CN111892921A - 一种粘弹性表面活性剂型携砂液及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粘弹性表面活性剂型携砂液,首先将黄原胶与疏水阳离子键醚化试剂反应,改性后的黄原胶通过静电作用和疏水缔合作用形成可逆网络结构,大大增强了改性黄原胶表观粘度和网格结构;再以松香衍生物为原料,合成了甜菜碱两性表面活性剂,将其与丙烯酰胺、丙烯酸和N,N‑二烯丙基油酰胺进行组合共聚,得到改性表面活性剂;利用硅烷偶联剂在多孔陶瓷表面接枝了带正电的氨基,再利用丁二酸酐开环使得氨基转变为带负电荷的羧基,由于岩石和支撑剂均带负电荷,通过静电排斥,使得改性支撑剂混合料更好的分散在携砂液中,压裂效果大大提高。反应条件温和,原料便宜,合成路线简单,携砂能力、抗盐、耐温耐剪切性能大大改善。

Description

一种粘弹性表面活性剂型携砂液及其加工工艺
技术领域
本发明涉及清洁携砂液领域,具体是一种粘弹性表面活性剂型携砂液。
背景技术
原油是国民经济命脉,对国民经济和社会的发展起着至关重要的作用,随着工业和制造业的发展,各国对石油依存度也越来越高,老油田剩余储量仍然相当可观,在总储量不变的情况下,提高原油的采收率是稳定老油田产量的重要举措。为了获得更多的油气资源,人们使用高压泵组将具有一定粘度的液体高速注入地层,当注入速度大于地层吸收速度时,地层就会发生破裂或使原来细小裂缝撑开形成较大的裂缝,为了防止停泵后裂缝重新闭合,便会在液体中加入支撑剂来支撑裂缝,这种用来支撑裂缝的液体称为压裂液。
压裂液按照分散介质可分为:水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液和清洁携砂压裂液。水基压裂液的稠化剂均是一些大分子聚合物,虽然成胶质量好,但是溶解分散性较差,水不溶物多,极易形成“鱼眼”等,大大降低了聚合物的利用率;油基压裂液滤失较大,容易引起火灾,磨阻较大,容易造成油污;泡沫压裂液受施工条件限制,需要专用的罐车泵车,专用的液态气体,成本较高,液态气体运输不安全;清洁携砂压裂液又称表面活性剂压裂液,清洁携砂压裂液是一种无聚合物表面活性剂型压裂液。其具有摩阻低、滤失小、抗剪切及携砂能力强、混砂比高、破胶性能良好、返排速度快、对地层污染小,现场操作简单等特点,具有非常良好的应用前景。
稠化剂是压裂液中的主要添加剂,目前常用的稠化剂主要有(1)天然植物胶:如瓜胶及其衍生物;(2)纤维素:如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等;(3)合成聚合物:如聚丙烯酰胺等;但随着发展的需求,其弊端也逐渐暴露出来,如反排率低、降解效果差、与地层不配伍,压裂液不耐剪切,储存时间不长等问题。导致目前使用的清洁携砂压裂液粘度较低,携砂性能较差,耐温抗盐性不足,在实际应用过程中压裂效果不太理想,为了获得更多的油气资源,人们亟需一种粘度较高、携砂性能优异、耐温抗盐、清洁无污染的粘弹性表面活性剂携砂液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粘弹性表面活性剂型携砂液,以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:以重量份计,改性稠化剂300-400份、改性表面活性剂80-100份、促进剂30-60份、改性支撑剂混合料100-150份、水300-600份。。
优选地,改性稠化剂包括各原料组分如下:以重量份计,十六叔胺10-20份、环氧氯丙烷8-10份、黄原胶80-100份、丙烯酰胺20-30份、丙烯酸20-30份、N,N-二烯丙基油酰胺15-20份、乳化剂5-10份、硫酸铵10-15份、亚硫酸氢钠10-15份、丙酮10-20份。;所述乳化剂为脂肪酸皂、松香酸皂、硫酸酯和磺酸酯中的一种或多种。
本发明将黄原胶侧链分子上含有的大量阴离子(-COO-)和羟基(-OH)与疏水阳离子键醚化试剂反应,改性后的黄原胶侧链分子上既有疏水基团(十六烷基)、阴离子官能团(羧基),又有阳离子官能团(季铵基),改性黄原胶通过阴阳离子之间的静电作用和疏水缔合作用,形成可逆网络结构,从而增大改性黄原胶的流体力学体积,故改性黄原胶表观粘度和网格结构明显增强,反应条件温和,原料便宜,合成路线简单,减阻效率、携砂能力、耐温耐剪切性能大大改善。
