CN107033868A - 纳米材料强化清洁压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米材料强化清洁压裂液及其制备方法，属于油气田开发中的采油化学技术领域，其组分及质量百分比如下：季铵盐类阳离子表面活性剂0.7‑4％；反离子助剂0.5‑2％；纳米材料0.05‑2％以及水余量。先将纳米材料颗粒加入到水中，磁力搅拌60‑90分钟至均匀，然后将溶液放入超声波清洗器中在50℃下超声分散2‑3小时，直至溶液澄清透明，得到纳米颗粒水溶液。以所得纳米颗粒水溶液为基液，分别配制季铵盐阳离子表面活性剂溶液和反离子助剂溶液，最后将两种溶液等体积混合均匀，得到所述的纳米材料强化清洁压裂液。本发明提供的纳米材料强化清洁压裂液，制备方法简单，能够进一步提高压裂液的稠度和粘弹性能，从而达到减少表面活性剂用量，降低成本的目的。

Description

纳米材料强化清洁压裂液及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米材料强化清洁压裂液及其制备方法，属于油气田开发中的采油化学技术领域。

背景技术

在我国低渗油气层中含有丰富的油气储量，但由于较低的自然产能导致其依靠自身能量无法实现有效生产，因此必须通过压裂的方法提高采收率，即在采油的过程中将具有一定特性的流体注入地层，在压力作用下使油层产生裂缝，之后加入支撑剂充填裂缝，以提高油气层的渗透能力从而增加产量。目前油田现场常见的压裂液种类包括，水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液等。随着目前绿色化学的推行，对地层的低伤害，无残留并具有高效能的压裂液成为当前热门研究主题。其中，利用粘弹性表面活性剂(VES)配制成的清洁压裂液具有良好的粘弹性，并且对地层的伤害较低以及无残渣等特点，成为近几年来的研究重点。然而，粘弹性表面活性剂在实际应用中存在着稳定性不足，耐温耐盐性较差，用料成本较高等问题。

为了克服上述问题，研究者们通过探索新型清洁压裂液，或在原有的研究基础上对压裂液进行强化，以得到强度更高稳定性更好的压裂液体系。CN104694114A公开了一种新型超分子清洁压裂液，该压裂液在较低浓度下能够得到较高的稠度和粘弹性，具备较好的流变性和携砂性能。CN103555312A公开了一种纳米复合纤维清洁压裂液以及其制备方法，其包含纳米纤维复合物、纤维分散剂、防膨剂、调理剂和防垢剂，该压裂液中存在一种纤维网络，能够提高压裂液的强度和携砂性能，减缓支撑剂的沉降速率，降低滤失率。CN102093874A公开了一种阴离子型纳米复合压裂液，其产品质量组分包括：阴离子粘弹性表面活性剂3～7份，助表面活性剂：0.05～0.5份，反离子盐：3～10份，纳米颗粒：0.05～0.5份，水100份。该产品具有良好的粘弹性和携砂性能，可以用于50-100℃的地层。CN103387827A公开了一种纳米材料缔合清洁压裂液体系及其在油气田中的应用，该体系包含纳米材料、清洁压裂液和分散助剂液态三元醇。该产品能够在高达130℃的温度下仍可保持一定的体系粘度，有利于其在高温深井油田中的应用。

尽管目前针对清洁压裂液所进行的研究能够对其现状和缺点进行改善，但却依然存在适用范围较低，相应的成本较高，无法大规模应用等缺点。

发明内容

鉴于上述清洁压裂液存在的问题，本发明提出了一种纳米材料强化清洁压裂液，其制备方法简单，能够进一步提高压裂液的稠度和粘弹性能，从而达到减少表面活性剂用量，降低成本的目的。

本发明提供一种纳米材料强化清洁压裂液，其原料组分及质量百分比为：季铵盐类阳离子表面活性剂0.7-4％；反离子助剂0.5-2％；纳米材料0.05-2％以及水余量，总量为100％。

