CN110003878B - 一种清洁压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液 - Google Patents

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CN110003878B CN201910340542.6A CN201910340542A CN110003878B CN 110003878 B CN110003878 B CN 110003878B CN 201910340542 A CN201910340542 A CN 201910340542A CN 110003878 B CN110003878 B CN 110003878B
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Abstract

本发明涉及压裂液技术领域，特别涉及一种清洁压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液。其中表面活性剂为烷基多苷，烷基多苷中烷基为C8～C14的烷基，平均聚合度1.8‑4.5。以烷基多苷配制的压裂液能提高采收率，高速配液时不产生泡沫，溶胀时间短，简化了压裂液的现场配制工艺，能够满足高排量施工需求，配置简单，不含聚合物，能够有效的携带岩砂，很好的改善油气层的导流能力。

Description

一种清洁压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液
技术领域
本发明涉及压裂液技术领域，特别涉及一种压裂液用表面活性剂及其制备方法及压裂液。
背景技术
压裂液是流体矿(气、汽、油、淡水、盐水、热水等)在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力(如水力等)压裂措施时所用的液体。
压裂液的性能要求：黏度高，润滑性好，滤失量小，低摩阻，对被压裂的流体层无堵塞及损害，对流体矿无污染，热稳定性及剪切稳定性能好、低残渣、配伍性好、破胶迅速、货源广，便于配制，经济合理。
烷基多苷也叫烷基糖苷，简称APG，是由可再生资源天然脂肪醇和葡萄糖合成的，是一种性能较全面的新型非离子表面活性剂，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性,具有高表面活性、良好的生态安全性和相溶性，是国际公认的首选"绿色"功能性表面活性剂。
烷基多糖苷表面张力低、无浊点、HLB值可调、湿润力强、去污力强、泡沫丰富细腻、配伍性强、无毒、无害、对皮肤无刺激，生物降解迅速彻底，可与任何类型表面活性剂复配，协同效应明显。具有较强的广谱抗菌活性，产品增稠效果显著、易于稀释、无凝胶现象，使用方便。而且耐强碱、耐强酸、耐硬水、抗盐性强。APG在产品安全性(不含有毒副产物二恶烷)，温和性和抗菌性具有优势，顺应未来个人护理品的发展方向，将替代现有石油基表面活性剂成为主流表面活性剂。
APG具有降低水活度、改变页岩孔隙流体流动状态的作用，因此可作为抑制剂使用。加入到钻井液有润滑性好、抑制能力强、抗污染能力强及良好的储层保护作用。APG能与其他水溶性聚合物相互作用而达到最佳降滤失效果。可以拓宽天然聚合物钻井液使用的温度限定范围，且可生物降解，有利于环境保护。
现有压裂液一是溶胀时间长。稠化剂均为干粉，配制时完全溶胀需要15-40min，在使用高效的配液设备前提下，配制速度低。二是添加剂种类多；配制工艺复杂。三是泡沫多；体系在高速配制时会产生大量的泡沫，频繁出现泵车抽空供液不足的情况，难以满足高排量施工需求。
该清洁压裂液，高速配液时不产生泡沫，溶胀时间短，简化了压裂液的现场配制工艺，能够满足高排量施工需求。本发明所提供的压裂液，具有适宜的粘度，遇到油分子后，粘度会减小，高速配液时不产生泡沫，无残渣，利于后续的返排，不会污染地层。配置简单，不含聚合物，能够有效的携带岩砂，很好的改善油气层的导流能力。
发明内容
本发明提供一种清洁压裂液用表面活性剂。用以解决上述技术问题。
一种清洁压裂液用的表面活性剂，
所述的表面活性剂为烷基多苷，
其特征在于，
所述的烷基多苷中
烷基为C8～C14的烷基，平均聚合度1.8-4.5。
优选的，
所述的烷基多苷中烷基为C8～C14的直链或支链烷基。
优选的，
所述的烷基多苷由烷基和葡萄糖、果糖、蔗糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖、甘露糖中的一种或几种反应制成。
优选的，
所述的烷基多苷中烷基为C10～C12的烷基。
优选的，
所述的烷基多苷为十二烷基半乳糖苷。
优选的，
所述的烷基多苷为十四烷基甘露糖苷。
一种清洁压裂液用的表面活性剂的制备方法，其特征在于，制备过程为：
在高压反应器内按重量比为第一比重的烷基醇和糖类化合物反应，酸性催化剂适量，搅拌器的搅拌速度为150-200r/min，反应温度为110-120℃，反应压力为4.5-6Kpa，反应时间5-6h，反应完毕后用碱液中和，再真空蒸馏去除过量醇，过滤分离即得无色或淡黄色透明液体产物烷基多苷；
所述酸性催化剂为十二烷基苯磺酸、硫酸、磷酸、对甲苯磺酸中的一种或几种。
一种清洁压裂液，其特征在于，由如下重量份组成：
烷基多苷：8-12份，甜菜碱类物质：12-18份，石墨烯12-15份，
氯化钾：8-15份，水：60-70份，
所述的烷基多苷由权利要求1-6所述的任意一种或几种烷基多苷组成，
所述甜菜碱类物质为：十二烷基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、麦芽酰胺基丙基甜菜碱、烷基酰胺丙基甜菜碱中的一种或几种。