优选地,改性表面活性剂包括各原料组分如下:以重量份计,脱氢枞酸80-100份、二氯甲烷50-60份、催化剂6-10份、氯化亚砜6-10份、3-二甲氨基丙氨10-20份、三乙胺10-15份、3-氯二羟基丙磺酸钠20-30份。
优选地,催化剂为4-二甲氨基吡啶。
本发明以松香衍生物脱氢枞酸为原料,合成了松香改性产品--松香基磺基甜菜碱两性表面活性剂,该表面活性剂可再生,可生物降解、价格便宜;
将合成的松香基磺基甜菜碱两性表面活性剂与丙烯酰胺、丙烯酸、及一种疏水单体N,N-二烯丙基油酰胺进行组合共聚,得到一种含两性离子的疏水缔合聚合物,即改性表面活性剂,从而对传统表面活性剂的耐温性能、抗盐性能、抗剪切性能、粘弹性、表面张力等性质进行了优化。
优选地,促进剂为氯化钾、氯化铵、季铵盐中的一种或多种,所述改性支撑剂混合料主要成分为改性陶瓷、支撑剂、硅烷偶联剂,所述改性陶瓷、支撑剂、硅烷偶联剂的质量比例为(3-7):4。
本发明中使用的促进剂主要起交联和粘土防膨的作用。
优选地,改性陶瓷包括各原料组分如下:以重量份计,钛白粉30-50份、玻璃纤维60-80份、五氧化二钒30-50份、羧甲基纤维素钠20-30份、淀粉50-60份、硅烷偶联剂25-35份、丁二酸酐20-30份。
本发明中使用的陶瓷为多孔陶瓷,并利用硅烷偶联剂在多孔陶瓷表面接枝了带正电的氨基,再利用丁二酸酐开环使得氨基转变为带负电荷的羧基,由于岩石和支撑剂均带负电荷,同级电荷之间相互排斥,使得改性陶瓷和支撑剂能更好的分散在携砂液中,压裂效果大大提高。
本发明中的改性陶瓷具有一定的刚性,在压裂液流动过程中不会被剪切破坏,作为无机材料,改性陶瓷的耐温抗盐性能也比较好,并且,当稠化剂在发生交联作用的时候,蠕虫状胶束可穿过改性陶瓷的孔隙进行交联,形成致密紧实的网格结构,将支撑剂等物质有效固定,降低了滤失。
优选地,支撑剂为石英砂、长青石、玻璃微球中的一种或多种。
优选地,硅烷偶联剂为KH507、KH792、KH-602中的一种或多种。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液的加工工艺,包括以下步骤:
(1)制备改性稠化剂;
(2)制备改性表面活性剂;
(3)制备改性支撑剂混合料;
(4)合成携砂液。
具体包括以下步骤:
(1)制备改性稠化剂;
A.制备改性试剂:十六叔胺与无水乙醇混合,调节pH为6-7,升温至60-70℃,滴加环氧氯丙烷,恒温反应3-5h,得到改性试剂;
B.合成改性稠化剂:黄原胶与无水乙醇混合,搅拌5-10min,加入改性试剂,升温至85-95℃,再加入丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺、乳化剂、去离子水,以600-700r/min转速搅拌1-2h,调节pH值为6-7,氮气条件下加入硫酸铵、亚硫酸氢钠反应8-10h,加入丙酮,搅拌5-10min,抽滤,得到的物质用无水乙醇洗涤3-5次,并置于45-55℃条件下烘干20-24h,得到改性稠化剂;
(2)制备改性表面活性剂;
A.合成溶液A:将脱氢枞酸置于二氯甲烷中溶解,将温度升至55-65℃,加入催化剂搅拌,滴加氯化亚砜,于70-80℃条件下反应4h,得溶液A;
B.合成溶液B:3-二甲氨基丙胺、三乙胺混合,冰浴条件下,边搅拌边加入溶液A,反应3-5h,碳酸钠溶液洗涤3-5次,二氯甲烷萃取洗涤3-5次,干燥,得到溶液B;
C.合成改性表面活性剂:将溶液B、乙醇、3-氯-2-羟基丙磺酸钠混合均匀,于90-95℃条件下反应20-24h,干燥,重结晶3-5次,干燥,得到改性表面活性剂粉末;
(3)制备改性支撑剂混合料;
A.制备多孔陶瓷:将钛白粉、玻璃纤维、五氧化二钒、羧甲基纤维素钠和淀粉置于去离子水中,以200-400r/min的速度搅,真空压制成型,压制出的固体置于650-750℃条件下烧制30-36h,得到多孔陶瓷;
