CN114350340B - 一种压裂用增渗剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂用增渗剂及其制备方法和应用，属于油气资源开采技术领域，解决了现有化学剂渗吸能力和增渗能力低的技术问题。所述压裂用增渗剂制备时，先将聚氧乙烯和精制粉末状的氨基磺酸混合于溶剂二甲基甲酰胺中进行第一步酯化反应；再向反应液中加入一定量的长链烷基酰氯进行第二步反应，最终得到压裂用增渗剂。所述压裂用增渗剂溶解初期呈中性，可在溶液中均匀稳定存在，由于自身较低的界面张力可以起到润湿作用，具有明显的毛管自吸能力，是一种功能优异的压裂用增渗剂。

Description

一种压裂用增渗剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于油气资源开采技术领域，具体涉及一种压裂用增渗剂及其制备方法和应用。

背景技术

非常规油气如致密油、页岩油、页岩气等是世界能源的主要来源之一，经过近十几年持续的勘探评价和技术准备，石油的非常规油气勘探发现已实现了由点到面、由量变至质变的突破。非常规油气已成为油气增储上产的最重要的主体资源之一。但是非常规油气整体资源品位低，储集层致密，地质结构较复杂，低孔低渗，这些特点大幅度影响了油气资源的开采效率。

在非常规油气藏的开采过程中，水力压裂技术是油气井增产、水井增注的一项重要措施，它是将高粘度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中在井底附近憋起高压，在地层中形成裂缝。继续将带有支撑剂的压裂液注入缝中，此裂缝向前延伸，可在地层中形成填砂裂缝。在压裂过程中往往会添加表面活性剂等多种化学组分，表面活性剂对于提高油藏的渗吸效率有很大作用。研究发现，页岩中水基压裂液的渗吸采出程度随渗透率的增大而增大，且孔隙结构越好，渗吸效果越好。但目前现有的化学剂存在渗吸能力和增渗能力低的缺点，大大降低了油气资源的开采效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压裂用增渗剂及其制备方法和应用，用以解决现有化学剂渗吸能力和增渗能力低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种压裂用增渗剂，所述压裂用增渗剂的结构式如下：

其中；R为长脂肪链，长脂肪链的碳链中碳原子数为11～17；n为10～50。

本发明还公开了上述压裂用增渗剂的制备方法，包括以下步骤：将聚氧乙烯、氨基磺酸和二甲基甲酰胺混合进行第一次反应，得到反应后的混合溶液；再向反应后的混合溶液中加入长链烷基酰氯进行第二次反应，得到反应液，将反应液经过浓缩、纯化分离、真空干燥得到一种压裂用增渗剂。

进一步地，所述第一次反应的反应温度为85～95℃，反应时间为1～2h。

进一步地，第一次反应结束后，控制反应后的混合溶液的温度为20～30℃，再加入长链烷基酰氯进行第二次反应；所述长链烷基酰氯为十八烷基酰氯。

进一步地，所述第二次反应的反应时间为3～4h。

进一步地，所述纯化分离的方法为甲苯柱层析法。

进一步地，所述二甲基甲酰胺用量为聚氧乙烯、氨基磺酸和长链烷基酰氯总质量的3～8倍。

进一步地，所述氨基磺酸、聚氧乙烯和长链烷基酰氯的摩尔比为(1～1.3):(1～1.2):1。

本发明还公开了上述压裂用增渗剂的应用，所述压裂用增渗剂作为油气资源开采压裂过程中的化学剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种压裂用增渗剂，通过聚氧乙烯、氨基磺酸和二甲基甲酰胺进行第一次反应并加入长链烷基酰氯进行第二次反应得到；由相关实验结果可知，所述压裂用增渗剂在溶解的初期呈中性，可在溶液中均匀稳定存在，具有明显的毛管自吸能力；由于自身的特殊结构，所述压裂用增渗剂具有较低的界面张力，可以起到润湿作用，具有明显的毛管自吸能力。所述压裂用增渗剂在高温下能分解出氨基磺酸，从而进一步增加渗透率；分解出的聚氧乙烯，制造出水润湿环境为水溶液在地层微孔环境中的前进降低阻力，分解出的长链烷基酸，具有一定洗油功能；所述压裂用增渗剂具有更高的渗吸能力和增渗能力。

