CN107841303B - 一种可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系及其制备方法，该清洁压裂液体系由下述组分按质量百分比组成：阳离子表面活性剂1.0～6.0％；有机酸0.2～1.0％；无机盐0.1～2.0％；两亲聚合物0.1％～1.0％；水98.6～90.0％，制备时先制备超长链脂肪酰胺类阳离子表面活性剂，在将无机盐溶解于水中，然后再依次加入两亲聚合物、有机酸和阳离子表面活性剂，充分搅拌后即可得到超分子清洁压裂液；这种超分子清洁压裂液具有粘度可调控的性质，通过无机酸、碱的加入实现不同的性能要求。同时可以有效压裂地层，配置简单、加药量小、携砂性强、耐温性好，避免了现有常规清洁压裂液体系存在加药量大、耐温性差的问题，提高了压裂效率、降低压裂成本、扩展适用地层条件。
Description
技术领域
本发明涉及酸化压裂用剂技术领域，具体涉及一种可调控超分子清洁压裂液体系及其制备方法。
背景技术
我国油田随着勘探开发时间的延长，常规油气产量不断下降，低渗、特低渗油气资源成为当前油气开发的新热点，低渗透油藏面临着采油速度低、采收率低、储量动用率低、能量补充困难的局面，必须进行大规模压裂才能形成工业产能，才能实现高效开发。清洁压裂液因其分子结构简单、溶解性好、对地层伤害小、破胶性好等一系列优点，在中低温地层已被广泛应用且取得了很好的增产效果，然而在中高温油藏存在表面活性剂用量较大、使用成本较高的问题，利用超分子可以有效的降低表面活性剂的用量，降低使用成本。
超分子体系已经具有几十年的研究历史，是由两个或两个以上的分子通过分子间超分子作用联接起来具有一定结构和功能的实体或聚集体。尤其在表面活性剂方面，利用非共价作用力构筑的超分子表面活性剂具有与传统低聚表面活性剂类似的低临界胶束浓度和高表面活性，并且具有更加多样化以及可调控的聚集体自组装结构。因而在分子结构上十分有利于蠕虫状胶束的形成，同时可以在较低的用量下即可自组装得到高粘弹性流体，具有比传统表面活性剂具有更优异的性能。另一方面，超分子表面活性剂避免了结构相似的传统低聚表面活性剂繁琐而复杂的合成过程，充分发挥出构筑基元绿色环保、简单快捷的特性赋予了超分子表面活性剂在清洁压裂液研制方面广阔的应用前景。
中国专利CN201510089194.1公开了一种超分子清洁压裂液及其制备方法与应用，但其合成工艺复杂、耐温性能不佳。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种可调控超分子清洁压裂液体系及其制备方法，对于低渗特低渗油藏的高效开发具有重要的意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系，所述清洁压裂液体系由下述重量百分比的原料组成：阳离子表面活性剂1.0～6.0％；有机酸0.2～1.0％；无机盐0.1～2.0％；两亲聚合物0.1％～1.0％；余为水。
与现有的超分子清洁压裂液相比，本发明压裂液性能具有可调控性，即在同一温度下，不同pH条件下具有不同的粘弹性，可在不同地层条件下，针对性地调节压裂液性能，以降低压裂液注入时所需能耗，使得同一种压裂液配方具有更强的普遍适用性。
优选的，所述阳离子表面活性剂为超长链脂肪酰胺类阳离子表面活性剂，结构如下：
其中：R为碳数C≥16的饱和与不饱和烷基链。
优选的，所述超长链脂肪酰胺类阳离子表面活性剂的制备方法如下：
将5.0～50.0g脂肪酰胺叔胺与2.5～25.0g碳酸钾放入单口瓶中，加入20.0～100.0mL无水乙醇溶解，升温至50～70℃，缓慢滴加2.0～15.0g溴丙烯，滴加完成后反应7～24h，减压蒸馏得到固体产物。加入丙酮溶解后置于-15～5℃条件静置5～15h，抽滤得白色固体产物。
优选的，所述两亲聚合物为具有无机盐增粘特性的两亲聚合物。
优选的，所述有机酸为具有多个羧酸或磺酸基团的多元有机酸。
与现有的清洁压裂液中使用酸、盐基作用于胶束本体不同，本申请中有机多元酸是作为超分子的一部分存在，其具体作用是与表面活性剂通过非共价作用力形成更加复杂的表面活性剂结构而形成致密胶束，提高增粘性能。
本发明的超分子清洁压裂液具有粘度可调控的性质，通过无机酸、碱的加入实现不同的性能要求，其中，所述调控用无机酸可以为盐酸、硫酸或磷酸，所述调控用无机碱可以为氢氧化钠或氢氧化钾。
本发明还提供了一种可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系的制备方法，包括：
(1)配制矿化度1000mg/L～20000mg/L的矿化水，搅拌10～60分钟，使之完全溶解，得到配制压裂液所需矿化水；
