CN104327825B - 一种用于提高压裂液返排率的微乳液 - Google Patents

一种用于提高压裂液返排率的微乳液 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于提高压裂液返排率的微乳液，是由乙氧基Gemini季铵盐阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和助剂组成。本发明的微乳液具有与油‑水混溶的特性，可将岩芯润湿状况改善为中性弱亲水，表面张力改善至25‑28mN/m，明显降低工作液的表面张力和界面张力，从而降低毛管压力，降低启动压差，显著提高工作液的返排效率，使地层免受工作液的伤害，达到油气井增产稳定的效果。

Description

一种用于提高压裂液返排率的微乳液
技术领域
本发明属于油气藏开采压裂液添加剂领域，涉及一种用于提高压裂液返排率的微乳液。
背景技术
在油气开发过程中，压裂是必备的工序，影响压后压裂液返排的因素除了基本地质特征外，主要有压裂液的水锁伤害、启动压力和返排压差，压后返排是水力压裂作业的重要环节。低渗致密油气藏压裂高效开发的核心技术是低伤害压裂技术，低伤害压裂技术的内涵包括压裂设计、施工过程、压后返排等全过程中的伤害问题。因此，压裂液高效返排技术是低渗致密油气藏低伤害压裂的关键技术，直接影响压裂改造的效果，特别是低渗致密气藏，压裂液返排不好，或长时间滞留地层都将会堵塞可作为天然气流通的孔道，造成储层二次伤害。助排剂能大大降低溶液的表面张力或界面张力，增大与岩石表面的润湿角，从而降低毛细管力，增加压裂液的返排能力。
综合考虑地层润湿性的影响，在储层岩石润湿性为中性弱亲水(65°<水的润湿接触角<90°)时，毛细管压力较小，既有助于工作液返排，又可消除地层润湿性对原油流动的不利影响，且大量实验也证明在储层岩石润湿性为中性弱亲水采收率最高，目前很少有可用于将不同类型岩芯改为中性弱亲水的药剂。
能够改变岩石润湿性的物质主要是表面活性剂，传统的单链表面活性剂由于自身结构的限制会引起润湿反转，可调节性小，Gemini型表面活性剂具有双亲油基双亲水基的特殊结构，在岩石上达到饱和吸附时用量少，可调节性强，效果理想。
中国专利文件CN102329608A公开了一种用于改善岩芯润湿性能的微乳剂，是由Gemini季铵盐阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂与助剂低级脂肪醇组成，Gemini季铵盐阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂质量比1∶1-60，助剂质量百分比为30％～50％。该微乳剂最大优点是改善岩芯润湿性，但有3个弱点，其一使用的非离子表面活性剂均为难降解的，尤其是OP类表面活性剂，返排液处理难度大，造成二次污染；其二为了改善Gemini阳离子的吸附，需要添加非离子表面活性剂与之竞争吸附，非离子表面活性剂量大后，在很大程度上削弱了Gemini型表面活性剂的特点，即降低表面张力能力不强，提高返排效率不高【参考“改善岩芯润湿性能微乳剂的研制”，精细石油化工，2012,29(2)】；其三添加的非离子表面活性剂多数是水溶性的，即EO数较大，需要非离子表面活性剂中EO数来竞争吸附调节接触角，其微乳的意义及作用有局限性，例如上述专利文件实施例2中OP-10为水溶性的，没有明显的油相。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于提高压裂液返排率的微乳液，尤其提供一种油气田压裂作业中用于提高返排效率的微乳液。该微乳液可以将岩芯表面的润湿性能改善为中性弱亲水性，表面张力改善至25-28mN/m，有助于工作液的返排和油气的采出，达到高效返排，减少伤害的目的。
本发明的技术方案如下：
一种用于提高压裂液返排率的微乳液，包括如下质量份的组成：
含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂 30-50份
非离子表面活性剂 15-60份
助剂 25-40份，
所述的助剂为C1～C4的醇。
根据本发明，优选的，所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，包括如下质量份的组成：
含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂 15-25份
非离子表面活性剂 40-50份
助剂 28-35份。
根据本发明，优选的，所述的用于提高压裂液返排率的微乳液还包括0.5-2质量份的柠檬酸，进一步优选的，柠檬酸的质量份为0.5-1份。
根据本发明，优选的，所述的含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的分子式为：[R-N((EO)m)2-(CH2)n–N((EO)m)2-R]2X，m＝1-5的整数，n＝2、4、6，R＝C8-C18，X为Cl-或Br-，EO为乙氧基。
根据本发明，优选的，所述的非离子表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯和/或失水山梨醇脂肪酸酯。
根据本发明，优选的，所述的脂肪酸聚氧乙烯酯为蓖麻油聚氧乙烯酯，更优选为EL-10。
所述的失水山梨醇脂肪酸酯为S-20、S-40、S-60或S-80。
根据本发明，优选的，所述的非离子表面活性剂均具有不溶于水而溶于油的特性。
根据本发明，优选的，所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，包括如下质量份的组成：
所述的含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的分子式为[R-N((EO)m)2-(CH2)n–N((EO)m)2-R]2X，m＝1-3的整数，n＝2，R＝C12-C14，X为Cl-或Br-，EO为乙氧基。
