CN109233786B - 一种耐高温清洁压裂液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温清洁压裂液及其制备方法，属石油行业采油工程技术领域。本发明以有机酸与N,N‑二甲氨基类化合物为原料反应合成酰胺中间体，以氨水、环氧氯丙烷为原料反应合成氯胺中间体，将以上两步合成的中间体再反应合成三子表面活性剂，然后将三子表面活性剂的水溶液与氯化铵溶液按一定比例搅拌即可得到耐高温清洁压裂液。与传统的压裂液相比，该清洁压裂液耐温性能好，携砂性能好，无需加入破胶剂，无需返排，便于使用。

Description

一种耐高温清洁压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温清洁压裂液及其制备方法，属石油行业采油工程技术领域。
背景技术
与传统的水基植物胶压裂液相比，清洁压裂液在破胶、携砂和保护油气层等性能上更具优势，解决了传统水基植物胶压裂液给地层带来的累计损害等问题，实现了长期开采的目的，是新一代压裂液发展重点。但随着油田逐渐向深层、高温、低渗透油气藏的转移，清洁压裂液逐渐表现出两大问题：①产品的耐温性无法满足高温油气藏的使用要求，②合成方法苛刻，生产成本高。因此，开发出既能保持易破胶、对地层伤害小等优点，同时又能显著提高耐温性，且生产成本低的清洁压裂液对我国经济的增长和油气层的保护有重要意义。
目前关于清洁压裂液的研究已有一些报道，例如文献(“精细化工”，2014，31卷，12期，66-70)公开了一种清洁压裂液及其制备方法，它是以十八叔胺与1,6-二溴正己烷为原料合成一种阳离子双子表面活性剂，将所合成的阳离子双子表面活性剂再与水杨酸钠、氯化钾形成清洁压裂液；但是该清洁压裂液的耐温性能不高，仅适用于110℃左右地层，无法满足高温油气田的使用要求。CN 103525391 A用两性双子表面活性剂、磺酸盐或硫酸盐助表面活性剂、低碳小分子醇助排剂配制了一种清洁压裂液。虽然该清洁压裂液的耐温性能好，但是其制备过程繁琐，成本较高，因此，难以在油田进行大规模的推广应用。
发明内容
本发明目的是提供一种耐高温的清洁压裂液；另一目的在于提供其制备方法。
为实现本发明目的，本发明技术方案如下：
所述耐高温清洁压裂液通过如下方法制备而成：
1)将三种有机酸与N,N-二甲氨基类化合物混合均匀后，加入固体超强碱催化剂，加热至90-130℃，反应得到酰胺中间体；
2)将氨水和环氧氯丙烷混合均匀后，加入三氟胺催化剂，在20℃-25℃反应，然后升温30℃-35℃反应得到氯胺中间体；
3)将得到的酰胺中间体与氯胺中间体在无水乙醇中混合均匀，升温至回流，反应，得到三子表面活性剂；
4)将三子表面活性剂配成质量浓度为1-5％的水溶液，与质量浓度为10-25％的氯化铵溶液按10-25:1质量比进行搅拌得到耐高温清洁压裂液；
所述有机酸选：甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸、苯甲酸、环己甲酸或C14-22的饱和脂肪酸或C14-22不饱和脂肪酸。
所述的N,N-二甲氨基类化合物的结构式为：
Figure BDA0001844837820000021
所述的固体超强碱催化剂选KF/Al2O3、K/MgO、Na/MgO、K/γ-Al2O3、KNO3/Al2O3、KNO3/ZrO2、Na/NaOH/γ-Al2O3、KCO3/γ-Al2O3或KCO3/ZrO2；
所述有机酸:N,N-二甲氨基类化合物的投料摩尔比选1:1；所述有机酸:固体超强碱催化剂的投料摩尔比选10-50:1；
所述氨水和环氧氯丙烷的投料摩尔比选1:3-10；
所述氨水和三氟胺的投料摩尔比选1:0.1-0.5；
所述酰胺中间体与氯胺中间体的投料摩尔比选3:1。