B.制备改性支撑剂混合料:将多孔陶瓷置于硅烷偶联剂中,搅拌0.5-1.5h,静置反应8-10h,取出,于45-65℃条件下干燥6-8h,再加入到丁二酸酐溶液中搅拌,静置反应3-5h,取出,用去离子水过滤洗涤3-5次,于45-65℃条件下干燥6-8h,与支撑剂混合均匀,得改性支撑剂混合料;
(4)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加改性稠化剂,搅拌至完全溶解,投加改性表面活性剂、促进剂、改性支撑剂混合料,搅拌均匀,出料。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明在在交联、破胶机理上完全不同于常规压裂液,它由特殊的表面活性剂、特殊的稠化剂及改性支撑剂等物质组成,通过形成蠕虫状胶束结成网状结构而将水增稠,达到交联目的,当遇到有机物或其它亲油性物质时,蠕虫状胶束被分解成小球状胶束,网状结构也被破坏,溶液粘度降低,达到压裂液破胶目的。除可增大携砂能力外,还具有防膨抑砂、抗盐耐高温、清洁无污染等辅助功能,对所波及到的远井带均可起到稳定细小颗粒,减少运移的作用。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
(1)制备改性稠化剂;
A.制备改性试剂:十六叔胺与无水乙醇混合,调节pH为6,升温至60℃,滴加环氧氯丙烷,恒温反应3h,得到改性试剂;
B.合成改性稠化剂:黄原胶与无水乙醇混合,搅拌5min,加入改性试剂,升温至85℃,加入丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺、乳化剂、去离子水,以600r/min转速搅拌1-2h,调节pH值为6,氮气条件下加入硫酸铵、亚硫酸氢钠反应8h,加入丙酮,搅拌5min,抽滤,得到的物质用无水乙醇洗涤3次,并置于45℃条件下烘干20h,得到改性稠化剂;
(2)制备改性表面活性剂;
A.合成溶液A:将脱氢枞酸置于二氯甲烷中溶解,将温度升至55℃,加入催化剂搅拌,滴加氯化亚砜,于70℃条件下反应4h,得溶液A;
B.合成溶液B:3-二甲氨基丙胺、三乙胺混合,置于冰浴条件下搅拌,边搅拌边缓慢加入溶液A,反应3h,使用碳酸钠溶液洗涤3次,二氯甲烷萃取洗涤3次,干燥,得到溶液B;
C.合成改性表面活性剂:将溶液B、乙醇、3-氯-2-羟基丙磺酸钠混合均匀,于90℃条件下反应20h,干燥,剩余产物重结晶3次,于45℃条件下干燥8h,得到改性表面活性剂粉末;
(3)制备改性支撑剂混合料;
A.制备多孔陶瓷:将钛白粉、玻璃纤维、五氧化二钒、羧甲基纤维素钠和淀粉置于去离子水中搅拌,真空压制成型,压制出的固体置于650℃条件下烧制30h,得到多孔陶瓷;
B.制备改性支撑剂混合料:将多孔陶瓷置于硅烷偶联剂中,以200r/min转速搅拌0.5h,静置反应8h,取出,于45℃条件下干燥6h,再加入到丁二酸酐溶液中搅拌0.5h,静置反应3h,取出,用去离子水过滤洗涤3次,于45℃条件下干燥6h,与支撑剂混合均匀,得改性支撑剂混合料;
(4)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加改性稠化剂,搅拌至完全溶解,投加改性表面活性剂、促进剂、改性支撑剂混合料,搅拌均匀,出料。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:改性稠化剂300份、改性表面活性剂80份、促进剂30份、改性支撑剂混合料100份、水300份。
改性稠化剂包括各原料组分如下:以重量份计,十六叔胺10份、环氧氯丙烷8份、黄原胶80份、丙烯酰胺20份、丙烯酸20份、N,N-二烯丙基油酰胺15份、乳化剂5份、硫酸铵10份、亚硫酸氢钠10份、丙酮10份。
改性表面活性剂包括各原料组分如下:以重量份计,脱氢枞酸80份、二氯甲烷50份、催化剂6份、氯化亚砜6份、3-二甲氨基丙氨10份、三乙胺10份、3-氯二羟基丙磺酸钠20份。
改性陶瓷包括各原料组分如下:以重量份计,钛白粉30份、玻璃纤维60份、五氧化二钒30份、羧甲基纤维素钠20份、淀粉50份、硅烷偶联剂25份、丁二酸酐20份。
实施例2
(1)制备改性稠化剂;
A.制备改性试剂:十六叔胺与无水乙醇混合,调节pH为6.5,升温至65℃,滴加环氧氯丙烷,恒温反应4h,得到改性试剂;