在上述纳米材料强化清洁压裂液中，季铵盐类阳离子表面活性剂为烷基三甲基铵盐型、二烷基二甲基铵盐型以及烷基二甲基苄基铵型表面活性剂中的一种。

在上述纳米材料强化清洁压裂液中，纳米材料为亲水性SiO₂纳米颗粒。

进一步的，亲水性SiO₂纳米颗粒粒径为7-40nm。

在上述纳米材料强化清洁压裂液中，反离子助剂为氯化钠、硝酸钠、氯化钾、水杨酸钠、对甲苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种。

本发明提供了纳米材料强化清洁压裂液的制备方法，包括以下步骤：

先将纳米材料加入到水中，磁力搅拌60-90分钟至均匀，然后将溶液放入超声波清洗器中在50℃下超声分散2-3小时，直至溶液澄清透明，得到纳米材料水溶液。

以所得纳米材料水溶液为基液，分别配制季铵盐类阳离子表面活性剂溶液和反离子助剂溶液，最后将两种溶液等体积混合均匀，得到所述的纳米材料强化清洁压裂液。

本发明提供的纳米材料强化清洁压裂液及其制备方法，能在现有清洁压裂液的基础下，进一步提高压裂液的稠度和粘弹性能，从而达到减少表面活性剂用量，降低成本的目的。

本发明采用的季铵盐类阳离子表面活性剂在反离子助剂的作用下形成具有一定粘弹性的大分子蠕虫状胶束，尺寸为7-40nm的亲水性SiO₂纳米颗粒由于其具有较高的比表面积，能够吸附溶液中的表面活性剂胶束分子，形成一种胶束-纳米颗粒交联结构。此外，纳米颗粒强烈的吸附作用能够屏蔽胶束之间的静电排斥作用，促使胶束之间相互缠绕，达到提高压裂液稠度和粘弹性能的目的。

附图说明

图1为实施例4中实施例1所述的纳米材料强化清洁压裂液的稳态剪切粘度测试结果。

图2为实施例5中实施例1所述的纳米材料强化清洁压裂液的粘弹性测试结果。

具体实施方式

为了进一步对本发明的特征和效果进行理解，下面结合实施例和附图对发明进行进一步描述，但本发明并不受限于以下实例。

实施例1

本实施例提供了一种纳米材料强化清洁压裂液，其组分及质量百分比含量如下：

十六烷基三甲基溴化铵1.8％；水杨酸钠0.9％；粒径为7-40nm的亲水性SiO₂纳米颗粒0.1％以及水余量。

本实施例的纳米材料强化清洁压裂液按照以下方法制备，步骤如下：

先将亲水性SiO₂纳米颗粒0.5g加入到500ml水中，磁力搅拌60分钟至均匀，然后将溶液放入超声波清洗器中在50℃下超声分散2小时，直至溶液澄清透明，得到质量分数为0.1％的SiO₂水溶液。

取200ml质量分数为0.1％的SiO₂水溶液为基液，加入十六烷基三甲基溴化铵7.2g，放入温度为45℃的水浴锅内进行充分溶解，制备成质量分数为3.6％的十六烷基三甲基溴化铵溶液。

取200ml质量分数为0.1％的SiO₂水溶液为基液，加入水杨酸钠3.6g，充分溶解后，制备成质量分数为1.8％的水杨酸钠溶液。

最后将两种溶液等体积混合均匀，得到所述的纳米材料强化清洁压裂液400ml。

实施例2

本实施例提供了一种纳米材料强化清洁压裂液，其组分及质量百分比含量如下：

十六烷基三甲基氯化铵1.5％；硝酸钠0.7％；粒径为7-40nm的亲水性SiO₂纳米颗粒0.2％以及水余量。

本实施例的纳米材料强化清洁压裂液按照以下方法制备，步骤如下：

先将亲水性SiO₂纳米颗粒1.0g加入到500ml水中，磁力搅拌60分钟至均匀，然后将溶液放入超声波清洗器中在50℃下超声分散3小时，直至溶液澄清透明，得到质量分数为0.2％的SiO₂水溶液。

取200ml质量分数为0.2％的SiO₂水溶液为基液，加入十六烷基三甲基氯化铵6.0g，放入温度为45℃的水浴锅内进行充分溶解，制备成质量分数为3.0％的十六烷基三甲基氯化铵溶液。

