CN109735319B

CN109735319B - 一种高密度水基清洁(ves)压裂液及其稠化剂的制备方法

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Publication number: CN109735319B
Application number: CN201910054916.8A
Authority: CN
Inventors: 杨小江; 毛金成; 张阳; 张文龙
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: CN109735319A

Abstract

本发明涉及一种高密度水基清洁压裂液及其稠化剂的制备方法，该方法不仅满足目前高压、超高压储层水力压裂的要求，而且压裂液体系采用黏弹性表面活性剂(VES)为稠化剂，破胶后无残渣，可以有效解决聚合物压裂液破胶后残渣伤害地层的问题。所述加重压裂液所用稠化剂为一种Gemini型磺基甜菜碱VES，基于该稠化剂分子，本发明还提供了一种加重压裂液体系的配制方法，所制备的加重压裂液体系由3.5～4.5％的稠化剂，20～66％的甲酸盐加重剂和余量的水组成，密度可以达到1.2～1.35g/cm³，而且在140℃、170s^‑1测试条件下，黏度可以保持在45mPa·s以上，完全满足行业标准大于25mPa·s的要求，而且破胶后残渣含量为0，有利于降低破胶液残渣对地层的伤害。

Description

一种高密度水基清洁(VES)压裂液及其稠化剂的制备方法

技术领域

本发明属于油气田增产改造领域，涉及一种高密度清洁压裂液及其稠化剂的制备方法。

技术背景

在深层、高温、低渗透难动用储层的开发过程中，压裂工艺技术获得了广泛的应用。在压裂施工的过程中，管柱下深大于3000m时极大地增加了液体的摩阻，又因为储层闭合压力高，裂缝窄，给地面泵注设备造成了巨大的负荷，因而排量难以提高，加剧了脱砂的风险；另外，对某些破裂压力梯度高、岩石塑性强的致密油藏而言，多次出现在井口限压内压不开储层的现象，这也是困扰高温深层油气藏开发的重要原因。为此，人们主要从降低液体摩阻和提高静液柱压力两个方面降低施工压力。延缓交联型压裂液可降低施工摩阻，其主要机理是延长交联时间和控制压裂液黏度，能使压裂液的摩阻降低至清水摩阻的35％～50％，施工排量越高降压效果越好，但在低排量下效果有限；而使用加重压裂液可提高井筒液柱压力和作用在层段上的压力，是压开高破裂压力储层最直接、有效的方法。在此基础上提出了加重液体的思路，即通过采用盐类加重压裂液的方式使液柱压力增加，从而降低井口施工压力。

清洁压裂液作为一种以黏弹性表面活性剂为稠化剂的水基压裂液体系，具有低残渣、低摩阻、低伤害特性，研制一种适合于深井、超深井高压地层水力压裂的加重清洁压裂液体系可以有效降低该类储层的施工难度，提高水力压裂增产改造效果，为该类油气藏的开发提供一种安全、高效的压裂液体系，但其难点在于如何得到一种与加重剂配伍的稠化剂(VES)产品。

发明内容

本发明提供了一种与加重剂配伍性良好的VES及其制备方法，并以其为稠化剂的高密度清洁压裂液体系，可以解决目前高压、超高压储层压裂施工地面设备受限及现有压裂液体系储层改造效果差的问题。

本发明的一种技术方案是这样实现的：一种Gemini型磺基甜菜碱VES，其具有以下结构通式：

其中R为碳原子数18-21的不饱和烃链；

本发明的另一种技术方案是这样实现的：一种Gemini型磺基甜菜碱VES的制备方法，包括以下步骤：

(1)将10mmol的伯胺加入到原地烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，在冰水浴条件下加入20mmol的环氧氯丙烷，常温反应12小时，其中n(烷基胺)：n(环氧氯丙烷)＝1:2，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，油泵抽数小时，得到无色高黏透明液中间体A。

(2)将步骤(1)得到的中间体A用200mL四氢呋喃溶解，加入20～21mmol的氢化钠，常温搅拌15～20min，然后将20mmol的1,3-丙烷磺内酯用10mL四氢呋喃充分溶解后，逐滴加入到中间体A和氢化钠的四氢呋喃溶液中，65℃回流12小时，其中n(中间体A)：n(1，3-丙烷磺内酯)＝1:2，反应结束后滴加适量盐酸使溶液呈中性，冷却过滤后减压蒸馏，得到黄褐色中间体B；

(3)将步骤(2)得到的中间体B用300mL的异丙醇溶解，加入20mmol的脂肪酸酰胺丙基二甲基叔胺，其中n(中间体B)：n(脂肪酸酰胺丙基二甲基叔胺)＝1:2，85℃回流12小时后减压蒸馏，得到黄褐色胶状黏弹性表面活性剂。