B.合成改性稠化剂:黄原胶与无水乙醇混合,搅拌8min,加入改性试剂,升温至90℃,加入丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺、乳化剂、去离子水,以650r/min转速搅拌1.5h,调节pH值为6.5,氮气条件下加入硫酸铵、亚硫酸氢钠反应8.5h,加入丙酮,搅拌8min,抽滤,得到的物质用无水乙醇洗涤4次,并置于50℃条件下烘干22h,得到改性稠化剂;
(2)制备改性表面活性剂;
A.合成溶液A:将脱氢枞酸置于二氯甲烷中溶解,将温度升至60℃,加入催化剂搅拌,滴加氯化亚砜,于75℃条件下反应5h,得溶液A;
B.合成溶液B:3-二甲氨基丙胺、三乙胺混合,置于冰浴条件下搅拌,边搅拌边缓慢加入溶液A,反应4h,使用碳酸钠溶液洗涤4次,二氯甲烷萃取洗涤4次,干燥,得到溶液B;
C.合成改性表面活性剂:将溶液B、乙醇、3-氯-2-羟基丙磺酸钠混合均匀,于95℃条件下反应22h,干燥,剩余产物重结晶4次,于55℃条件下干燥9h,得到改性表面活性剂粉末;
(3)制备改性支撑剂混合料;
A.制备多孔陶瓷:将钛白粉、玻璃纤维、五氧化二钒、羧甲基纤维素钠和淀粉置于去离子水中搅拌,真空压制成型,压制出的固体置于700℃条件下烧制34h,得到多孔陶瓷;
B.制备改性支撑剂混合料:将多孔陶瓷置于硅烷偶联剂中,搅拌1h,静置反应9h,取出,于55℃条件下干燥7h,再加入到丁二酸酐溶液中搅拌1h,静置反应4h,取出,用去离子水过滤洗涤4次,于55℃条件下干燥7h,与支撑剂混合均匀,得改性支撑剂混合料;
(4)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加改性稠化剂,搅拌至完全溶解,投加改性表面活性剂、促进剂、改性支撑剂混合料,搅拌均匀,出料。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:改性稠化剂350份、改性表面活性剂90份、促进剂45份、改性支撑剂混合料125份、水450份。
改性稠化剂包括各原料组分如下:以重量份计,十六叔胺15份、环氧氯丙烷9份、黄原胶90份、丙烯酰胺25份、丙烯酸25份、N,N-二烯丙基油酰胺18份、乳化剂8份、硫酸铵12份、亚硫酸氢钠12份、丙酮15份。
改性表面活性剂包括各原料组分如下:以重量份计,脱氢枞酸90份、二氯甲烷55份、催化剂8份、氯化亚砜8份、3-二甲氨基丙氨15份、三乙胺12份、3-氯二羟基丙磺酸钠25份。
改性陶瓷包括各原料组分如下:以重量份计,钛白粉40份、玻璃纤维70份、五氧化二钒40份、羧甲基纤维素钠25份、淀粉55份、硅烷偶联剂30份、丁二酸酐25份。
实施例3
(1)制备改性稠化剂;
A.制备改性试剂:十六叔胺与无水乙醇混合,调节pH为7,升温至70℃,缓慢滴加环氧氯丙烷,恒温反应5h,得到改性试剂;
B.合成改性稠化剂:黄原胶与无水乙醇混合,搅拌10min,加入改性试剂,升温至95℃,加入丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺、乳化剂、去离子水,以700r/min转速搅拌2h,调节pH值为7,氮气条件下加入硫酸铵、亚硫酸氢钠反应10h,加入丙酮,搅拌10min,抽滤,得到的物质用无水乙醇洗涤5次,并置于55℃条件下烘干24h,得到改性稠化剂;
(2)制备改性表面活性剂;
A.合成溶液A:将脱氢枞酸置于二氯甲烷中溶解,将温度升至65℃,加入催化剂搅拌,滴加氯化亚砜,于80℃条件下反应6h,得溶液A;
B.合成溶液B:3-二甲氨基丙胺、三乙胺混合,置于冰浴条件下搅拌,边搅拌边缓慢加入溶液A,反应5h,使用碳酸钠溶液洗涤5次,二氯甲烷萃取洗涤5次,干燥,得到溶液B;
C.合成改性表面活性剂:将溶液B、乙醇、3-氯-2-羟基丙磺酸钠混合均匀,于100℃条件下反应24h,干燥,剩余产物重结晶5次,于65℃条件下干燥10h,得到改性表面活性剂粉末;
(3)制备改性支撑剂混合料;
A.制备多孔陶瓷:将钛白粉、玻璃纤维、五氧化二钒、羧甲基纤维素钠和淀粉置于去离子水中搅拌,真空压制成型,压制出的固体置于750℃条件下烧制36h,得到多孔陶瓷;