本发明优点在于：(1)所制备清洁压裂液的耐温性能好，在130℃时仍然保持着良好的性能，能够满足高温油气田的使用要求；(3)本发明的清洁压裂液在配制过程中无需加入添加剂，只需要1种无机盐，配液过程简单，使用方便，成本低；(4)现场使用时可以直接使用地层水进行速配；(5)携砂性能好；(6)无需再加入破胶剂，遇地层油水即可破胶，无残渣，无滤饼，对地层无伤害。
附图说明
图1为本发明清洁压裂液的表观粘度与剪切时间的关系。
具体实施方式
以下的实施案例将对本发明进行更为全面的描述。
实施例1
按摩尔配比：硬脂酸:乙酸:芥酸:4-氨基-N,N-二甲基苯胺:KF/Al2O3＝1:1:1:3:0.1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入硬脂酸、乙酸、芥酸、4-氨基-N，N-二甲基苯胺以及KF/Al2O3，搅拌升温至90℃，保持温度反应8小时，冷却至室温，得到酰胺中间体。
将氨水和环氧氯丙烷按摩尔配比1:5混合均匀后，加入三氟胺催化剂，在25℃反应36h，再在35℃反应3h，蒸馏除去过量的环氧氯丙烷即可得到氯胺中间体。将合成的酰胺中间体用无水乙醇溶解，再滴加到装有氯胺中间体的反应釜中，其中酰胺中间体与氯胺中间体的摩尔配比为3:1，回流反应10h，减压蒸去溶剂即可得到三子表面活性剂。
将三子表面活性剂配成质量浓度为1％水溶液与质量浓度为20％氯化铵溶液按质量比为19:1进行搅拌即可得到耐高温清洁压裂液Y1。
实施例2
按摩尔配比：硬脂酸:苯磺酸:芥酸:2-氨基-N,N-二甲基乙酰胺:KNO3/Al2O3＝1:1:1:3:0.1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入硬脂酸、苯磺酸、芥酸、2-氨基-N,N-二甲基乙酰胺以及KNO3/Al2O3，搅拌升温至110℃，保持温度反应8小时，冷却至室温，得到酰胺中间体。
将氨水和环氧氯丙烷按摩尔配比1:4混合均匀后，加入三氟胺催化剂，在25℃反应48h，再在35℃反应4h，蒸馏除去过量的环氧氯丙烷即可得到氯胺中间体。将合成的酰胺中间体用无水乙醇溶解，再滴加到装有氯胺中间体的反应釜中，其中酰胺中间体与氯胺中间体的摩尔配比为3:1，回流反应12h，减压蒸去溶剂即可得到三子表面活性剂。
将三子表面活性剂配成质量浓度为2％水溶液与质量浓度为20％氯化铵溶液按质量比为10:1进行搅拌即可得到耐高温清洁压裂液Y2。
实施例3
按摩尔配比：硬脂酸:油酸:芥酸:4-甲基-N,N-二甲基苯乙酰胺:KCO3/γ-Al2O3＝1:1:1:3:0.1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入硬脂酸、油酸、芥酸、4-甲基-N,N-二甲基苯乙酰胺以及KCO3/γ-Al2O3，搅拌升温至100℃，保持温度反应8小时，冷却至室温，得到酰胺中间体。
将氨水和环氧氯丙烷按摩尔配比1:6混合均匀后，加入三氟胺催化剂，在25℃反应48h，再在35℃反应5h，蒸馏除去过量的环氧氯丙烷即可得到氯胺中间体。将合成的酰胺中间体用无水乙醇溶解，再滴加到装有氯胺中间体的反应釜中，其中酰胺中间体与氯胺中间体的摩尔配比为3:1，回流反应8h，减压蒸去溶剂即可得到三子表面活性剂。
将三子表面活性剂配成质量浓度为3％水溶液与质量浓度为25％氯化铵溶液按质量比为18:1进行搅拌即可得到耐高温清洁压裂液Y3。
应用例1以清洁压裂液Y1为例对其进行性能评价
清洁压裂液体系属粘弹性表面活性剂压裂体系，其技术标准采用SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》中的表4(粘弹性表活剂压裂液通用技术指标)、SY/5107-2005《水基压裂液性能评价方法》。
1.流变性能