本发明还公开了上述压裂用增渗剂的制备方法，该方法操作简单，所用试剂简单易得，无污染，能大规模生产，具有广阔的应用前景。

本发明还公开了上述压裂用增渗剂作为油气资源开采压裂过程中压裂用的化学剂的应用，在压裂过程中，由于该压裂用增渗剂在高温下分解出的氨基磺酸、聚氧乙烯和长链烷基酸，具有高的渗透率，为水溶液在地层微孔环境中的前进降低阻力，同时具有一定洗油功能，可以大大提高油气资源的开采效率，在油气资源开采领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明压裂用增渗剂的合成及分解应用机理图；

图2为实施例1中所得压裂用增渗剂的核磁氢谱图；

图3为实施例1中所得不同浓度的压裂用增渗剂的自吸高度测试结果图；

其中，a-0.1％；b-0.3％。

具体实施方式

为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。

本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。

本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。

本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。

本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。

本发明公开的一种压裂用增渗剂及其制备及应用，所述压裂用增渗剂具有以下结构式：

图1所示为压裂用增渗剂的合成及分解应用机理图，合成时，将氨基磺酸和聚氧乙烯(n＝10～50)混合于溶剂二甲基甲酰胺中，升温至85～95℃，反应1～2h。其中氨基磺酸和聚氧乙烯的摩尔比(1～1.3):(1～1.2)，溶剂质量为氨基磺酸、聚氧乙烯和长链烷基酰氯总质量的3～8倍。待反应结束后，控制温度在20～30℃，再向反应液中加入长链烷基酰氯，反应3～4h，其中长链烷基酰氯与氨基磺酸摩尔比为1:(1～1.3)。反应结束后浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到最终产物压裂用增渗剂为长链烷基酰胺基磺酸聚氧乙烯酯。

分解时，所述压裂用增渗剂在高温下可分解出氨基磺酸、聚氧乙烯和长链烷基酸，具有高的渗透率和一定洗油功能，并且为水溶液在地层微孔环境中的前进降低阻力，是一种功能优异的压裂用增渗剂。具体分解反应方程式为：

实施例1

一种压裂用增渗剂的制备方法，包括以下步骤：

将9.7g的氨基磺酸和45.8g的聚氧乙烯(n＝10)混合于429.0g的溶剂二甲基甲酰胺中进行第一次反应，升温至95℃，反应2h，得到反应后的混合溶液。待反应结束后，控制温度在30℃，再向反应后的混合溶液中加入30.3g的十八烷基酰氯进行第二次反应，反应4h，得到反应液，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到一种压裂用增渗剂为十八烷基酰胺基磺酸聚氧乙烯酯。

实施例2

一种压裂用增渗剂的制备方法，包括以下步骤：

将9.7g的氨基磺酸和45.8g的聚氧乙烯(n＝10)混合于415.0g的溶剂二甲基甲酰胺中进行第一次反应，升温至95℃，反应2h，得到反应后的混合溶液。待反应结束后，控制温度在30℃，再向反应后的混合溶液中加入27.5g的十八烷基酰氯进行第二次反应，反应4h，得到反应液，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到一种压裂用增渗剂为十八烷基酰胺基磺酸聚氧乙烯酯。

实施例3

一种压裂用增渗剂的制备方法，包括以下步骤：

将10.7g的氨基磺酸和45.8g的聚氧乙烯(n＝10)混合于520.8g的溶剂二甲基甲酰胺中进行第一次反应，升温至90℃，反应2h，得到反应后的混合溶液。待反应结束后，控制温度在25℃，再向反应后的混合溶液中加入30.3g的十八烷基酰氯进行第二次反应，反应3h，得到反应液，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到一种压裂用增渗剂为十八烷基酰胺基磺酸聚氧乙烯酯。

实施例4

一种压裂用增渗剂的制备方法，包括以下步骤：

将9.7g的氨基磺酸和147.2g的聚氧乙烯(n＝30)混合于1430.4g的溶剂二甲基甲酰胺中进行第一次反应，升温至85℃，反应2h，得到反应后的混合溶液。待反应结束后，控制温度在30℃，再向反应后的混合溶液中加入21.9g的十八烷基酰氯进行第二次反应，反应4h，得到反应液，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到一种压裂用增渗剂为十八烷基酰胺基磺酸聚氧乙烯酯。