B.制备改性支撑剂混合料:将多孔陶瓷置于硅烷偶联剂中,搅拌1.5h,静置反应10h,取出,于65℃条件下干燥8h,再加入到丁二酸酐溶液中以300r/min转速搅拌1.5h,静置反应5h,取出,用去离子水过滤洗涤5次,于65℃条件下干燥8h,与支撑剂混合均匀,得改性支撑剂混合料;
(4)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加改性稠化剂,搅拌至完全溶解,投加改性表面活性剂、促进剂、改性支撑剂混合料,搅拌均匀,出料。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:改性稠化剂400、改性表面活性剂100份、促进剂60份、改性支撑剂混合料150份、水600份。
改性稠化剂包括各原料组分如下:以重量份计,十六叔胺20份、环氧氯丙烷10份、黄原胶100份、丙烯酰胺30份、丙烯酸30份、N,N-二烯丙基油酰胺20份、乳化剂10份、硫酸铵15份、亚硫酸氢钠15份、丙酮20份。
改性表面活性剂包括各原料组分如下:以重量份计,脱氢枞酸100份、二氯甲烷60份、催化剂10份、氯化亚砜10份、3-二甲氨基丙氨20份、三乙胺15份、3-氯二羟基丙磺酸钠30份。
改性陶瓷包括各原料组分如下:以重量份计,钛白粉50份、玻璃纤维80份、去离子水120份、五氧化二钒50份、羧甲基纤维素钠30份、淀粉60份、硅烷偶联剂35份、丁二酸酐30份。
实施例4
各项参数均参考实施例1。
(1)制备改性表面活性剂;
A.合成溶液A:将脱氢枞酸置于二氯甲烷中溶解,将温度升至55℃,加入催化剂搅拌,滴加氯化亚砜,于70℃条件下反应4h,得溶液A;
B.合成溶液B:3-二甲氨基丙胺、三乙胺混合,置于冰浴条件下搅拌,边搅拌边缓慢加入溶液A,反应3h,使用碳酸钠溶液洗涤3次,二氯甲烷萃取洗涤3次,干燥,得到溶液B;
C.合成改性表面活性剂:将溶液B、乙醇、3-氯-2-羟基丙磺酸钠混合均匀,于90℃条件下反应20h,干燥,剩余产物重结晶3次,于45℃条件下干燥8h,得到改性表面活性剂粉末;
(2)制备改性支撑剂混合料;
A.制备多孔陶瓷:将钛白粉、玻璃纤维、五氧化二钒、羧甲基纤维素钠和淀粉置于去离子水中搅拌,真空压制成型,压制出的固体置于650℃条件下烧制30h,得到多孔陶瓷;
B.制备改性支撑剂混合料:将多孔陶瓷置于硅烷偶联剂中,搅拌0.5h,静置反应8h,取出,于45℃条件下干燥6h,再加入到丁二酸酐溶液中搅拌0.5h,静置反应3h,取出,用去离子水过滤洗涤3次,于45℃条件下干燥6h,与支撑剂混合均匀,得改性支撑剂混合料;
(3)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加黄原胶,搅拌至完全溶解,投加改性表面活性剂、促进剂、改性支撑剂混合料,搅拌均匀,出料。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:黄原胶300份、改性表面活性剂80份、促进剂30份、改性支撑剂混合料100份、水300份。
实施例5
各项参数均参考实施例1。
(1)制备改性稠化剂;
A.制备改性试剂:十六叔胺与无水乙醇混合,调节pH为6,升温至60℃,滴加环氧氯丙烷,恒温反应3h,得到改性试剂;
B.合成改性稠化剂:黄原胶与无水乙醇混合搅拌5min,加入改性试剂,升温至85℃,加入丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺、乳化剂、去离子水,以600r/min转速搅拌1-2h,pH值为6,氮气条件下加入硫酸铵、亚硫酸氢钠反应8h,加入丙酮,搅拌5min,抽滤,得到的物质用无水乙醇洗涤3次,并置于45℃条件下烘干20h,得到改性稠化剂;
(2)制备改性支撑剂混合料;
A.制备多孔陶瓷:将钛白粉、玻璃纤维、五氧化二钒、羧甲基纤维素钠和淀粉置于去离子水中搅拌,真空压制成型,压制出的固体置于650℃条件下烧制30h,得到多孔陶瓷;
