CN113548987A - 双子两性黏弹性表面活性剂及其制备方法、应用及压裂液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了双子两性黏弹性表面活性剂及其制备方法、应用及压裂液，制备方法包括以下步骤：S1、将长链叔胺溶于有机溶剂中并搅拌，随后加入浓盐酸，搅拌，随后逐滴滴入环氧氯丙烷，升温回流，制得中间体A；S2、将中间体A溶于四氢呋喃中，随后加入氢化钠，室温下搅拌，将1,3‑丙烷磺内酯溶于四氢呋喃后，滴入至中间体A与氢化钠反应后的溶液中，升温回流，然后加入盐酸与多余氢化钠反应，随后减压蒸馏，制得中间体B；S3、将中间体B溶于有机溶剂中，加入脂肪酸酰胺丙基二甲胺，在80‑90℃下搅拌回流，减压蒸馏，制得双子两性黏弹性表面活性剂。本发明所述该表面活性剂用于制备压裂液，不仅能够满足自动破胶，具有较好的耐温性和较强的悬砂性。

Description

双子两性黏弹性表面活性剂及其制备方法、应用及压裂液
技术领域
本发明涉及油气田增产改造技术领域，具体涉及双子两性黏弹性表面活性剂及其制备方法、应用及压裂液。
背景技术
随着石油工业的迅速发展，低渗透油气资源的勘探开发成为热门领域。目前主要采用水力压裂技术对低渗透储层进行增产改造，而压裂液则是该技术的重要组成部分，其性能对施工效果影响较大。
各大油田常用的压裂液体系主要是聚合物压裂液及瓜尔胶压裂液，它们存在的主要问题是稠化剂的分子量较大，在施工过程中难以彻底破胶，导致不溶物残留在地层中，进而堵塞地层，因此，清洁、环保的压裂液的研发工作迫在眉睫。在这样的背景下，清洁压裂液应运而生，清洁压裂液的稠化剂为小分子的黏弹性表面活性剂，其在与烃类物质接触后会自行破胶，不会在地层中留下不溶物，故不会伤害地层。
传统的清洁压裂液存在耐温性差的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供双子两性黏弹性表面活性剂，将该表面活性剂用于制备压裂液，不仅能够满足自动破胶，具有较好的耐温性和较强的悬砂性。
此外，本发明还提供上述双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法、应用。
本发明通过下述技术方案实现：
双子两性黏弹性表面活性剂，其结构式如下所示：
Figure BDA0003211292640000011
其中，R1为碳原子数12-18的饱和烃链，R2为碳原子数17-21的饱和或不饱和烃链。
将上述双子两性黏弹性表面活性剂与反离子复配可得一种具有较强流变性能的清洁压裂液体系。该体系悬砂能力强，现场配制简单，自动破胶，含3wt％双子两性黏弹性表面活性剂的压裂液体系在140℃，170s-1下剪切80min后，液体黏度仍能保持75mPa﹒s左右，具有较强的耐温耐剪切能力，可满足现场施工对压裂液的黏度要求，适用于深层高温储层的改造。
清洁压裂液的稠化剂是黏弹性表面活性剂，双子两性黏弹性表面活性剂的结构让清洁压裂液具有很强的悬砂能力，且遇到烃类流体后，烃类流体增溶至其分子结构内，可自行破胶。
进一步地，R1为十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺的疏水碳链，R2为芥酸、油酸或硬脂酸的疏水碳链。
芥酸的疏水碳链结构式为：
Figure BDA0003211292640000021
油酸的疏水碳链结构式为：
Figure BDA0003211292640000022
硬脂酸的疏水碳链结构式为：
Figure BDA0003211292640000023
双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将长链叔胺溶于有机溶剂中并搅拌，随后加入浓盐酸，搅拌，随后逐滴滴入环氧氯丙烷，升温至55-60℃，回流、减压蒸馏，制得中间体A；
Figure BDA0003211292640000024
S2、将中间体A溶于四氢呋喃中，随后加入氢化钠，室温下搅拌，然后将1,3-丙烷磺内酯溶于四氢呋喃后，逐滴滴入至中间体A与氢化钠反应后的溶液中，升温至55-60℃，回流，反应结束后滴加盐酸与多余氢化钠反应，随后减压蒸馏，制得中间体B；
Figure BDA0003211292640000025
S3、将中间体B溶于有机溶剂中，加入脂肪酸酰胺丙基二甲胺，在80-90℃下搅拌回流，减压蒸馏，制得双子两性黏弹性表面活性剂。
Figure BDA0003211292640000026
进一步地，步骤S1中，长链叔胺与环氧氯丙烷的摩尔比为1.0：1.1-1.3。
优选地，长链叔胺与环氧氯丙烷的摩尔比为1.0：1.1。
进一步地，步骤S2中，中间体A、氢化钠和1,3-丙烷磺内酯的摩尔比为1.0:1.0-1.2：1.0。