(2)向所配制的矿化水中缓慢0.1～1.0wt％两亲聚合物，搅拌200分钟，溶解完成后加入0.2～1.0wt％的有机多元酸，搅拌5～10分钟，混合均匀，得到混合溶液A；
(3)向溶液A中加入1.0～6.0wt％的阳离子表面活性剂，搅拌10～60分钟，混合均匀，完成可调控超分子清洁压裂液体系的制备。
优选的，所述的两亲聚合物为专利CN201710086348.0实施例1中制备的两亲聚合物产品。
本发明还提供了任一上述的方法制备的可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系。
本发明还提供了任一上述的可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系在中低渗特低渗油藏开发中的应用。
本发明的有益效果
(1)本发明中的这种可调控超分子清洁压裂液体系具有良好的稳定性和普适性。
(2)本发明中的这种可调控超分子清洁压裂液体系中使用有机多元酸作为超分子体系的构筑单元，有机多元酸的存在导致耐温增粘性能显著提高，降低了阳离子表面活性剂的用量。
(3)本发明中的这种可调控超分子清洁压裂液体系可以高效携砂，易于破胶且无残留，有效避免低渗透油藏压裂过程中存在的地层堵塞和吸附伤害，提高压裂效率。
(4)本发明中表面活性剂合成工艺更为简单，聚合物加量更低；相对于芥酸甜菜碱等表面活性剂混合体系，在表面活性剂浓度相同的条件下，耐温性能提高约30℃，例如：表面活性剂浓度为4wt％，两亲聚合物为0.2wt％时，其耐温可以达到110℃。
(5)本发明制备方法简单、压裂效率高、实用性强，易于推广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种可调控超分子清洁压裂液体系及其制备方法，包括如下组分：
按质量百分比计：1.0～6.0％的阳离子表面活性剂，0.2～1.0％的有机多元酸，0.1～2.0％的无机盐，0.1％～1.0％的两亲聚合物，98.6～90.0％的水。
所述阳离子表面活性剂为超长链脂肪酰胺类阳离子表面活性剂，结构如下：
其中：R为碳数C≥16的饱和与不饱和烷基链
超长链脂肪酰胺类阳离子表面活性剂的制备方法如下：
将5.0～50.0g脂肪酰胺叔胺与2.5～25.0g碳酸钾放入单口瓶中，加入20.0～100.0mL无水乙醇溶解，升温至50～70℃，缓慢滴加2.0～15.0g溴丙烯，滴加完成后反应7～24h，减压蒸馏得到固体产物。加入丙酮溶解后置于-15～5℃条件静置5～15h，抽滤得白色固体产物。
所述有机酸为具有多个羧基或磺酸基团的多元有机酸。
所述两亲聚合物为具有无机盐增粘特性的两亲聚合物。
一种可调控超分子清洁压裂液体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量百分比计，配制(重量分数为98.6～90.0％)矿化度1000mg/L～20000mg/L的矿化水，搅拌10～60分钟，使之完全溶解，得到配制压裂液所需矿化水；
(2)向所配制的矿化水中缓慢0.1～1.0wt％两亲聚合物搅拌60～120分钟，溶解完成后加入0.2～1.0wt％的有机多元酸搅拌5～10分钟，混合均匀，得到混合溶液A；
(3)向溶液A中加入1.0～6.0wt％的阳离子表面活性剂，搅拌10～60分钟，混合均匀，完成超分子清洁压裂液体系的制备。
实施例1：
芥酸酰胺丙基烯丙基溴化铵的制备方法：
取芥酸酰胺丙基二甲基叔胺26.0g于单口瓶中，加入40mL无水乙醇作为溶剂，升温至60℃，缓慢滴加8.0g溴丙烯，继续反应12h，减压蒸馏得到黄色粘稠液体，加入丙酮溶解后于0℃冷藏10h析出白色固体，过滤，烘干后得最终产物，产率为85～92％。
实施例2：
配制矿化度为5000mg/L的氯化钠矿化水，搅拌15分钟，使之完全溶解；向配置好的矿化水中加入0.1wt％两亲聚合物(所述的两亲聚合物为专利CN201710086348.0实施例1中制备的两亲聚合物产品)，搅拌200分钟，混合均匀，再加入0.5wt％柠檬酸，搅拌10分钟，混合均匀，获得混合溶液，后加入2.0wt％实施例1制备的芥酸酰胺丙基烯丙基溴化铵，搅拌20分钟，混合均匀，获得超分子清洁压裂液；将清洁压裂液置于流变仪转筒中，在pH＝6.2、90℃、170s-1下剪切120分钟，粘度稳定维持在50～55mPa·s，煤油破胶时间40分钟，破胶液表观粘度为4mPa·s。在pH＝9.4、90℃、170s-1下剪切120分钟，粘度稳定维持在65～70mPa·s，煤油破胶时间45分钟，破胶液表观粘度为4mPa·s。
实施例3：