3.作为一种优选的技术方案，所述伯胺为甲胺、乙胺、丙胺、乙醇胺或异丙醇胺。

4.作为一种优选的技术方案，所述脂肪酸酰胺丙基二甲基叔胺为硬脂酸、油酸、花生酸或芥酸酰胺丙基二甲基叔胺。

5.本发明的另一种技术方案是这样实现的：一种以双子两性黏弹性表面活性剂为稠化剂的加重清洁压裂液体系，按照质量分数包括：1.2～4.5％的稠化剂，25～55％的加重剂，余量的水组成。

6.本发明提供了一种利用脂肪酸酰胺丙基二甲基叔胺制备双子两性黏弹性表面活性剂的方法，以及利用该黏弹性表面活性剂制备加重清洁压裂液的方法，所制备的加重清洁压裂液在140℃、170s-1剪切条件下能够保持友谊的黏弹性，可用于高压或超高压储层的压裂增产改造。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

(1)稠化剂的制备方法简单，原料100％转化，杂质含量少，对产品性能的影响比较小。

(2)所得稠化剂产品耐盐性好，在极度盐浓度下能够保持很好的黏弹性，满足用盐类加重压裂液的要求。

(3)耐温性比较好，可以在高浓度盐水中耐温达到140℃，具有优异的黏弹性，有利于压裂携砂。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为实施例一中加重清洁压裂液体系的高温流变测试结果

附图2为实施例二中加重清洁压裂液体系的高温流变测试结果

附图3为实施例三中加重清洁压裂液体系的高温流变测试结果

附图4为实施例四中加重清洁压裂液体系的高温流变测试结果

附图5为实施例五中加重清洁压裂液体系的高温流变测试结果

附图6为实施例六中加重清洁压裂液体系的高温流变测试结果

附图7为实施例七中加重清洁压裂液体系的高温流变测试结果

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种双子两性黏弹性表面活性剂，其具有以下结构通式：

其中R为碳原子数为18-21的不饱和烃链。

实施例一、

将10mmol的伯胺加入到原地烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，在冰水浴条件下加入20mmol的环氧氯丙烷，常温反应12小时，其中n(甲胺)：n(环氧氯丙烷)＝1:2，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，油泵抽数小时，得到无色高黏透明液中间体A；将中间体A用200mL四氢呋喃溶解，加入20～21mmol的氢化钠，常温搅拌15～20min，然后将20mmol的1,3-丙烷磺内酯用10mL四氢呋喃充分溶解后，逐滴加入到中间体A和氢化钠的四氢呋喃溶液中，65℃回流12小时，其中n(中间体A)：n(1，3-丙烷磺内酯)＝1:2，反应结束后滴加适量盐酸使溶液呈中性，冷却过滤后减压蒸馏，得到黄褐色中间体B；将中间体B用300mL的异丙醇溶解，加入20mmol的油酸酰胺丙基二甲基叔胺，其中n(中间体B)：n(油酸酰胺丙基二甲基叔胺)＝1:2，85℃回流12小时后减压蒸馏，得到黄褐色胶状黏弹性表面活性剂(稠化剂)。

取3.5％的稠化剂、20％的加重剂和余量的自来水配制得到密度为1.11g/cm³的加重清洁压裂液体系，流变测试如附图1所示，在140℃、170s^-1条件下剪切2小时后黏度保持在45mPa·s，完全满足清洁压裂液的最低黏度要求25mPa·s。

实施例二：

将10mmol的伯胺加入到原地烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，在冰水浴条件下加入20mmol的环氧氯丙烷，常温反应12小时，其中n(乙胺)：n(环氧氯丙烷)＝1:2，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，油泵抽数小时，得到无色高黏透明液中间体A；将中间体A用200mL四氢呋喃溶解，加入20～21mmol的氢化钠，常温搅拌15～20min，然后将20mmol的1,3-丙烷磺内酯用10mL四氢呋喃充分溶解后，逐滴加入到中间体A和氢化钠的四氢呋喃溶液中，65℃回流12小时，其中n(中间体A)：n(1，3-丙烷磺内酯)＝1:2，反应结束后滴加适量盐酸使溶液呈中性，冷却过滤后减压蒸馏，得到黄褐色中间体B；将中间体B用300mL的异丙醇溶解，加入20mmol的油酸酰胺丙基二甲基叔胺，其中n(中间体B)：n(油酸酰胺丙基二甲基叔胺)＝1:2，85℃回流12小时后减压蒸馏，得到黄褐色胶状黏弹性表面活性剂(稠化剂)。

取3.5％的稠化剂、20％的加重剂和余量的自来水配制得到密度为1.11g/cm³的加重清洁压裂液体系，流变测试如附图2所示，在140℃、170s^-1条件下剪切2小时后黏度保持在35mPa·s以上，满足清洁压裂液的最低黏度要求25mPa·s。