优选地，中间体A、氢化钠和1,3-丙烷磺内酯的摩尔比为1.0：1.1：1.0。
进一步地，步骤S3中，中间体B和脂肪酸酰胺丙基二甲胺的摩尔比为1.0：1.0-1.1。
优选地，中间体B和脂肪酸酰胺丙基二甲胺的摩尔比为1.0：1.0。
进一步地，长链叔胺为十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺；所述脂肪酸酰胺丙基二甲胺为芥酸酰胺丙基二甲胺、油酸酰胺丙基二甲胺和硬脂酸酰胺丙基二甲胺中的一种或多种的组合。
进一步地，有机溶剂为乙醇或异丙醇。
双子两性黏弹性表面活性剂用于制备压裂液。
一种压裂液，包括上述双子两性黏弹性表面活性剂，以及反离子盐。
进一步地，由以下重量百分比组分组成：
双子两性黏弹性表面活性剂1-3wt％，反离子盐0.5-1.2wt％，余量为水。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明所述双子两性黏弹性表面活性剂与反离子复配可得清洁压裂液，具有较好的耐温能力，成本低，可自行破胶，易于现场配制。
2、本发明提供了一种以长链叔胺、环氧氯丙烷、1,3-丙烷磺内酯及脂肪酸酰胺丙基二甲胺为原料制备双子两性黏弹性表面活性剂的方法，并将其与反离子盐复配制成清洁压裂液，具有悬砂性好，制备简单，两性表面活性剂相比阳离子表面活性剂对地层的伤害更小。
3、本发明提供的清洁压裂液在140℃，170s-1下剪切80min后，液体黏度仍能保持75mPa﹒s左右，具有较强的耐温耐剪切能力，可满足现场施工对压裂液的黏度要求，适用于深层高温储层的改造。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为实施例1中用3wt％的双子两性黏弹性表面活性剂与0.9wt％的氯化钾配制的清洁压裂液在140℃下的流变曲线；
图2为实施例2中用3wt％的双子两性黏弹性表面活性剂与1.2wt％的水杨酸钠配制的清洁压裂液在140℃下的流变曲线；
图3为实施例3中用3wt％的双子两性黏弹性表面活性剂与1.1wt％的氯化铵配制的清洁压裂液在140℃下的流变曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将50mmol十四烷基二甲基叔胺溶于含有200mL乙醇的500mL单口圆底烧瓶中，随后边搅拌边加入50mmol浓盐酸，并继续搅拌5min，然后再逐滴滴加70mmol环氧氯丙烷，升温至55℃，回流8h后，减压蒸馏去除多余的环氧氯丙烷，得到中间体A；
S2、将制得的中间体A用四氢呋喃溶解，加入50～55mmol氢化钠，室温下搅拌15min，然后将50mmol的1,3-丙烷磺内酯用60mL四氢呋喃溶解，并逐滴滴入中间体A与氢化钠反应后的溶液中，60℃反应10h，反应结束后滴加适量盐酸与多余氢化钠反应，减压蒸馏得到淡黄色膏状中间体B；
S3、将中间体B溶于200mL乙醇中，加入50mmol芥酸酰胺丙基二甲胺，在90℃下回流反应10h，减压蒸馏制得黄色胶状的双子两性黏弹性表面活性剂。
本实施例中，反应步骤S1所得中间体A的摩尔量与步骤S1中的十四烷基二甲基叔胺相同，步骤S2中的中间体B的摩尔量与步骤S2中的中间体A是相同的。
将本实施例所述的双子两性黏弹性表面活性剂用于制备压裂液，所述压裂液由以下重量百分比组分组成：
双子两性黏弹性表面活性剂3wt％，氯化钾0.9wt％，余量为水。
将压裂液体在140℃，170s-1下剪切80min后黏度可维持在78mPa﹒s以上，如附图1所示，高于现场施工对清洁压裂液的黏度要求(＞25mPa﹒s)。
实施例2：
双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将50mmol十六烷基二甲基叔胺溶于含有250mL异丙醇的500mL单口圆底烧瓶中，随后边搅拌边加入50mmol浓盐酸，并继续搅拌5min，然后再逐滴滴加60mmol环氧氯丙烷，升温至60℃，回流8h后，减压蒸馏去除多余的环氧氯丙烷，得到中间体A；
S2、将制得的中间体A用四氢呋喃溶解，加入50～55mmol氢化钠，室温下搅拌10min，然后将50mmol的1,3-丙烷磺内酯用70mL四氢呋喃溶解，并逐滴滴入中间体A与氢化钠反应后的溶液中，60℃反应12h，反应结束后滴加适量盐酸与多余氢化钠反应，减压蒸馏得到淡黄色膏状中间体B；
S3、将中间体B溶于250mL异丙醇中，加入50mmol油酸酰胺丙基二甲胺，在80℃下回流反应12h，减压蒸馏制得黄色胶状的双子两性黏弹性表面活性剂。
本实施例中，反应步骤S1所得中间体A的摩尔量与步骤S1中的十六烷基二甲基叔胺相同，步骤S2中的中间体B的摩尔量与步骤S2中的中间体A是相同的。
将本实施例所述的双子两性黏弹性表面活性剂用于制备压裂液，所述压裂液由以下重量百分比组分组成：