配制矿化度为10000mg/L的氯化钠矿化水，搅拌15分钟，使之完全溶解；向配置好的矿化水中加入0.1wt％两亲聚合物(所述的两亲聚合物为专利CN201710086348.0实施例1中制备的两亲聚合物产品)，搅拌200分钟，混合均匀，再加入0.8wt％柠檬酸，搅拌10分钟，混合均匀，获得混合溶液，后加入3.0wt％实施例1制备的芥酸酰胺丙基烯丙基溴化铵，搅拌20分钟，混合均匀，获得超分子清洁压裂液；将清洁压裂液置于流变仪转筒中，在pH＝7.1、90℃、170s-1下剪切120分钟，粘度稳定维持在85～90mPa·s，煤油破胶时间55分钟，破胶液表观粘度为5mPa·s。
实施例4：
配制矿化度为5000mg/L的氯化钠矿化水，搅拌15分钟，使之完全溶解；向配置好的矿化水中加入0.2wt％两亲聚合物(所述的两亲聚合物为专利CN201710086348.0实施例1中制备的两亲聚合物产品)，搅拌200分钟，混合均匀，再加入0.6wt％柠檬酸，搅拌10分钟，混合均匀，获得混合溶液，后加入3.0wt％实施例1制备的芥酸酰胺丙基烯丙基溴化铵，搅拌20分钟，混合均匀，获得超分子清洁压裂液；将清洁压裂液置于流变仪转筒中，在pH＝6.2、90℃、170s-1下剪切120分钟，粘度稳定维持在96～100mPa·s，煤油破胶时间145分钟，破胶液表观粘度为11mPa·s。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系，其特征在于，所述清洁压裂液体系由下述重量百分比的原料组成：阳离子表面活性剂1.0~6.0%；有机酸0.2~1.0%；无机盐0.1~2.0%；两亲聚合物0.1%~1.0%；余为水；
所述阳离子表面活性剂为超长链脂肪酰胺类阳离子表面活性剂，结构如下图：
其中：R为碳数C≥16的饱和与不饱和烷基链。
2.如权利要求1所述的体系，其特征在于，所述超长链脂肪酰胺类阳离子表面活性剂的制备方法如下：
将5.0~50.0g脂肪酰胺叔胺与2.5~25.0g碳酸钾放入单口瓶中，加入20.0~100.0mL无水乙醇溶解，升温至50~70℃，缓慢滴加2.0~15.0g溴丙烯，滴加完成后反应7~24h，减压蒸馏得到固体产物；加入丙酮溶解后置于-15~5℃条件静置5~15h，抽滤得白色固体产物。
3.如权利要求1所述的体系，其特征在于，所述两亲聚合物为具有无机盐增粘特性的两亲聚合物。
4.如权利要求1所述的体系，其特征在于，所述有机酸为具有多个羧酸或磺酸基团的多元有机酸。
5.如权利要求1所述的体系，其特征在于，所述可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系中还加入调控用无机酸或无机碱。
6.如权利要求5所述的体系，其特征在于，所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
7.如权利要求5所述的体系，其特征在于，所述无机酸为盐酸、硫酸或磷酸。
8.一种权利要求1-7任一项所述的可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系的制备方法，其特征在于，包括：
1）配制矿化度1000mg/L~20000mg/L的矿化水，搅拌10~60分钟，使之完全溶解，得到配制压裂液所需矿化水；
(2)向所配制的矿化水中缓慢0.1~1.0wt%两亲聚合物搅拌200分钟，溶解完成后加入0.2~1.0wt%的有机多元酸搅拌5~10分钟，混合均匀，得到混合溶液A；
(3)向溶液A中加入1.0 ~6.0wt%的阳离子表面活性剂，搅拌10~60分钟，混合均匀，完成可调控超分子清洁压裂液体系的制备。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的两亲聚合物的制备方法为：准确称取一定量的丙烯酰胺、N,N-二甲基-N-甲基丙烯酰胺基丙基-N-丙烷磺酸内盐、N,N-二甲基十二烷基对乙烯基苄基氯化铵溶于一定量的去离子水中，各聚合单体的摩尔比为AM:DMMPPS:VDAC＝84:15:1，单体的总质量浓度为25％，然后置于250mL三口烧瓶中，不断搅拌使之溶解；将三口烧瓶置于恒温水浴中，通入N2并搅拌0.5小时至溶液澄清；用注射器将引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐溶液注入，引发剂用量为单体总质量的0.05％；升温至40℃，继续通入N2不断搅拌，将三口烧瓶密封放置6小时，最后得透明胶状产物，取出剪成小块，用乙醇沉淀提纯三次，经真空干燥、造粒得两亲聚合物产品。
10.权利要求1-7任一项所述的可调控粘弹性超分子清洁压裂液体系在中低渗特低渗油藏开发中的应用。
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