一种清洁压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将一定比例的烷基多苷、甜菜碱类物质、氯化钾加入到一定量的配制用水中，在反应器内以300-500r/min条件下搅拌即得压裂液。
一种清洁压裂液用的表面活性剂的制备方法，
其特征在于，制备过程为：
需要利用计算实验得到所述按重量比的第一比重加入烷基醇和葡萄糖反应，其中具体的步骤如下所示：
首先，利用控制变量法，进行大量实验，每次实验中都保持酸性催化剂对甲苯磺酸适量且每次实验的量相等，搅拌器的搅拌速度保持200r/min，反应温度保持115℃，反应压力保持5Kpa，反应时间均为5h，但每次实验中都取不同比重的烷基醇和葡萄糖，检测烷基多苷表面张力，记录所述的不同的烷基醇和葡萄糖的比重和所对应的烷基多苷的表面张力的值，形成相应的实验数据；
将所述实验数据导入计算机，分别形成公式(1)所对应的两个拟合函数：
YA＝a0+a1*x+a2*x2ΛΛΛ(A)
YB＝a20+a21*x+a22*x2+a23*x3ΛΛΛ(B)
(1)
其中，YA为用拟合方程式A将所述x带入后得到的表明张力的值，YB为用拟合方程式B将所述x带入后得到的表明张力的值，x为烷基醇和葡萄糖的比重的值，a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23为需要求解得到的系数，其中a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23具体的求解步骤如公式(2)所示：
Figure BDA0002040554780000051
Figure BDA0002040554780000052
Figure BDA0002040554780000053
Figure BDA0002040554780000054
Figure BDA0002040554780000055
Figure BDA0002040554780000056
Figure BDA0002040554780000057
其中，n为进行了n次实验，yi为第i次实验所对应的表面张力的值，xi为第i次实验的烷基醇和葡萄糖的比重的值，利用公式(2)能求解出相应的a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23，然后将所述a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23带入公式(3)，判断两种方式的拟合效果的好坏
Figure BDA0002040554780000058
其中，sd为求解的你和判断值，
Figure BDA0002040554780000059
为将第i次实验所对应的x，带入已经求解出a0、a1、a2后的公式(1)中的A公式得到的值，
Figure BDA00020405547800000510
为将第i次实验所对应的x，带入已经求解出a20、a21、a22、a23后的公式(1)中的B公式得到的值；
根据所求解出来的sd来求解出所对应的能达到效果最优的时候的烷基醇和葡萄糖的比重，若sd大于等于0则利用公式(4)中的A公式计算，若sd小于0则用公式(4)中的B公式计算；
Figure BDA0002040554780000061
Figure BDA0002040554780000062
其中，x求解的最优效果的时候的烷基醇和葡萄糖的比重，
Figure BDA0002040554780000063
为公式(1)中的A公式中YA对x求导数，
Figure BDA0002040554780000064
为公式(1)中的B公式中YB对x求导数，MAX()为求最大值；
则所得到的烷基醇和葡萄糖重量比为x:1,即为第一比重。
有益效果：
本发明的压裂液用表面活性剂形成的压裂液，黏度低，配液方便。本发明的压裂液用表面活性剂性能稳定，表面张力小，储运方便。本发明的压裂液能提高原油的采收率。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1：
采用直接法制备烷基多苷，具体过程为：
在高压反应器内加入300g十四烷基醇和60g葡萄糖反应，再加入适量酸性催化剂对甲苯磺酸，搅拌器的搅拌速度为200r/min，反应温度为115℃，反应压力为5Kpa，反应时间5h，反应完毕后用氢氧化钠中和，再真空蒸馏去除过量醇，过滤分离即得无色透明液体产物十四烷基葡萄糖多苷。
十四烷基葡萄糖多苷理化性能：
均匀无色透明液体、没有气味、无变色、无分层、无沉淀水溶性好，表面张力32m N/m。
实施例2：
采用直接法制备烷基多苷，具体过程为：
在高压反应器内加入240g 4-乙基辛烷基醇和60g半乳糖反应，再加入适量酸性催化剂十二烷基苯磺酸和硫酸混合催化剂，搅拌器的搅拌速度为180r/min，反应温度为110℃，反应压力为5Kpa，反应时间3h，反应完毕后用氢氧化钠中和，再真空蒸馏去除过量醇，过滤分离即得无色透明液体产物4-乙基辛烷基半乳糖苷。
4-乙基辛烷基半乳糖多苷理化性能：
淡黄色透明液体、没有气味、无变色、无分层、无沉淀水溶性好，表面张力35m N/m。
实施例3：
采用直接法制备烷基多苷，具体过程为：
在高压反应器内加入275g十四烷基醇和50g甘露糖反应，再加入适量酸性催化剂对甲苯磺酸，搅拌器的搅拌速度为150r/min，反应温度为120℃，反应压力为4Kpa，反应时间5.5h，反应完毕后用氢氧化钠中和，再真空蒸馏去除过量醇，过滤分离即得淡黄色透明液体产物十四烷基甘露糖多苷。
