CN112342008B - 一种氧化铵表面活性剂压裂液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化铵表面活性剂压裂液，其包括如下质量百分比的组分：表面活性剂A1‑6％、氯化钾3‑4％、氢氧化钠0.1‑0.15％，其余为水；表面活性剂A是氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂的复配物；氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂三者的用量质量比为2:1:3；所述氧化铵是由原料N,N‑二甲基‑1,3‑丙二胺、介酸和催化剂亚磷酸以及双氧水反应得到的氧化物。将氯化钾和氢氧化钠加入水中，搅拌溶解，配制成盐水；然后将表面活性剂A加入盐水中，搅拌30分钟，得到氧化铵表面活性剂压裂液。本发明的氧化铵表面活性剂压裂液不需破胶剂遇油或水破胶彻底，对地层污染小，清洁环保，适用温度高。

Description

一种氧化铵表面活性剂压裂液

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种氧化铵表面活性剂压裂液。

背景技术

压裂液是压裂施工的核心技术，是决定压裂成败的关键。目前,压裂液主要分为水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液和泡沫压裂液等几类。其中水基冻胶压裂液是应用最广泛的一类压裂液，其增稠剂是一些大分子聚合物，如改性胍胶羧甲基纤维素及聚丙烯酰胺等。这些大分子聚合物，虽然成胶质量好，但因其溶解分散性差，水不溶物多，易形成“鱼眼”等，使得聚合物的利用率大大降低。另外，增稠剂与交联剂交联形成的超大分子中就有相当一部分未彻底破胶的物质和水不溶物(20％～60％)，在压裂施工后驻留在地层裂缝中，使地层渗透率下降,导致压裂改造效果降低。人们已经认识到这种危害，也进行了一些改进，但在降低残渣减少伤害方面仍收效甚微。高效、低伤害、低成本是压裂液发展的主体，粘弹性表面活性剂压裂液是近些年来研究和应用的热点，作为水基压裂液，它具有无与伦比的优势和广阔的发展空间，但目前该类产品存在不耐温、成本高，合成工艺复杂等缺点，严重限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有表面活性剂压裂液存在的不耐温、成本高，合成工艺复杂等缺陷，提供一种适用温度高，配制工艺简单的氧化铵表面活性剂压裂液。

本发明提供的氧化铵表面活性剂压裂液的组分包括如下质量百分比的组分：

表面活性剂A1-6％、氯化钾3-4％、氢氧化钠0.1-0.15％，其余为水；所述表面活性剂A是氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂的复配物；氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂三者的用量质量比为2:1:3。醇溶剂为异丙醇、丙二醇、甲醇、乙醇中的一种或多种。

所述氧化铵的制备方法是：将N,N-二甲基-1,3-丙二胺、介酸和催化剂亚磷酸加入反应容器，升温至100-130℃，反应6-7h，然后升温至180℃蒸发除去水，得到中间产物；向中间产物中加入浓度35％的双氧水，升温至60-80℃，反应时间5-6h，得到氧化铵。制备得到的氧化铵中可以加入亚硫酸钠，搅拌均匀，以除去过量的过氧化氢。

优选的是，氧化铵制备过程中，双氧水分3批次加入，首先加入三分之一的双氧水，升温至60-80℃，反应2h；然后加入三分之一的双氧水，继续反应2h；最后加入剩余的三分之一双氧水，继续反应2h，得到氧化铵。

将氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂进行复配，得到表面活性剂A。

压裂液的具体组分百分含量如下：

表面活性剂A1-6％、氯化钾3-4％、氢氧化钠0.1-0.15％，其余为水。

压裂液制备方法：

步骤1、将N,N-二甲基-1,3-丙二胺、介酸和催化剂亚磷酸加入反应容器，升温至100-130℃，反应6-7h，然后升温至180℃蒸发除去水，得到中间产物；向中间产物中加入过量的浓度35％的双氧水，升温至60-80℃，反应时间5-6h，得到氧化铵；将氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂按照质量比2:1:3进行复配，得到表面活性剂A；