实施例三：

将10mmol的伯胺加入到原地烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，在冰水浴条件下加入20mmol的环氧氯丙烷，常温反应12小时，其中n(甲胺)：n(环氧氯丙烷)＝1:2，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，油泵抽数小时，得到无色高黏透明液中间体A；将中间体A用200mL四氢呋喃溶解，加入20～21mmol的氢化钠，常温搅拌15～20min，然后将20mmol的1,3-丙烷磺内酯用10mL四氢呋喃充分溶解后，逐滴加入到中间体A和氢化钠的四氢呋喃溶液中，65℃回流12小时，其中n(中间体A)：n(1，3-丙烷磺内酯)＝1:2，反应结束后滴加适量盐酸使溶液呈中性，冷却过滤后减压蒸馏，得到黄褐色中间体B；将中间体B用300mL的异丙醇溶解，加入20mmol的油酸酰胺丙基二甲基叔胺，其中n(中间体B)：n(芥酸酰胺丙基二甲基叔胺)＝1:2，85℃回流12小时后减压蒸馏，得到黄褐色胶状黏弹性表面活性剂(稠化剂)。

取3.5％的稠化剂、20％的加重剂和余量的自来水配制得到密度为1.11g/cm³的加重清洁压裂液体系，流变测试如附图3所示，在140℃、170s^-1条件下剪切2小时后黏度保持在65mPa·s，满足清洁压裂液的最低黏度要求25mPa·s。

实施例四：

将10mmol的伯胺加入到原地烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，在冰水浴条件下加入20mmol的环氧氯丙烷，常温反应12小时，其中n(乙胺)：n(环氧氯丙烷)＝1:2，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，油泵抽数小时，得到无色高黏透明液中间体A；将中间体A用200mL四氢呋喃溶解，加入20～21mmol的氢化钠，常温搅拌15～20min，然后将20mmol的1,3-丙烷磺内酯用10mL四氢呋喃充分溶解后，逐滴加入到中间体A和氢化钠的四氢呋喃溶液中，65℃回流12小时，其中n(中间体A)：n(1，3-丙烷磺内酯)＝1:2，反应结束后滴加适量盐酸使溶液呈中性，冷却过滤后减压蒸馏，得到黄褐色中间体B；将中间体B用300mL的异丙醇溶解，加入20mmol的油酸酰胺丙基二甲基叔胺，其中n(中间体B)：n(芥酸酰胺丙基二甲基叔胺)＝1:2，85℃回流12小时后减压蒸馏，得到黄褐色胶状黏弹性表面活性剂(稠化剂)。

取3.5％的稠化剂、20％的加重剂和余量的自来水配制得到密度为1.11g/cm³的加重清洁压裂液体系，流变测试如附图4所示，在140℃、170s^-1条件下剪切2小时后黏度保持在60mPa·s，满足清洁压裂液的最低黏度要求25mP a·s。

实施例五：

取3.5％的稠化剂、40％的加重剂和余量的自来水配制得到密度为1.20g/cm³的加重清洁压裂液体系，流变测试如附图5所示，在140℃、170s^-1条件下剪切2小时后黏度保持在55mPa·s以上，满足清洁压裂液的最低黏度要求25mPa·s。

实施例六：

取3.5％的稠化剂、66％的加重剂和余量的自来水配制得到密度为1.35g/cm³的加重清洁压裂液体系，流变测试如附图6所示，在140℃、170s^-1条件下剪切2小时后黏度保持在25mPa·s左右，达到清洁压裂液的最低黏度要求25mPa·s。

实施例七：

取4.5％的稠化剂、66％的加重剂和余量的自来水配制得到密度为1.35g/cm³的加重清洁压裂液体系，流变测试如附图7所示，在140℃、170s^-1条件下剪切2小时后黏度保持在45mPa·s以上，满足清洁压裂液的最低黏度要求25mPa·s。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims

1.一种高密度水基清洁压裂液的稠化剂，其特征在于：所述清洁压裂液稠化剂具有以下结构通式：

其中R代表碳原子数为18-21的不饱和烃链；R₁为甲基、乙基、丙基、羟乙基或羟丙基。

2.一种高密度水基清洁压裂液稠化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将10mmol的伯胺加入到圆底烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，在冰水浴条件下加入20mmol的环氧氯丙烷，常温反应12小时，其中n(伯胺)：n(环氧氯丙烷)＝1:2，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，油泵抽数小时，得到无色高黏的透明液中间体A；

3.如权利要求2所述的一种高密度水基清洁压裂液稠化剂的制备方法，所述伯胺为甲胺、乙胺、丙胺、乙醇胺或异丙醇胺。

4.如权利要求2所述的一种高密度水基清洁压裂液稠化剂的制备方法，所述脂肪酸酰胺丙基二甲基叔胺为油酸酰胺丙基二甲基叔胺或芥酸酰胺丙基二甲基叔胺。

5.一种用权利要求1所述稠化剂配制的清洁压裂液，其特征在于，按照质量分数3.5～4.5％的稠化剂，20～66％的加重剂，余量的水组成。