十四烷基甘露糖多苷理化性能：
无色透明液体、没有气味、无变色、无分层、无沉淀水溶性好，表面张力27m N/m。
实施例4：
采用直接法制备烷基多苷，具体过程为：
在高压反应器内加入270g十二烷基醇和50g半乳糖反应，再加入适量酸性催化剂磷酸，搅拌器的搅拌速度为180r/min，反应温度为118℃，反应压力为6Kpa，反应时间5.2h，反应完毕后用氢氧化钠中和，再真空蒸馏去除过量醇，过滤分离即得淡黄色透明液体产物十二烷基半乳糖多苷。
十二烷基半乳糖多苷理化性能：
无色透明液体、没有气味、无变色、无分层、无沉淀水溶性好，表面张力29m N/m。
实施例5
将80g十四烷基葡萄糖多苷和20g十二烷基半乳糖苷，150g十二烷基二甲基甜菜碱，石墨烯120g，100g氯化钾加入到650g水中，在反应器内以500r/min条件下搅拌10min即得压裂液。
表1压裂液性能测试
序号 项目 结果
1 外观 粘稠液体
2 PH值 7.8
3 基液表观粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>) 125
4 高温剪切后粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>，2h) 110
5 携砂沉降速率(mm/s) 0(24小时无沉降)
6 破胶后粘度(mPa.s，170s-1) 3.1
7 残渣(mg/L) 0
8 破胶液表面张力(mN/m) 24
实施例6
将70g 4-乙基辛烷基半乳糖苷和50g十二烷基葡萄糖多苷，180g椰油酰胺丙基甜菜碱，石墨烯150g，150g氯化钾加入到700g水中，在反应器内以450r/min条件下搅拌12min即得压裂液。
表2压裂液性能测试
序号 项目 结果
1 外观 粘稠液体
2 PH值 7.6
3 基液表观粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>) 130
4 高温剪切后粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>，2h) 121
5 携砂沉降速率(mm/s) 0(24小时无沉降)
6 破胶后粘度(mPa.s，170s-1) 3.5
7 残渣(mg/L) 0
8 破胶液表面张力(mN/m) 26
实施例7
将80g辛烷基果糖多苷，120g麦芽酰胺基丙基甜菜碱，石墨烯140g，80g氯化钾加入到600g水中，在反应器内以400r/min条件下搅拌10min即得压裂液。
表3压裂液性能测试
序号 项目 结果
1 外观 粘稠液体
2 PH值 7.2
3 基液表观粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>) 115
4 高温剪切后粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>，2h) 97
5 携砂沉降速率(mm/s) 0(24小时无沉降)
6 破胶后粘度(mPa.s，170s-1) 3.2
7 残渣(mg/L) 0
8 破胶液表面张力(mN/m) 24
在一个实施例中，
一种清洁压裂液用的表面活性剂的制备方法中
制备过程为：
需要利用计算实验得到所述按重量比的第一比重加入烷基醇和葡萄糖反应，其中具体的步骤如下所示：
首先，利用控制变量法，进行大量实验，每次实验中都保持酸性催化剂对甲苯磺酸适量且每次实验的量相等，搅拌器的搅拌速度保持200r/min，反应温度保持115℃，反应压力保持5Kpa，反应时间均为5h，但每次实验中都取不同比重的烷基醇和葡萄糖，检测烷基多苷表面张力(重量分数为4％测定值)，记录所述的不同的烷基醇和葡萄糖的比重和所对应的烷基多苷的表面张力的值，形成相应的实验数据；
将所述实验数据导入计算机，分别形成公式(1)所对应的两个拟合函数：
YA＝a0+a1*x+a2*x2ΛΛΛ(A)
YB＝a20+a21*x+a22*x2+a23*x3ΛΛΛ(B)
(1)
其中，YA为用拟合方程式A将所述x带入后得到的表明张力的值，YB为用拟合方程式B将所述x带入后得到的表明张力的值，x为烷基醇和葡萄糖的比重的值，a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23为需要求解得到的系数。
利用公式(1)构建出一个具体的表达式，使得可以明确出烷基醇和葡萄糖的比重与烷基多苷表面张力的一个具体的关系式，则任意一个烷基醇和葡萄糖的比重下都能求解出一个相应的表面张力的值，使得求解最优值更方便。
其中a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23具体的求解步骤如公式(2)所示：
Figure BDA0002040554780000111
Figure BDA0002040554780000112
Figure BDA0002040554780000113
Figure BDA0002040554780000114
Figure BDA0002040554780000115
Figure BDA0002040554780000116
Figure BDA0002040554780000117
其中，n为进行了n次实验，yi为第i次实验所对应的表面张力的值，xi为第i次实验的烷基醇和葡萄糖的比重的值，利用公式(2)能求解出相应的a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23。