步骤2、将氯化钾和氢氧化钠加入水中，搅拌溶解，配制成盐水；

步骤3、将表面活性剂A加入盐水中，搅拌30分钟，得到氧化铵表面活性剂压裂液。

上述方法中，制备的氧化铵中可以加入亚硫酸钠，搅拌均匀，以除去过量的过氧化氢。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)氧化铵表面活性剂压裂液破胶后呈半透明液体，其水液粘度几乎为零，并且没有残渣，极易返排。同时清洁压裂液不形成滤饼，其滤失速度是液体粘度和弹性的函数，滤失率基本不随时间变化；在地层渗透率低于5毫达西时，该粘弹性液体很难进入孔隙喉道。实验表明清洁压裂液对地层污染远低于瓜胶聚合物压裂液。

(2)由于不需要对聚合物进行水化，表面活性剂的浓度可在往盐水中添加的过程中不断计量，使搅拌筒单易行.不需要交联剂、破胶剂、或其它化学添加剂，消除了聚合物水化造成的变异和破胶剂的影响，也不需要大量的仪表和泵注系统，简单的操作是清洁压裂液的关键技术。

(3)本发明的压裂液在120℃/170^-1剪切速率下，其粘度仍能达到50mpa.s以上。

(4)实验分析表明具有弹性且在低剪切速率下有较高粘度的清洁压裂液对支撑剂具很好的悬浮能力，而且不需破胶剂且遇油和水破胶彻底。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、压裂液的剪切粘度恢复性测试数据图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

表面活性剂A的制备方法：步骤(1)、将212kg N,N-二甲基-1,3-丙二胺、670.0kg介酸和836.5kg催化剂亚磷酸加入反应容器，升温至130℃，反应7h，然后升温至180℃蒸发除去水，得到中间产物；步骤(2)、向中间产物中加入150kg的浓度35％的双氧水，升温至60℃，反应时间5h，得到氧化铵；步骤(3)、将氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂按照质量比2:1:3进行复配，得到表面活性剂A。醇溶剂是甲醇。

实施例2

表面活性剂A的制备方法：步骤(1)、将222kg N,N-二甲基-1,3-丙二胺、670.0kg介酸和836.5kg催化剂亚磷酸加入反应容器，升温至100℃，反应6h，然后升温至180℃蒸发除去水，得到中间产物；步骤(2)、向中间产物中加入50kg的浓度35％的双氧水，升温至80℃，反应时间2h，然后再加入50kg浓度35％的双氧水，继续反应2h，最后再加入，50kg浓度35％的双氧水，继续反应2h，得到氧化铵；步骤(3)、将氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂按照质量比2:1:3进行复配，得到表面活性剂A。醇溶剂是异丙醇与甲醇的等质量比混合物。

在反应过程中，如果体系粘度不断增加，搅拌困难时，加入少量异丙醇，继续搅拌，反应结束后冷却至室温，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后出料，得到氧化铵。

以下实施例中用到的表面活性剂A均是实施例2制备的表面活性剂。

实施例3

一种氧化铵表面活性剂压裂液，其各组分的质量百分比是：表面活性剂A 5％、氯化钾3％、氢氧化钠0.1％，其余为水。质量百分总计100％。

该压裂液的制备方法步骤：

步骤1、将氯化钾和氢氧化钠加入水中，搅拌溶解，配制成盐水。

步骤2、将表面活性剂A加入盐水中，搅拌30分钟，得到压裂液。

实施例4

一种氧化铵表面活性剂压裂液，其各组分的质量百分比是：表面活性剂A 6％、氯化钾4％、氢氧化钠0.15％，其余为水。质量百分总计100％。

该压裂液的制备方法步骤同实施例3。

实施例5

一种氧化铵表面活性剂压裂液，其各组分的质量百分比是：表面活性剂A1％、氯化钾3.5％、氢氧化钠0.15％，其余为水。质量百分总计100％。

压裂液制备方法同实施例3。

氧化铵表面活性剂压裂液的性能测定：

1、粘－温性能测定：对实施例3和实施例4制备的压裂液进行粘度-温度性能测试，结果见表1和表2。

表1、实施例3的压裂液的粘度随温度变化的测试结果

表2、实施例4的压裂液的粘度随温度变化的测试结果

2、压裂液的剪切粘度恢复性

压裂施工时，压裂液通过井筒时处于高剪切状态，而当压裂液进入地层后在裂缝中又处于低剪切状态，这就要求所选压裂液具有良好的剪切恢复性，才能具有较大的粘度携带支撑剂。实施例3制备的压裂液的测试结果见图1。