取200ml质量分数为0.2％的SiO₂水溶液为基液，加入硝酸钠2.8g，充分溶解后，制备成质量分数为1.4％的硝酸钠溶液。

最后将两种溶液等体积混合均匀，得到所述的纳米材料强化清洁压裂液400ml。

实施例3

本实施例提供了一种纳米材料强化清洁压裂液，其组分及质量百分比含量如下：

十二烷基二甲基苄基氯化铵2.0％；对甲苯磺酸钠1.0％；粒径为7-40nm的亲水性SiO₂纳米颗粒0.3％以及水余量。

本实施例的纳米材料强化清洁压裂液按照以下方法制备，步骤如下：

先将亲水性SiO₂纳米颗粒1.5g加入到500ml水中，磁力搅拌60分钟至均匀，然后将溶液放入超声波清洗器中在50℃下超声分散3小时，直至溶液澄清透明，得到质量分数为0.3％的SiO₂水溶液。

取200ml质量分数为0.3％的SiO₂水溶液为基液，加入十二烷基二甲基苄基氯化铵8.0g，放入温度为45℃的水浴锅内进行充分溶解，制备成质量分数为4.0％的十二烷基二甲基苄基氯化铵溶液。

取200ml质量分数为0.3％的SiO₂水溶液为基液，加入对甲苯磺酸钠4.0g，充分溶解后，制备成质量分数为2.0％的对甲苯磺酸钠溶液。

最后将两种溶液等体积混合均匀，得到所述的纳米材料强化清洁压裂液400ml。

实施例4

采用上述实施例1中的纳米材料强化清洁压裂液进行稳态剪切粘度测试。

采用Haake Mars 60流变仪测试上述纳米材料强化清洁压裂液在25℃下的稳态剪切粘度，测试结果如图1所示。

由图1可以看出，实施例1所述的纳米材料强化清洁压裂液在低剪切速率下剪切粘度基本保持不变，出现平台值，这是由于在低剪切粘度下，压裂液中胶束的网状结构能保持相对的稳定。随着剪切速率的增加，压裂液粘度开始下降，表现出剪切变稀的现象，这是因为高速剪切使得胶束网状结构发生破坏。

实施例5

采用实施例1所述的纳米材料强化清洁压裂液进行粘弹性测试。采用Haake Mars60流变仪测试纳米材料强化清洁压裂液在25℃下的粘弹性，测试结果如图2所示。可以看出，实施例1所述的纳米材料强化清洁压裂液表现出良好的粘弹性能。

Claims (6)

1.纳米材料强化清洁压裂液，其特征在于，其组分及质量百分比含量如下：

季铵盐类阳离子表面活性剂0.7-4％；反离子助剂0.5-2％；纳米材料0.05-2％以及水余量，总量为100％。

2.根据权利要求1所述的纳米材料强化清洁压裂液，其特征在于，所述的季铵盐类阳离子表面活性剂为烷基三甲基铵盐型、二烷基二甲基铵盐型以及烷基二甲基苄基铵型表面活性剂中的一种。

3.根据权利要求1所述的纳米材料强化清洁压裂液，其特征在于，所述的纳米材料为亲水性SiO₂纳米颗粒。

4.根据权利要求3所述的纳米材料强化清洁压裂液，其特征在于，所述的亲水性SiO₂纳米颗粒粒径为7-40nm。

5.根据权利要求1所述的纳米材料强化清洁压裂液，其特征在于，所述的反离子助剂为氯化钠、硝酸钠、氯化钾、水杨酸钠、对甲苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种。

6.根据权利要求1-6任一项所述的纳米材料强化清洁压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

先将纳米材料加入到水中，磁力搅拌60-90分钟至均匀，然后将溶液放入超声波清洗器中在50℃下超声分散2-3小时，直至溶液澄清透明，得到纳米材料水溶液；

以所得纳米材料水溶液为基液，分别配制季铵盐类阳离子表面活性剂溶液和反离子助剂溶液，最后将两种溶液等体积混合均匀，得到所述的纳米材料强化清洁压裂液。