实施例5

一种压裂用增渗剂的制备方法，包括以下步骤：

将9.7g的氨基磺酸和244.0g的聚氧乙烯(n＝50)混合于1378.0g的溶剂二甲基甲酰胺中进行第一次反应，升温至85℃，反应2h，得到反应后的混合溶液。待反应结束后，控制温度在25℃，再向反应后的混合溶液中加入21.9g的十八烷基酰氯进行第二次反应，反应4h，得到反应液，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到一种压裂用增渗剂为十八烷基酰胺基磺酸聚氧乙烯酯。

实施例6

一种压裂用增渗剂的制备方法，包括以下步骤：

将9.7g的氨基磺酸和244.0g的聚氧乙烯(n＝50)混合于1378.0g的溶剂二甲基甲酰胺中进行第一次反应，升温至90℃，反应1h，得到反应后的混合溶液。待反应结束后，控制温度在20℃，再向反应后的混合溶液中加入21.9g的十八烷基酰氯进行第二次反应，反应3h，得到反应液，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到一种压裂用增渗剂为十八烷基酰胺基磺酸聚氧乙烯酯。

为了表征该压裂用增渗剂的结构特征，对实施例1中合成的压裂用增渗剂进行了核磁氢谱测试，结果如图2所示。

为了表征该压裂用增渗剂浓度对自吸高度的影响，对实施例1中合成的不同浓度的压裂用增渗剂进行了自吸高度测试，结果如图3所示。图3a压裂用增渗剂使用浓度为0.1％，图3b为0.3％。结果表明，使用浓度升高，自吸高度升高。

为了表征该压裂用增渗剂的各项性能，对实施例1～5中合成的压裂用增渗剂的界面张力、pH值、润湿性能、自吸能力、洗油效率、岩心渗透率进行了测试，结果见表1。由表1可知，本发明的压裂用增渗剂具有较低的界面张力，可以起到润湿作用，0.3％的水溶液具有明显的毛管自吸能力。pH值在常温下为中性，加热后显酸性，高温下能分解出氨基磺酸，溶蚀裂缝从而进一步增加渗透率。洗油实验表明，该压裂用增渗剂具有一定洗油功能；综合评价是一种功能优异的压裂用增渗剂。

其中测试参照标准为：

界面张力参照GB/T 38722-2020表面活性剂界面张力的测定(拉起液膜法)；

pH值参照GB/T 6368-2008表面活性剂水溶液pH值的测定(电位法)；

润湿性测试参照GB/T 11983-2008表面活性剂润湿力的测定方法(浸没法)；

自吸能力参照JB/T 6664.3-2004自吸泵第3部分:自吸性能试验方法；

洗油效率参照GB/T 24217-2009洗油；

岩心渗透率参照SY/T5802-1993致密岩渗透率测定法(稳态法)。

表1压裂用增渗剂的性能

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压裂用增渗剂，其特征在于，所述压裂用增渗剂的结构式如下：

其中；R为长脂肪链，长脂肪链的碳链中碳原子数为11～17；n为10～50。

2.权利要求1所述的一种压裂用增渗剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚氧乙烯、氨基磺酸和二甲基甲酰胺混合进行第一次反应，得到反应后的混合溶液；再向反应后的混合溶液中加入长链烷基酰氯进行第二次反应，得到反应液，将反应液经过浓缩、纯化分离、真空干燥得到一种压裂用增渗剂。

3.根据权利要求2所述的一种压裂用增渗剂的制备方法，其特征在于，所述第一次反应的反应温度为85～95℃，反应时间为1～2h。

4.根据权利要求2所述的一种压裂用增渗剂的制备方法，其特征在于，第一次反应结束后，控制反应后的混合溶液的温度为20～30℃，再加入长链烷基酰氯进行第二次反应；所述长链烷基酰氯为十八烷基酰氯。

5.根据权利要求2所述的一种压裂用增渗剂的制备方法，其特征在于，所述第二次反应的反应时间为3～4h。

6.根据权利要求2所述的一种压裂用增渗剂的制备方法，其特征在于，所述纯化分离的方法为甲苯柱层析法。

7.根据权利要求2所述的一种压裂用增渗剂的制备方法，其特征在于，所述二甲基甲酰胺用量为聚氧乙烯、氨基磺酸和长链烷基酰氯总质量的3～8倍。

8.根据权利要求2所述的一种压裂用增渗剂的制备方法，其特征在于，所述氨基磺酸、聚氧乙烯和长链烷基酰氯的摩尔比为(1～1.3):(1～1.2):1。

9.权利要求1所述的一种压裂用增渗剂的应用，其特征在于，所述压裂用增渗剂作为油气资源开采压裂过程中的化学剂。

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