利用公式(2)，可以通过实验数据求解出相应的a0、a1、a2，a20、a21、a22、a23从而使得表达式能得到具体的值。(利用模拟数据求解出来的a0、a1、a2分别为，-291.39829126.81296 -12.62556求解出来的a20、a21、a22、a23为-281.18461488 120.92351674 -11.49883552 -0.07152201)
然后将所述a0、a1、a2、a20、a21、a22、a23带入公式(3)，判断两种方式的拟合效果的好坏
Figure BDA0002040554780000118
其中，sd为求解的你和判断值，
Figure BDA0002040554780000119
为将第i次实验所对应的x，带入已经求解出a0、a1、a2后的公式(1)中的A公式得到的值，
Figure BDA0002040554780000121
为将第i次实验所对应的x，带入已经求解出a20、a21、a22、a23后的公式(1)中的B公式得到的值；
利用公式(3)可以让计算机自动将两个拟合函数进行对比，从而确定选择哪个拟合函数。
根据所求解出来的sd来求解出所对应的能达到效果最优的时候的烷基醇和葡萄糖的比重，若sd大于等于0则利用公式(4)中的A公式计算，若sd小于0则用公式(4)中的B公式计算；
Figure BDA0002040554780000122
Figure BDA0002040554780000123
其中，x求解的最优效果的时候的烷基醇和葡萄糖的比重，
Figure BDA0002040554780000124
为公式(1)中的A公式中YA对x求导数，
Figure BDA0002040554780000125
为公式(1)中的B公式中YB对x求导数，MAX()为求最大值；
利用公式(4)，可以准确方便，并且客观的得出相应的最优效果下所对应的烷基醇和葡萄糖的比重，利用模拟数据得到的比重为5.022073，则第一比重为5:1的烷基醇和葡萄糖为最优。
则所得到的烷基醇和葡萄糖重量比为x:1,即为第一比重。
利用上述技术，可以通过实验的手段确定最优条件下的烷基醇和葡萄糖的比重，并且在确定比重的时候得到了一个具体的表达式，能够得到在任意比重下的烷基多苷的表面张力的值，并且利用大量实验后统计分析得到的结论能够排除实验偶然性，是的结论是更加科学可靠的。并且在得到表达式中，通过计算机自动对多个拟合表达式进行择优处理，使不进行人工干预的情况下使得确定的表达式更可靠。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种清洁压裂液的制备方法，其特征在于，
所述清洁压裂液由如下重量份组成：
烷基多苷：8-12份，甜菜碱类物质：12-18份，石墨烯：12-15份，氯化钾：8-15份，水：60-70份，
将上述烷基多苷、甜菜碱类物质、石墨烯、氯化钾加入到一定量的配制用水中，在反应器内以300-500r/min条件下搅拌即得压裂液；
其中，所述的烷基多苷中，烷基为C8～C14的烷基，平均聚合度1.8-4.5；制备方法为：
在高压反应器内按重量比为第一比重的烷基醇和葡萄糖反应，酸性催化剂适量，搅拌器的搅拌速度为150-200r/min，反应温度为110-120℃，反应压力为4.5-6Kpa，反应时间5-6h，反应完毕后用碱液中和，再真空蒸馏去除过量醇，过滤分离即得无色或淡黄色透明液体产物烷基多苷；
其中，需要利用计算实验得到所述按重量比的第一比重加入烷基醇和葡萄糖反应，其中具体的步骤如下所示：
首先，利用控制变量法，进行大量实验，每次实验中都保持酸性催化剂对甲苯磺酸适量且每次实验的量相等，搅拌器的搅拌速度保持200r/min，反应温度保持115℃，反应压力保持5Kpa，反应时间均为5h，但每次实验中都取不同比重的烷基醇和葡萄糖，检测烷基多苷表面张力，记录所述的不同的烷基醇和葡萄糖的比重和所对应的烷基多苷的表面张力的值，形成相应的实验数据；
将所述实验数据导入计算机，分别形成公式（1）所对应的两个拟合函数：
Figure 94710DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，
Figure 989854DEST_PATH_IMAGE002
为用拟合方程式A将所述x带入后得到的表面张力的值，
Figure 819269DEST_PATH_IMAGE003
为用拟合方程式B将所述x带入后得到的表面张力的值，x为烷基醇和葡萄糖的比重的值，
Figure 282087DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 120730DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 604801DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 870697DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 823741DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 466075DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 70232DEST_PATH_IMAGE010
为需要求解得到的系数，其中