B.制备改性支撑剂混合料:将多孔陶瓷置于硅烷偶联剂中,搅拌0.5h,静置反应8h,取出,于45℃条件下干燥6h,再加入到丁二酸酐溶液中搅拌0.5h,静置反应3h,取出,用去离子水过滤洗涤3次,于45℃条件下干燥6h,与支撑剂混合均匀,得改性支撑剂混合料;
(3)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加改性稠化剂,搅拌至完全溶解,投加阳离子表面活性剂、促进剂、改性支撑剂混合料,搅拌均匀,出料。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:改性稠化剂300份、阳离子表面活性剂80份、促进剂30份、改性支撑剂混合料100份、水300份。
实施例6
各项参数均参考实施例1。
(1)制备改性表面活性剂;
A.合成溶液A:将脱氢枞酸置于二氯甲烷中溶解,将温度升至55℃,加入催化剂搅拌,滴加氯化亚砜,于70℃条件下反应4h,得溶液A;
B.合成溶液B:3-二甲氨基丙胺、三乙胺混合,置于冰浴条件下搅拌,边搅拌边缓慢加入溶液A,反应3h,使用碳酸钠溶液洗涤3次,二氯甲烷萃取洗涤3次,干燥,得到溶液B;
C.合成改性表面活性剂:将溶液B、乙醇、3-氯-2-羟基丙磺酸钠混合均匀,于90℃条件下反应20h,干燥,剩余产物重结晶3次,于45℃条件下干燥8h,得到改性表面活性剂粉末;
(2)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加黄原胶,搅拌至完全溶解,投加改性表面活性剂、促进剂、支撑剂,搅拌均匀,出料。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:黄原胶300份、改性表面活性剂80份、促进剂30份、支撑剂100份、水300份。
实施例7
各项参数均参考实施例1。
(1)制备改性稠化剂;
A.制备改性试剂:十六叔胺与无水乙醇混合,调节pH为6,升温至60℃,滴加环氧氯丙烷,恒温反应3h,得到改性试剂;
B.合成改性稠化剂:黄原胶与无水乙醇混合,搅拌5min,加入改性试剂,升温至85℃,加入丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺、乳化剂、去离子水,以600r/min转速搅拌1-2h,调节pH值为6,氮气条件下加入硫酸铵、亚硫酸氢钠反应8h,加入丙酮,搅拌5min,抽滤,得到的物质用无水乙醇洗涤3次,并置于45℃条件下烘干20h,得到改性稠化剂;
(2)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加改性稠化剂,搅拌至完全溶解,投加阳离子表面活性剂、促进剂、支撑剂,搅拌均匀,出料。
一种粘弹性表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:改性稠化剂300份、阳离子表面活性剂80份、促进剂30份、支撑剂100份、水300份。
实施例8
各项参数均参考实施例1。
合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加黄原胶,搅拌至完全溶解,投加阳离子表面活性剂、促进剂、支撑剂,搅拌均匀,出料。
一种阳离子表面活性剂型携砂液,各原料组分如下:黄原胶300份、阳离子表面活性剂80份、促进剂30份、支撑剂100份、水300份。
实验:
实施例1-3和实施例8为对比实验,其中实施例1、实施例2、实施例3中均添加了改性稠化剂、改性表面活性剂、改性支撑剂混合料,将改性稠化剂、改性表面活性剂、改性支撑剂混合料与促进剂、水混合,制备得到一种粘弹性表面活性剂型携砂液,实施例8中将黄原胶、阳离子表面活性剂、支撑剂与促进剂、水混合,制备得到阳离子表面活性剂型携砂液,其余控制的参数均相同,实施例4-7为对比实验,实施例4将黄原胶、改性表面活性剂、改性支撑剂混合料、促进剂、水混合得到携砂液样品;实施例5将改性稠化剂、阳离子表面活性剂、改性支撑剂混合料、促进剂、水混合得到携砂液样品;实施例6将黄原胶、改性表面活性剂、支撑剂、促进剂、水混合得到携砂液样品;实施例7将改性稠化剂、阴离子表面活性剂、支撑剂、促进剂、水混合得到携砂液样品;其余控制参数均相同;通过对实施例1-8中得到的携砂液样品,我们进行了以下实验:流变性能测试:用流变仪测试实施例1-8的流变性能。