双子两性黏弹性表面活性剂3wt％，水杨酸钠1.2wt％，余量为水。
将压裂液体在140℃，170s-1下剪切80min后黏度可维持在83mPa﹒s以上，如附图2所示，高于现场施工对清洁压裂液的黏度要求(＞25mPa﹒s)。
实施例3：
双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将50mmol十八烷基二甲基叔胺溶于含有250mL乙醇的500mL单口圆底烧瓶中，随后边搅拌边加入50mmol浓盐酸，并继续搅拌5min，然后再逐滴滴加60mmol环氧氯丙烷，升温至55℃，回流8h后，减压蒸馏去除多余的环氧氯丙烷，得到中间体A；
S2、将制得的中间体A用四氢呋喃溶解，加入55～60mmol氢化钠，室温下搅拌15min，然后将50mmol的1,3-丙烷磺内酯用60mL四氢呋喃溶解，并逐滴滴入中间体A与氢化钠反应后的溶液中，55℃反应12h，反应结束后滴加适量盐酸与多余氢化钠反应，减压蒸馏得到淡黄色膏状中间体B；
S3、将中间体B溶于250mL乙醇中，加入50mmol硬脂酸酰胺丙基二甲胺，在90℃下回流反应10h，减压蒸馏制得黄色胶状的双子两性黏弹性表面活性剂。
本实施例中，反应步骤S1所得中间体A的摩尔量与步骤S1中的十八烷基二甲基叔胺相同，步骤S2中的中间体B的摩尔量与步骤S2中的中间体A是相同的。
将本实施例所述的双子两性黏弹性表面活性剂用于制备压裂液，所述压裂液由以下重量百分比组分组成：
双子两性黏弹性表面活性剂3wt％，氯化铵1.1wt％，余量为水。
将压裂液体在140℃，170s-1下剪切80min后黏度可维持在80mPa﹒s以上，如附图3所示，高于现场施工对清洁压裂液的黏度要求(＞25mPa﹒s)。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.双子两性黏弹性表面活性剂，其特征在于，其结构式如下所示：
Figure FDA0003211292630000011
其中，R1为碳原子数12-18的饱和烃链，R2为碳原子数17-21的饱和或不饱和烃链。
2.根据权利要求1所述的双子两性黏弹性表面活性剂，其特征在于，R1为十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺的疏水碳链，R2为芥酸、油酸或硬脂酸的疏水碳链。
3.如权利要求1或2所述的双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将长链叔胺溶于有机溶剂中并搅拌，随后加入浓盐酸，搅拌，随后逐滴滴入环氧氯丙烷，升温至55-60℃，回流、减压蒸馏，制得中间体A；
S2、将中间体A溶于四氢呋喃中，随后加入氢化钠，室温下搅拌，然后将1,3-丙烷磺内酯溶于四氢呋喃后，逐滴滴入至中间体A与氢化钠反应后的溶液中，升温至55-60℃，回流，反应结束后滴加盐酸与多余氢化钠反应，随后减压蒸馏，制得中间体B；
S3、将中间体B溶于有机溶剂中，加入脂肪酸酰胺丙基二甲胺，在80-90℃下搅拌回流，减压蒸馏，制得双子两性黏弹性表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，长链叔胺与环氧氯丙烷的摩尔比为1.0：1.1-1.3。
5.根据权利要求3所述的双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，中间体A、氢化钠和1,3-丙烷磺内酯的摩尔比为1.0:1.0-1.2：1.0。
6.根据权利要求3所述的双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，中间体B和脂肪酸酰胺丙基二甲胺的摩尔比为1.0：1.0-1.1。
7.根据权利要求3所述的双子两性黏弹性表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述长链叔胺为十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺；所述脂肪酸酰胺丙基二甲胺为芥酸酰胺丙基二甲胺、油酸酰胺丙基二甲胺和硬脂酸酰胺丙基二甲胺中的一种或多种的组合。
8.如权利要求1或2所述的双子两性黏弹性表面活性剂用于制备压裂液。
9.一种压裂液，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的双子两性黏弹性表面活性剂，以及反离子盐。
10.根据权利要求9所述的一种压裂液，其特征在于，由以下重量百分比组分组成：
双子两性黏弹性表面活性剂1-3wt％，反离子盐0.5-1.2wt％，余量为水。
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