Figure 507029DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 947369DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 127815DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 320898DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 803964DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 856233DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 699424DEST_PATH_IMAGE010
具体的求解步骤如公式（2）所示：
Figure 153539DEST_PATH_IMAGE011
（2）
其中，
Figure 804576DEST_PATH_IMAGE012
为进行了n次实验，
Figure 344142DEST_PATH_IMAGE013
为第i次实验所对应的表面张力的值，
Figure 991024DEST_PATH_IMAGE014
为第i次实验的烷基醇和葡萄糖的比重的值，利用公式（2）能求解出相应的
Figure 299645DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 124513DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 885796DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 70789DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 499497DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 495266DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 9424DEST_PATH_IMAGE010
，然后将所述
Figure 732529DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 750163DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 182413DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 918288DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 710663DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 582804DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 183025DEST_PATH_IMAGE010
带入公式（3），判断两种方式的拟合效果的好坏，
Figure 406196DEST_PATH_IMAGE015
（3）
其中，sd为求解的拟合判断值，
Figure 736684DEST_PATH_IMAGE016
为将第i次实验所对应的x，带入已经求解出
Figure 728910DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 502962DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 806905DEST_PATH_IMAGE006
后的公式（1）中的A公式得到的值，
Figure 82028DEST_PATH_IMAGE017
为将第i次实验所对应的x，带入已经求解出
Figure 804128DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 873715DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 930533DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 478189DEST_PATH_IMAGE010
后的公式（1）中的B公式得到的值；
根据所求解出来的sd来求解出所对应的能达到效果最优的时候的烷基醇和葡萄糖的比重，若sd大于等于0则利用公式（4）中的A公式计算，若sd小于0则用公式（4）中的B公式计算；
Figure 320374DEST_PATH_IMAGE018
（4）
其中，x求解的最优效果的时候的烷基醇和葡萄糖的比重，
Figure 295283DEST_PATH_IMAGE019
为公式（1）中的A公式中
Figure 104976DEST_PATH_IMAGE020
对x求导数，
Figure 456323DEST_PATH_IMAGE021
为公式（1）中的B公式中
Figure 884506DEST_PATH_IMAGE022
对x求导数，MAX（）为求最大值；
则所得到的烷基醇和葡萄糖重量比为x:1，即为第一比重；
所述甜菜碱类物质为：十二烷基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、麦芽酰胺基丙基甜菜碱、烷基酰胺丙基甜菜碱中的一种或几种。
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