 3 | 400 | 750 | 700 |
| 5 | 300 | 440 | 410 |
从表1中可以看出，加入纳米碳管可以大大增加液体的粘度，尤其是在低剪切速率下，表面羟基化的多壁纳米碳管(HMCNT)增加液体粘度的效果更为明显。
Claims (10)
1.一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：
纳米碳管 0.05-3％；
粘弹性阴离子表面活性剂 0.5-5％；
水 余量。
2.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述纳米碳管包括单壁纳米碳管、双壁纳米碳管、多壁纳米碳管中的一种或几种的组合，优选地，该纳米碳管包括表面羟基化纳米碳管和/或表面羧基化纳米碳管。
3.根据权利要求2所述的压裂液，其中，所述纳米碳管的直径为1-200nm，长度为0.2-50μm。
4.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述粘弹性阴离子表面活性剂包括油酸钠、芥酸钠、二聚酸钠、油酸肌氨酸钠中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的压裂液，其中，以该压裂液的重量百分比计，其组成还包括0.1-8％的盐类物质。
6.根据权利要求5所述的压裂液，其中，所述盐类物质包括氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的压裂液，其中，以该压裂液的重量百分比计，其组成还包括0-2％的添加剂，优选地，所述添加剂包括乙二胺四乙酸钠、二乙烯三胺五乙酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种的组合。
8.权利要求1-7任一项所述的含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、将粘弹性阴离子表面活性剂加到水中并搅拌均匀；
b、然后加入纳米碳管，搅拌均匀后，得到所述的含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液。
9.根据权利要求8所述的压裂液的制备方法，其中，当含有盐类物质、添加剂时，所述盐类物质、添加剂是在步骤a中加入水中的。
10.权利要求1-7任一项所述的含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液在油气田开发中的压裂液、完井液、堵水调剖领域的应用。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |