CN111073626A - 低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液及其制备方法，成分包括抗高温稠化剂1～5%、增效剂1～1.5%、助溶剂0.5～1%、高温稳定剂0.5～1%，将芥酸酰胺苄基甜菜碱用于清洁压裂液中，所得到的高温清洁压裂液具有良好的耐温抗剪切性能，可以满足120℃以下高温深井压裂施工要求。本发明的高温清洁压裂液耐高温耐剪切性能好，生物降解性好，对环境影响小，破胶完全无残渣。

Description

低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液及其制备方法

技术领域

本发明属于油气开采辅助化学材料技术领域，涉及一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液及其制备方法，具体涉及一种以芥酸酰胺苄基甜菜碱两性表面活剂为抗高温稠化剂的高温清洁压裂液及其制备方法。

背景技术

在石油开采过程中，常常会发现一些高温、高压储层，且渗透率和黏土稳定性都低。据统计我国低渗油田占已探明储量的四分之一以上，其中高温、高压占比较大。随着大部分我国早期开发的油田进入高含水期，高温、高压所造成的开发难度越来越大，因此此类型油田的油田开发助剂研究对维持我国石油工业的稳定、发展具有着相当重要的意义。

低渗透储层的开发一方面采用胍胶等聚合物，另一方面采用大分子表面活性剂的压裂液体系进行压裂改造。其中胍胶体系压裂会在地层与支撑裂缝中留下部分残渣，而且会引起岩石中的粘土矿物膨胀、分散与迁移，实际使用过程中对地层与支撑裂缝造成伤害较大。清洁压裂液体系因其配制使用方便、压裂后无残渣、防膨效果好、储层伤害小、耐温抗剪切性能好等优点，逐渐成为该领域研究热点。

美国专利6703352公开了一种含碳链长12-24的单链两性表面活性剂与无机盐、有机盐的复配成分。中国石油大学(华东)申请的“清洁压裂液及其应用”，公开号：CN101481608，该发明涉及一种清洁压裂液及其应用，压裂液按质量份组分如下：增稠剂50～80份，水杨酸盐10～35份，破胶剂2～5份。清洁压裂液用于油田压裂，在应用现场按质量份将各组份混合后配成2～6％质量百分比的水溶液，搅拌均匀，然后与压裂支撑剂一起打入井下，该发明的清洁压裂液压裂支撑剂分散均匀、破胶彻底。该压裂液的不足之处在于：

①配方中没有氯化钾；

②没有说明增稠剂的主要成分；

③没有说明压裂液的适应储层温度等。CN102181279A公开了一种多亲水基的阳离子季铵盐型表面活性剂压裂液。CN101775276A公开了一种可在较高地层温度条件下使用的压裂液制备方法，其包含Gemini阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、电解质盐、反离子盐、助溶剂和水等。

综观国内外压裂液发展，石油的进一步开采，对清洁压裂体系的耐温耐压的要求逐步加强，因此，耐高温、耐高压、低伤害、环保的压裂液成为压裂体系研究的主要发展方向。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液及其制备方法，该压裂液在较低浓度下就可以具有较高的流变性和携沙效果，可以满足石油天然气行业标准《SY/T6376-2008压裂液通用技术条件》对120℃高温深井压裂施工要求。即控制剪切速率恒为170s^-1、30min内将温度从30℃升高至指定温度120℃，继续恒溫恒剪切测试90min，保留黏度≥30mPa·s的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液，按质量百分比包括以下组成：

抗高温稠化剂为1～5％；

助溶剂为0.5～1％；

增效剂为1～1.5％；

pH调节剂为0.1～0.36％

余量为水；

所述的助溶剂为3～8％的壬基酚聚氧乙烯醚、10～20％的正丁醇,70～90％的乙醇的混合物溶剂。

所述的增效剂为30～40％的十二烷基苯磺酸钠、50～80％的氯化钾的混合物溶剂。

所述pH调节剂为三乙醇胺。

所述的抗高温稠化剂为芥酸酰胺苄基甜菜碱，分子式CH₃(CH₂)₇CH＝CH(CH₂)₁₁CONH(CH₂)₃N(CH₃)₂CH₂C₆H₅，通式如式(I)：

所述的分子是为式(I)的芥酸酰胺苄基甜菜碱的合成路线如下：

步骤一：芥酸和N,N-二甲基-1，3-丙二胺经缩合反应生产芥酸酰胺丙基二甲基胺，反应式如(A)：

步骤二，芥酸酰胺丙基二甲基胺再与氯化苄季铵化反应生成芥酸酰胺苄基甜菜碱，反应式如(B)：

一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将芥酸和N,N-二甲基-1，3-丙二胺在KOH催化碱性条件下进行反应，生成芥酸酰胺丙基二甲基胺；所述反应的反应温度为130℃，反应时间为10h；所述反应摩尔比为1:1.03；

步骤二、将步骤一中制得的芥酸酰胺丙基二甲基胺与氯化苄进行季铵化反应，生成芥酸酰胺苄基甜菜碱；所述季铵化反应的反应温度为75℃，反应时间为5h；所述反应摩尔比为1:1；

步骤三、将步骤二中所述芥酸酰胺苄基甜菜碱与增效剂、助溶剂、pH调节剂、和水按比例混合均匀，得到多功能清洁压裂液。

本发明的有益效果是：

在质量分数仅为1％时低渗透、抗高温、高压储层清洁压裂液即可满足石油天然气行业标准《SY/T6376-2008压裂液通用技术条件》要求。试验数据如表1：

表1抗高温稠化剂不同质量百分比的保留黏度

本发明中抗高温稠化剂的低添加量，一方面可以降低清洁压裂体系的成本，经济性突出。另一方面大范围的降低了后期环境处理压力，环保性优秀。

本发明针对苯环的引入该分子结构带来的化合物水中溶解性能下降问题，本发明针对压裂液除满足抗剪切性能，还需满足携沙性能、黏土稳定性等要求问题。

附图说明

图1为本发明中芥酸酰胺苄基甜菜碱的空间结构图。

图2为本发明中芥酸酰胺苄基甜菜碱的IR图谱。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进一步叙述。但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

本实施例的高温清洁压裂液，由以下质量百分比的原料混合而成：芥酸酰胺苄基甜菜碱2％，助溶剂0.5％，增效剂1.2％，pH调节剂0.01％，余量为水；所述增效剂为十二烷基苯磺酸钠与氯化钾混合物，其中十二烷基苯磺酸钠40％、氯化钾60％；所述pH调节剂为三乙醇胺。所述助溶剂包含：壬基酚聚氧乙烯醚7％、正丁醇16％,乙醇77％。

本实施例的高温清洁压裂液的制备方法为：

步骤一、将芥酸和N,N-二甲基-1，3-丙二胺在KOH催化碱性条件下进行反应，生成芥酸酰胺丙基二甲基胺；所述反应的反应温度为130℃，反应时间为10h；所述反应摩尔比为1:1.03；

步骤二、将步骤一中所述芥酸酰胺丙基二甲基胺与氯化苄进行季铵化反应，生成芥酸酰胺苄基甜菜碱；所述季铵化反应的反应温度为75℃，反应时间为5h；所述反应摩尔比为1:1；

步骤三、将步骤二中所述芥酸酰胺苄基甜菜碱与增效剂、助溶剂、pH调节剂、和水按比例混合均匀，得到多功能清洁压裂液。

本实施例的清洁压裂液使用时按照常规方法携带支撑剂泵入油井中。本发明相对现阶段常用清洁压裂液体系在该实例储层中的保留黏度、Ca2+影响、Mg2+影响、携沙沉降比试验数据如表2：

表2不同体系压裂液评价试验结果

实施例2

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所述清洁压裂液体系中助溶剂0.8％，增效剂1.5％。本实施例的清洁压裂液使用时按照常规方法携带支撑剂泵入油井中。本发明相对现阶段常用清洁压裂液体系在该实例储层中的保留黏度、Ca²⁺影响、Mg²⁺影响、携沙沉降比试验数据如表3：

表3不同体系压裂液评价试验结果

实施例3

本实施例的高温清洁压裂液，由以下质量百分比的原料混合而成：芥酸酰胺苄基甜菜碱3％，助溶剂1％，增效剂1.5％，余量为水；所述增效剂为十二烷基苯磺酸钠与氯化钾混合物，其中十二烷基苯磺酸钠40％、氯化钾60％。所述助溶剂包含：壬基酚聚氧乙烯醚6％、正丁醇15％,乙醇79％。

本实施例的清洁压裂液使用时按照常规方法携带支撑剂泵入油井中。本发明相对现阶段常用清洁压裂液体系在该实例储层中的保留黏度、Ca²⁺影响、Mg²⁺影响、携沙沉降比试验数据如表4：

表4不同体系压裂液评价试验结果

使用傅立叶变换红外分光光度计对合成产物进行表征，IR图谱附图2所示。红外图谱分析如下：1553cm^-1处为铵盐的特征吸收峰，该产物含有季铵盐片段，1395cm^-1处为苯环的特征吸收峰，该产物含有苯环片段；1641cm^-1处出现了C＝C基团的强特征吸收峰，表面该产物含有碳碳双键。综上所述最终合成产物IR图谱特性符合设计产物要求。

经该方法氯化苄季铵化后合成的产物，较常用的氯乙酸盐、氯磺酸盐季铵化的产物其耐温性能明显提升。

Claims (7)

1.一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液，其特征在于，按质量百分比包括以下组成：

抗高温稠化剂为1～5％；

助溶剂为0.5～1％；

增效剂为1～1.5％；

p H调节剂为0.1～0.36％

余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液，其特征在于，所述的助溶剂为3～8％的壬基酚聚氧乙烯醚、10～20％的正丁醇,70～90％的乙醇的混合物溶剂。

3.根据权利要求1所述的一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液，其特征在于，所述的增效剂为30～40％的十二烷基苯磺酸钠、50～80％的氯化钾的混合物溶剂。

4.根据权利要求1所述的一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液，其特征在于，所述pH调节剂为三乙醇胺。

5.根据权利要求1所述的一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液，其特征在于，所述的抗高温稠化剂为芥酸酰胺苄基甜菜碱，分子式CH₃(CH₂)₇CH＝CH(CH₂)₁₁CONH(CH₂)₃N(CH₃)₂CH₂C₆H₅，通式如式(I)：

6.根据权利要求5所述的一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液，其特征在于，所述的分子是为式(I)的芥酸酰胺苄基甜菜碱的合成路线如下：

步骤一：芥酸和N,N-二甲基-1，3-丙二胺经缩合反应生产芥酸酰胺丙基二甲基胺，反应式如(A)：

步骤二，芥酸酰胺丙基二甲基胺再与氯化苄季铵化反应生成芥酸酰胺苄基甜菜碱，反应式如(B)：

7.一种低渗透、抗高温、高压储层的清洁压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将芥酸和N,N-二甲基-1，3-丙二胺在KOH催化碱性条件下进行反应，生成芥酸酰胺丙基二甲基胺；所述反应的反应温度为130℃，反应时间为10h；所述反应摩尔比为1:1.03；

步骤二、将步骤一中制得的芥酸酰胺丙基二甲基胺与氯化苄进行季铵化反应，生成芥酸酰胺苄基甜菜碱；所述季铵化反应的反应温度为75℃，反应时间为5h；所述反应摩尔比为1:1；

步骤三、将步骤二中所述芥酸酰胺苄基甜菜碱与增效剂、助溶剂、p H调节剂、和水按比例混合均匀，得到多功能清洁压裂液。

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