根据本发明，优选的，所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，包括如下质量份的组成：
本发明的原理：
本发明采用含乙氧基的Gemini型阳离子表面活性剂作为改善润湿性主要成分之一，由于自身含有乙氧基，克服了需要靠非离子表面活性剂调节吸附量和水润性的弱点，解决了表面张力高，返排率低的问题。油溶性表面活性剂作为另一重要主剂，发挥高亲油的活性目的，由两类表面活性剂，加上助剂进行复配实现微乳的效果。
本发明微乳液使用质量浓度：0.3～3wt％，可以直接与其他添加剂一并加入到油气田注入液中。
本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明的微乳剂所使用的含乙氧基Gemini季铵盐阳离子表面活性剂结构中含有乙氧基，与常规Gemini季铵盐阳离子表面活性剂相比，减少在岩心上吸附；靠结构中y值大小调节接触角，所使用的油溶性非离子表面活性剂具有强亲油功效，综合成本低。
2、本发明所用的助剂为C1～C4的低级脂肪醇，醇类具有助溶作用，可增加微乳剂各部分互溶性，提高表面活性剂的分散性能，且加入醇后与表面活性剂形成混合膜，改善了界面柔性，辅助微乳形成，柠檬酸具有螯合作用，柠檬酸的加入使得微乳剂的稳定性提高。
3、本发明涉及的微乳液本身为油性和水性表面活性剂组成，具有与油-水混溶的特性，可将地层润湿状况改善为中性弱亲水，明显降低工作液的表面张力，表面张力改善至25-28mN/m，从而降低毛管压力，解除水锁，降低启动压差，有助于工作液的返排，返排效率明显提高，使地层免受工作液的伤害，达到油气井增产稳定的效果。
4、本发明微乳剂使用质量浓度仅为0.3％～3％，用量极少，可以直接与其他添加剂一并加入到油气田注入液中，与其它添加剂互溶，配伍性好，易分散。
5、本发明由于非离子表面活性剂为水不溶的，即微乳液中油相，在任何时候均是微乳状态；所使用的非离子表面活性剂均为可以生物降解的物质，无毒，返排液对环境危害小。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料，市购产品。
实施例1
一种用于提高压裂液返排率的微乳液，包括如下组成：
25g含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂，分子式为[C12-N(EO)2-(CH2)2–N(EO)2-C12]2Cl；20g S80和20g EL-10的混合物，34g乙醇和1g柠檬酸。
制备步骤如下：
常温下加入含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂、乙醇和柠檬酸，搅拌下加入S80和EL-10，混合均匀，得到均匀透明的体系即为微乳液产品。
本实施例的微乳剂的性能参数如下：
岩芯1为强亲水性岩芯，水与岩芯1表面接触角为22.8°，用含1wt％微乳液的处理液浸泡亲水岩芯1后，水与岩芯1的接触角为78.5°；
岩芯2为强亲油性岩芯，水与岩芯2表面接触角为168.3°，用含1wt％微乳剂的处理液浸泡亲油岩芯2后，水与岩芯2的接触角为85.4°，表面张力为25.5mN/m。
采用30-50目石英砂填充管模拟返排率，结果为返排率提高了28.4％。
实施例2
一种用于提高压裂液返排率的微乳液，包括如下组成：
50g含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂，分子式为[C14-N((EO)2)2-(CH2)2–N((EO)2)2-C14]2Cl；15g S20和10g EL-10的混合物，24.5g异丙醇和0.5g柠檬酸。
制备步骤如下：
常温下加入含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂、异丙醇和柠檬酸，搅拌下加入S20和EL-10，混合均匀，得到均匀透明的体系即为微乳液产品。
本实施的微乳剂的性能参数如下：
岩芯3为强亲水性岩芯，水与岩芯3表面接触角为31.6°，用含0.5wt％微乳液的处理液浸泡亲水岩芯3后，测得水与岩芯3的接触角为85.6°；
岩芯2为强亲油性岩芯，用含0.5wt％微乳液的处理液浸泡亲油岩芯2后，水与岩芯的接触角为80.9°，表面张力为25.8mN/m。
采用30-50目石英砂填充管模拟返排率，结果为返排率提高了19.8％。
实施例3
一种用于提高压裂液返排率的微乳液，包括如下组成：
15g含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂，分子式为[C14-N((EO)3)2-(CH2)2–N((EO)3)2-C14]2Br；45g S-40，39g正丁醇和1g柠檬酸。
制备步骤如下：
常温下加入含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂、正丁醇和柠檬酸，搅拌下加入S-40，混合均匀，得到均匀透明的体系即为微乳液产品。
本实施的微乳液的性能参数如下：
岩芯1为强亲水性岩芯，水与岩芯1表面接触角为22.8°，用含1wt％微乳液的处理液浸泡亲水岩芯1后，水与岩芯1的接触角为82.5°；
岩芯2为强亲油性岩芯，水与岩芯2表面接触角为168.3°，用含1wt％微乳液的处理液浸泡亲油岩芯2后，水与岩芯2的接触角为90.4°，表面张力为27.5mN/m。
采用30-50目石英砂填充管模拟返排率，结果为返排率提高了18.6％。
对比例1
微乳液组成同实施例3，不同的是Gemini季铵盐阳离子表面活性剂不含乙氧基，分子式为[C14-N((CH3)2)2-(CH2)2–N((CH3)2)2-C14]2Br。
本实施的微乳液的性能参数如下：
岩芯1为强亲水性岩芯，水与岩芯1表面接触角22.8°，用含1wt％微乳液的处理液浸泡亲水岩芯1后，水与岩芯1的接触角为110°；
岩芯2为强亲油性岩芯，水与岩芯2表面接触角为168.3°，用含1wt％微乳液的处理液浸泡亲油岩芯2后，水与岩芯2的接触角为120°，表面张力为32.5mN/m。
采用30-50目石英砂填充管模拟返排率，结果为返排率提高了2.8％。

