CN107033867B - 纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液及其制备方法及其应用 - Google Patents

纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液及其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液及其制备方法及其应用，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：羧基纳米纤维素0.05‑0.7％、粘弹性表面活性剂0.5％‑5％，其余为水，本发明还提供了上述含纳米纤维素和粘弹性表面活性剂的压裂液的制备方法。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、堵水调剖领域。

Description

纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液及其制备方法及 其应用
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液及其制备方法及其应用。
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，使用温度较低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、抗高温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纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液，纳米纤维素是一种天然纤维加工成纳米尺寸的材料，它具有环保无毒的优点，本发明的纳米纤维粘弹性表面活性剂复合压裂液具有耐高温、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，本发明提供了一种纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：
羧基纳米纤维素 0.05～0.7％；
粘弹性非离子表面活性剂 0.5～5％；
水 余量。
所述羧基纳米纤维素的羧基取代度为0.1～1.0m mol/g。
羧基纳米纤维素的直径为2-20nm，长度为0.1-30μm。
所述粘弹性非离子表面活性剂为粘弹性氧化胺表面活性剂，粘弹性氧化胺表面活性剂为油酸酰胺丙二胺氧化胺、芥酸酰胺丙二胺氧化胺钠、二聚酸酰胺丙二胺氧化胺中的至少一种。
以该压裂液的重量百分比计，其组成还包括0～8％的盐类物质。
盐类物质为氯化钠、氯化钾、氯化铵中的至少一种。
本发明还提供了一种纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液的制备方法，包括以下步骤：
a、将纳米纤维素加到水中并搅拌均匀；
b、然后加入粘弹性氧化胺表面活性剂，搅拌均匀后，得到所述含纳米纤维素和粘弹性表面活性剂的压裂液。
步骤a中，还加入有盐类物质和添加剂。
添加剂为杀菌剂。
本发明还提供了一种纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合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。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明采用能够在水中形成蠕虫状胶束的粘弹性氧化胺表面活性剂与羧基纳米纤维素交联作用，形成交联网状结构，以得到复合压裂液，羧基纳米纤维素的加入能够改善粘弹性氧化胺表面活性剂的性能，可以降低表面活性剂的用量，同时增加耐温性能；同时应用过程中能够形成的滤饼，可以有效降低滤失量。
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
本实施例提供了一种含粘弹性氧化胺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：
芥酸酰胺丙二胺氧化胺表面活性剂 2.8％；
余量为水。
该压裂液的制备方法包括以下步骤：
常温下将芥酸酰胺丙二胺氧化胺加入水中，搅拌，即可得到压裂液。
含粘弹性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中温70℃，不同剪切速率下的粘度(单位为mPa·s)，粘度数据如表1所示。在高温150℃下100s-1下的粘度见表2。
实施例1
本实施例提供了一种纳米纤维素和粘弹性非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：
芥酸酰胺丙二胺氧化胺表面活性剂 2.8％；
未改性纳米纤维素 0.3％；
余量为水。
上述未改性纳米纤维素为含羟基集团，其直径10-15nm，长度为1-10μm，纯度在99％以上。
该压裂液的制备方法包括以下步骤：
常温下将纳米纤维素加入水中，搅拌均匀，然后加入表面活性剂，搅拌均匀即可得到含纳米纤维素的粘弹性表面活性剂压裂液。
压裂液的性能评价：
采用RS600流变仪测试压裂液在中温70℃，不同剪切速率下的粘度(单位为mPa·s)，粘度数据如表1所示；在高温150℃下100s-1下的粘度见表2。
实施例2
本实施例提供了一种含纳米纤维素和粘弹性非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：
芥酸酰胺丙二胺氧化胺表面活性剂 2.8％；
羧基纳米纤维素 0.3％；
余量为水。
上述羧基纳米纤维素，其直径10-15nm，长度为1-10μm，纯度在99％以上，羧基取代度为0.732m mol/g。
该压裂液的制备方法包括以下步骤：
常温下将纳米纤维素加入水中，搅拌均匀，然后加入表面活性剂，搅拌均匀即可得到含纳米纤维素的粘弹性表面活性剂压裂液。
压裂液的性能评价：
该压裂液的制备方法如例1，粘度数据如表1所示；在高温150℃下100s-1下的粘度见表2。
实施例3
本实施例提供了一种含纳米纤维素和粘弹性非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：
芥酸酰胺丙二胺氧化胺表面活性剂 2.8％；
阳离子改性纳米纤维素 0.3％；
余量为水。
上述阳离子改性纳米纤维素，其直径4-7nm，平均粒径100nm，Zeta电位32.26mV，纯度在99％以上。
该压裂液的制备方法如例1，粘度数据如表1所示；在高温150℃下100s-1下的粘度见表2。
表1在70℃中温不同剪切速率下的粘度
剪切速率(s<sup>-1</sup>) 对比例 实施例1 实施例2 实施例3
0.1 320 300 3380 290
10 54 40 335 50
100 30 20 97 22
从表1中可以看出，实施例2加入羧基纳米纤维素可以大大增加液体的粘度，尤其是在低剪切速率下，而实施例1加入常规羟基纳米纤维素和实施例3加入阳离子改性纳米纤维素增加液体粘度的效果都不好。
表2在150℃高温100s-1剪切速率下的粘度
对比例 实施例1 实施例2 实施例3
5 5 50 4
从表2中可以看出，实施例2加入羧基纳米纤维素可以大大增加液体在高温下的粘度，满足携砂要求的最低要求粘度，而实施例1常规羟基纳米纤维素和实施例3阳离子改性纳米纤维素增加液体粘度的无效果。
实施例4
本实施例进一步提供了一种含纳米纤维素和上述粘弹性非离子表面活性剂同系物的液体混合物案例，其制备方法同案例1，组成和粘度如下表3.
表3.表面活性剂与含羧基纳米纤维素复合液的粘度(mPa.s)(剪切速率100s-1)
Figure BDA0001268453000000051
上述羧基纳米纤维素，其直径为2-20nm，长度为0.1-30μm，纯度在99％以上，羧基取代度为0.1～1.0m mol/g。
可以看出，加入羧基纳米纤维素后，油酸酰胺丙二胺氧化胺和二聚酸酰胺丙二胺氧化胺粘度都增大很多。
实施例5
只有某些特殊表面活性剂才有与羧基纳米纤维素作用增稠作用，例如表4阴离子型粘弹性表面活性剂与纳米纤维素复合液粘度如下。
表4.阴离子表面活性剂与含纳米纤维素复合液的粘度(mPa.s)(剪切速率100s-1)
Figure BDA0001268453000000061
可以看出，加入纳米纤维素后，加入油酸酰胺磺酸钠粘弹性表面活性剂后，液体粘度不但没有像上述的烷基氧化胺粘度混合后增大，反而粘度下降，因此，只有部分特殊的表面活性剂才有此性能。
当然，在本发明的制备方法中，将纳米纤维素加入水中的同时加入杀菌剂，能够有效的抑制细菌生长，可同时加入0～8％的盐类物质(氯化钠、氯化钾、氯化铵中的至少一种)，防止粘土膨胀。
本发明制备的纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液应用在油气田开发中的压裂液、完井液、堵水调剖领域，具有非常好的抗高温效果。