(1)稳态剪切黏度:在30℃、170s-1下,用流变仪测定实施例1-8中制得的携砂液样品的表观黏度。
(2)触变性:在30℃下,用流变仪对样品施加一个三角波变化的剪切速率(在30s内剪切速率先从0线性增至170s-1,再在30s内从170s-1线性降至0),获得实施例1-8中制得的携砂液样品的剪切触变性。
(3)粘弹性:在30℃小振幅振荡剪切模式下,先对样品施加一个应变扫描(频率f=1Hz,应变γ=0.01%~100%),确定其线性黏弹性区域。
有机氯含量测定:通过机氯含量测定仪测定。
悬砂能力测定:在实施例1-8中制得的携砂液样品中加入砂比为10%的支撑剂,搅拌均匀后倒入量筒中,静置,观察并计算支撑剂的沉降速度。
耐温抗剪切、抗盐性能的测定:在80℃、170s-1下,用高温流变仪对实施例1-8中制得的携砂液样品进行时间扫描,获得实施例1-8中制得的携砂液样品耐温耐剪切性能。
减阻性能的测定:在室温下(24℃)测定实施例1-8中制得的携砂液样品的减阻性能。首先用自来水做校准实验,然后测定实施例1-8中制得的携砂液样品在不同流量下的压降(流量由小到大调节),计算其在不同雷诺数下的减阻率。
破胶液表面张力测定:取实施例1-8中制得的携砂液样品,按SY/T 5107-2016中7.9.3的规定执行。
破胶液界面张力测定:取实施例1-8中制得的携砂液样品,按SY/T 5107-2016中7.9.3的规定执行。
检测结果如下:
Figure BDA0002611056970000201
Figure BDA0002611056970000211
根据表中数据可知,实施例1-3中,实施例1的实验效果最好,粘弹性最大,抗温抗剪切性能、抗盐性能等性能测试结果均是最理性的,实施例8中测得的实验结果最差,实施例4将黄原胶、改性表面活性剂、改性支撑剂混合料、促进剂、水混合得到的携砂液样品,悬砂能力不足,耐温抗盐性等各项性能与实施例1-3相比,差距较大,但相比于实施例8,各项性能均有所改善;实施例5将改性稠化剂、阳离子表面活性剂、改性支撑剂混合料、促进剂、水混合得到的携砂液样品,除了粘弹性较差外,其余各项性能均比较优秀;实施例6将黄原胶、改性表面活性剂、支撑剂、促进剂、水混合得到的携砂液样品,除了粘弹性一般外,其余各项性能均比较优秀;实施例7将改性稠化剂、阴离子表面活性剂、支撑剂、促进剂、水混合得到的携砂液样品,除了粘弹性较好,破胶液表面张力和破胶液界面张力、抗盐性能、抗温抗剪切性能均比较一般,但是与实施例8相比,各项项性能均有较大改善。
通过以上数据,我们可以得出以下结论:1、对比实施例8来看,普通携砂液悬砂能力不足,粘弹性较差,抗温抗剪切、抗盐性能均不太理想;本发明通过将黄原胶与疏水阳离子键醚化试剂反应,增强黄原胶的表观粘度,将松香基磺基甜菜碱两性表面活性剂与丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺进行组合共聚,改善了携砂液的抗盐、耐温抗剪切性能,在多孔陶瓷表面接枝负电荷,增加支撑剂在携砂液中的分散度;改性稠化剂、改性表面活性剂、支撑剂等物质协同作用,大大改善了携砂液的悬砂能力、抗盐、抗温抗剪切等性能,且对环境基本无污染,具有很大的应用前景;
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述各原料组分如下:以重量份计,改性稠化剂300-400份、改性表面活性剂80-100份、促进剂30-60份、改性支撑剂混合料100-150份、水300-600份。
2.根据权利要求1所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述改性稠化剂包括各原料组分如下:以重量份计,十六叔胺10-20份、环氧氯丙烷8-10份、黄原胶80-100份、丙烯酰胺20-30份、丙烯酸20-30份、N,N-二烯丙基油酰胺15-20份、乳化剂5-10份、硫酸铵10-15份、亚硫酸氢钠10-15份、丙酮10-20份。