Claims (7)

1.一种用于提高压裂液返排率的微乳液，其特征在于，该微乳液包括如下质量份的组成：
含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂 30-50份
非离子表面活性剂 15-60份
助剂 25-40份，
所述的助剂为C1～C4的醇；
所述的含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的分子式为：[R-N（(EO)m）2-(CH2)n–N（(EO) m）2- R]2X，m=1-5的整数，n=2、4、6，R=C8-C18，X为Cl-或Br-，EO为乙氧基；
所述的非离子表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯和/或失水山梨醇脂肪酸酯。
2.根据权利要求1所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，其特征在于，包括如下质量份的组成：
含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂 15-25份
非离子表面活性剂 40-50份
助剂 28-35份。
3.根据权利要求1所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，其特征在于，还包括0.5-2质量份的柠檬酸。
4.根据权利要求1所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，其特征在于，所述的脂肪酸聚氧乙烯酯为蓖麻油聚氧乙烯酯。
5.根据权利要求1所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，其特征在于，所述的失水山梨醇脂肪酸酯为S-20、S-40、S-60或S-80。
6.根据权利要求1所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，其特征在于，包括如下质量份的组成：
含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂 18-25份
失水山梨醇脂肪酸酯 40-50份
乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇或丁醇 28-35份
柠檬酸 0.5-1份；
所述的含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的分子式为[R-N（(EO)m）2-(CH2)n–N（(EO) m）2- R]2X，m=1-3的整数，n=2，R=C12-C14，X为Cl-或Br-，EO为乙氧基。
7.根据权利要求1所述的用于提高压裂液返排率的微乳液，其特征在于，包括如下质量份的组成：
含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂 20份
S20和 EL-10 按1：（1-2）质量比混合 40-50份
乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇或丁醇 28-35份
柠檬酸 0.5-1份；
所述的含乙氧基的Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的分子式为[R-N（(EO)m）2-(CH2)n–N（(EO) m）2- R]2X，m=1-3的整数，n=2，R=C12-C14，X为Cl-或Br-，EO为乙氧基。
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