Claims (8)

1.纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液，其特征在于，以该压裂液的重量百分比计，其组成包括：
羧基纳米纤维素 0.05～0.7％；
粘弹性非离子表面活性剂 0.5～5％；
水 余量；
所述粘弹性非离子表面活性剂为粘弹性氧化胺表面活性剂，粘弹性氧化胺表面活性剂为油酸酰胺丙基氧化胺、芥酸酰胺丙基氧化胺、二聚酸酰胺丙基氧化胺中的至少一种；
以该压裂液的重量百分比计，其组成还包括0～8％的盐类物质。
2.根据权利要求1所述的复合压裂液，其特征在于，所述羧基纳米纤维素的羧基取代度为0.1～1.0m mol/g。
3.根据权利要求2所述的复合压裂液，其特征在于，羧基纳米纤维素的直径为2-20nm，长度为0.1-30μm。
4.根据权利要求1所述的复合压裂液，其特征在于，盐类物质为氯化钠、氯化钾、氯化铵中的至少一种。
5.纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将纳米纤维素加到水中并搅拌均匀；
b、然后加入粘弹性氧化胺表面活性剂，搅拌均匀后，得到所述含纳米纤维素和粘弹性表面活性剂的压裂液。
6.根据权利要求5所述的复合压裂液的制备方法，其特征在于，步骤a中，还加入有盐类物质和添加剂。
7.根据权利要求6所述的复合压裂液的制备方法，其特征在于，添加剂为杀菌剂。
8.权利要求1至4任一项所述纳米纤维素与粘弹性表面活性剂复合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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