3.根据权利要求1所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述改性表面活性剂包括各原料组分如下:以重量份计,脱氢枞酸80-100份、二氯甲烷50-60份、催化剂6-10份、氯化亚砜6-10份、3-二甲氨基丙氨10-20份、三乙胺10-15份、3-氯二羟基丙磺酸钠20-30份。
4.根据权利要求3所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述催化剂为4-二甲氨基吡啶。
5.根据权利要求1所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述促进剂为氯化钾、氯化铵、季铵盐中的一种或多种,所述改性支撑剂混合料主要成分为改性陶瓷、支撑剂,所述改性陶瓷、支撑剂的质量比例为(3-7):4。
6.根据权利要求2所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述乳化剂为脂肪酸皂、松香酸皂、硫酸酯和磺酸酯中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述改性陶瓷包括各原料组分如下:以重量份计,钛白粉30-50份、玻璃纤维60-80份、五氧化二钒30-50份、羧甲基纤维素钠20-30份、淀粉50-60份、硅烷偶联剂25-35份、丁二酸酐20-30份;所述支撑剂为石英砂、长青石、玻璃微球中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液,其特征在于:所述硅烷偶联剂为KH507、KH792、KH-602中的一种或多种。
9.一种粘弹性表面活性剂型携砂液的加工工艺,其特征在于:包括以下步骤:
(1)制备改性稠化剂;
(2)制备改性表面活性剂;
(3)制备改性支撑剂混合料;
(4)合成携砂液。
10.根据权利要求9所述的一种粘弹性表面活性剂型携砂液的加工工艺,其特征在于:具体包括以下步骤:
(1)制备改性稠化剂;
A.制备改性试剂:十六叔胺与无水乙醇混合,调节pH为6-7,升温至60-70℃,滴加环氧氯丙烷,恒温反应3-5h,得到改性试剂;
B.合成改性稠化剂:黄原胶与无水乙醇混合,搅拌5-10min,加入改性试剂,升温至85-95℃,再加入丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二烯丙基油酰胺、乳化剂、去离子水,以600-700r/min转速搅拌1-2h,调节pH值为6-7,氮气条件下加入硫酸铵、亚硫酸氢钠反应8-10h,加入丙酮,搅拌5-10min,抽滤,得到的物质用无水乙醇洗涤3-5次,并置于45-55℃条件下烘干20-24h,得到改性稠化剂;
(2)制备改性表面活性剂;
A.合成溶液A:将脱氢枞酸置于二氯甲烷中溶解,将温度升至55-65℃,加入催化剂搅拌,滴加氯化亚砜,于70-80℃条件下反应4h,得溶液A;
B.合成溶液B:3-二甲氨基丙胺、三乙胺混合,冰浴条件下,边搅拌边加入溶液A,反应3-5h,碳酸钠溶液洗涤3-5次,二氯甲烷萃取洗涤3-5次,干燥,得到溶液B;
C.合成改性表面活性剂:将溶液B、乙醇、3-氯-2-羟基丙磺酸钠混合均匀,于90-95℃条件下反应20-24h,干燥,重结晶3-5次,干燥,得到改性表面活性剂粉末;
(3)制备改性支撑剂混合料;
A.制备多孔陶瓷:将钛白粉、玻璃纤维、五氧化二钒、羧甲基纤维素钠和淀粉置于去离子水中,以200-400r/min的速度搅,真空压制成型,压制出的固体置于650-750℃条件下烧制30-36h,得到多孔陶瓷;
B.制备改性支撑剂混合料:将多孔陶瓷置于硅烷偶联剂中,搅拌0.5-1.5h,静置反应8-10h,取出,于45-65℃条件下干燥6-8h,再加入到丁二酸酐溶液中搅拌,静置反应3-5h,取出,用去离子水过滤洗涤3-5次,于45-65℃条件下干燥6-8h,与支撑剂混合均匀,得改性支撑剂混合料;
(4)合成携砂液:
配制罐中放入水,以200-400r/min转速搅拌,缓慢投加改性稠化剂,搅拌至完全溶解,投加改性表面活性剂、促进剂、改性支撑剂混合料,搅拌均匀,出料。
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