使用RV-20流变仪对清洁压裂液Y1的剪切稳定性进行评价。图1为在130℃下，以170s-1剪切2h的压裂液的粘度变化。由图1可见，在130℃条件下清洁压裂液Y1具有较好的耐剪切能力，粘度随时间变化较小。
通过对清洁压裂液Y1的抗剪切性能测试可知，在一定的剪切速率下其表观粘度随时间的变化不大，下降平缓，无较大波动，因此该清洁压裂液的抗剪切性能良好，能满足油田使用要求。
2.清洁压裂液的携砂性能
采用静态悬砂实验表征清洁压裂液的携砂性能，将压裂液加热至130℃，恒温条件下按质量比加入30％的石英砂，观察下降速度，结果显示静态悬砂2小时无明显沉降。
3.清洁压裂液的破胶性能
该清洁压裂液无需再加入破胶剂，遇地层油水即可破胶，破胶后无残渣，无滤饼，对地层无伤害。室内试验可通过加入煤油使其破胶。

Claims (2)

1.一种耐高温清洁压裂液，其特征在于，通过如下方法制备而成：
1）将三种有机酸与N,N-二甲氨基类化合物混合均匀后，加入固体超强碱催化剂，加热至90-130℃，反应得到酰胺中间体；
2）将氨水和环氧氯丙烷混合均匀后，加入三氟胺催化剂，在20℃-25℃反应，然后升温30℃-35℃反应得到氯胺中间体；
3）将得到的酰胺中间体与氯胺中间体在无水乙醇中混合均匀，升温至回流，反应，得到三子表面活性剂；
4）将三子表面活性剂配成质量浓度为1-5%的水溶液，与质量浓度为10-25%的氯化铵溶液按10-25:1质量比进行搅拌得到耐高温清洁压裂液；
所述有机酸选自：硬脂酸、乙酸和芥酸以摩尔比1:1:1的组合；硬脂酸、苯磺酸和芥酸以摩尔比1:1:1的组合；硬脂酸、油酸和芥酸以摩尔比1:1:1的组合；
所述的N,N-二甲氨基类化合物选自：4-甲基-N,N-二甲基苯乙酰胺、2-氨基-N,N-二甲基乙酰胺或4-氨基-N,N-二甲基苯胺；
所述的固体超强碱催化剂选KF/Al2O3、K/MgO、Na/MgO、K/γ-Al2O3、KNO3/Al2O3、KNO3/ZrO2或Na/NaOH/γ-Al2O3；
所述有机酸: N,N-二甲氨基类化合物的投料摩尔比选1:1；所述有机酸:固体超强碱催化剂的投料摩尔比选10-50:1；所述氨水和环氧氯丙烷的投料摩尔比选1:3-10；所述酰胺中间体与氯胺中间体的投料摩尔比选3:1；所述氨水和三氟胺的投料摩尔比选1:0.1-0.5。
2.制备如权利要求1所述耐高温清洁压裂液的方法，其特征在于，通过如下方法实现：
1）将三种有机酸与N,N-二甲氨基类化合物混合均匀后，加入固体超强碱催化剂，加热至90-130℃，反应得到酰胺中间体；
2）将氨水和环氧氯丙烷混合均匀后，加入三氟胺催化剂，在20℃-25℃反应，然后升温30℃-35℃反应得到氯胺中间体；
3）将得到的酰胺中间体与氯胺中间体在无水乙醇中混合均匀，升温至回流，反应，得到三子表面活性剂；
4）将三子表面活性剂配成质量浓度为1-5%的水溶液，与质量浓度为10-25%的氯化铵溶液按10-25:1质量比进行搅拌得到耐高温清洁压裂液；
所述有机酸选自：硬脂酸、乙酸和芥酸以摩尔比1:1:1的组合；硬脂酸、苯磺酸和芥酸以摩尔比1:1:1的组合；硬脂酸、油酸和芥酸以摩尔比1:1:1的组合；
所述的N,N-二甲氨基类化合物选自：4-甲基-N,N-二甲基苯乙酰胺、2-氨基-N,N-二甲基乙酰胺或4-氨基-N,N-二甲基苯胺；
所述的固体超强碱催化剂选KF/Al2O3、K/MgO、Na/MgO、K/γ-Al2O3、KNO3/Al2O3、KNO3/ZrO2或Na/ NaOH/γ-Al2O3；
所述有机酸: N,N-二甲氨基类化合物的投料摩尔比选1: 1；所述有机酸:固体超强碱催化剂的投料摩尔比选10-50:1；所述氨水和环氧氯丙烷的投料摩尔比选1:3-10；所述氨水和三氟胺的投料摩尔比选1:0.1-0.5；所述酰胺中间体与氯胺中间体的投料摩尔比选3:1。
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