3、压裂液的滤失性能

本发明实施例3-5的清洁压裂液均不形成滤饼，没有造壁性能，在地层渗透率低于5毫达西时，该粘弹性液体很难进入孔隙喉道。

4、压裂液的破胶、水化性能

(1)清洁压裂液水化破胶性能测试：测试条件，毛细管粘度计、表面张力仪；测试温度30℃；压裂液未破胶时粘度为137mPaS；破胶时间5-20分钟。实施例4的压裂液的测试结果见表3。

表3、实施例4压裂液水化破胶性能测试结果

(2)与烃接触破胶：测试条件：毛细管粘度计、表面张力仪；测试温度60℃；压裂液未破胶时粘度为137mPaS；破胶时间5-20分钟。实施例4的压裂液测试结果见表4。

表4、实施例4压裂液与烃接触破胶性能测试结果

压裂液量ml	烃加入量ml	破胶时间min	破胶液粘度mPaS
				100	原油15ml	20	2.87

5、压裂液残渣含量的测定

(1)与水接触破胶后残渣含量的测定

取50ml实施例4的压裂液与水破胶后的破胶液呈透明略带乳白色的液体，经30min、3000r/min离心后，液体不分层，无沉淀残渣出现。

(2)与烃接触破胶后残渣含量的测定

在试验中我们选择的烃为煤油。当实施例4的清洁压裂液中滴入煤油后，静置或轻微搅拌均可，明显可看到压裂液体系发生变化，最后油水分层，压裂液破胶，无沉淀残渣出现。

6、压裂液防膨性能测试

实施例4的压裂液的测试结果见表5。由实验数据可以看出本发明的压裂液具有较好的防膨性能。

表5、实施例4的压裂液防膨性能测

项目	防膨率％
		2.5％KC1	66.8
清洁压裂液	80.5

7、压裂液对稠油的降粘试验

测试条件：50℃下，RV30粘度计，170s-1，剪切时间30min。原油粘度1832mPaS。实施例4的压裂液对稠油的降粘测试结果见表6。

表6、实施例4的压裂液对稠油的降粘测试结果

综上所述，本发明的新型压裂液具有独特的流变性、液体工作效率高、造缝能力理想、现场配制简单和适用温度范围广泛等特点，是一种理想的低伤害清洁压裂液。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种氧化铵表面活性剂压裂液，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：

表面活性剂A1-6％、氯化钾3-4％、氢氧化钠0.1-0.15％，其余为水；所述表面活性剂A是氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂的复配物；氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂三者的用量质量比为2:1:3；表面活性剂A的制备方法如下：

步骤(1)将N,N-二甲基-1,3-丙二胺、介酸和催化剂亚磷酸加入反应容器，升温至100-130℃，反应6-7h，然后升温至180℃蒸发除去水，得到中间产物；

步骤(2)向中间产物中加入浓度35％的双氧水，升温至60-80℃，反应时间5-6h，得到氧化铵；

步骤(3)将氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂进行复配，得到表面活性剂A。

2.如权利要求1所述的氧化铵表面活性剂压裂液，其特征在于，步骤(2)中，双氧水分3批次加入，首先加入三分之一的双氧水，升温至60-80℃，反应2h；然后加入三分之一的双氧水，继续反应2h；最后加入剩余的三分之一双氧水，继续反应2h，得到氧化铵。

3.如权利要求1所述的氧化铵表面活性剂压裂液，其特征在于，制备得到的氧化铵中加入亚硫酸钠，搅拌均匀，以除去过量的过氧化氢。

4.如权利要求1所述的氧化铵表面活性剂压裂液，其特征在于，所述醇溶剂为异丙醇、丙二醇、甲醇、乙醇中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的氧化铵表面活性剂压裂液，其特征在于，压裂液的制备方法步骤：

步骤1、将N,N-二甲基-1,3-丙二胺、介酸和催化剂亚磷酸加入反应容器，升温至100-130℃，反应6-7h，然后升温至180℃蒸发除去水，得到中间产物；向中间产物中加入浓度35％的双氧水，升温至60-80℃，反应时间5-6h，得到氧化铵；将氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠及醇溶剂按照质量比2:1:3进行复配，得到表面活性剂A；

步骤2、将氯化钾和氢氧化钠加入水中，搅拌溶解，配制成盐水；

步骤3、将表面活性剂A加入盐水中，搅拌30分钟，得到氧化铵表面活性剂压裂液。

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