CN115678517A - 基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体及其制备方法和应用 - Google Patents

基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体及其制备方法和应用，所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体包括的组分及各组分的质量百分含量如下：超长链表面活性剂1.0~10.0%，水溶性有机盐0.2~10.0%，余量为水，所述超长链表面活性剂为二十二烷基三甲基氯化铵、二十二烷基三甲基溴化铵和二十二烷基三甲基碘化铵中的至少一种。所述水溶性有机盐为对甲苯磺酸钠、水杨酸钠和3‑羟基‑2‑萘甲酸钠中的至少一种。本发明还提供了上述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体在油气藏开发领域的应用。本发明获得了一种既耐高温，同时成本低，制备工艺简单，能够大规模生产和使用的表面活性剂黏弹性流体材料，满足石油天然气开采越来越高的井温下的应用要求。

Description

基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于表面活性剂自组装技术领域，具体涉及一种基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体及其制备方法和应用。
背景技术
表面活性剂由于同时具有亲水和亲油基团，因此在水溶液中可自组装形成胶束、囊泡、液晶等微观结构。其中，具有特殊结构的表面活性剂在一定环境中可自组装形成棒状胶束，并且随着浓度升高，棒状胶束进一步生长成为蠕虫状胶束并相互缠绕形成三维网络结构，赋予流体较高的黏度和黏弹性。这种由表面活性剂自组装得到的黏弹性流体广泛应用于石油和天然气的开采。例如，在钻井工作中可用作钻井液，在储层改造中可用作减阻剂、清洁压裂液，在采油过程中可用作驱油剂。
随着我国石油天然气开采向深层、超深层油气藏发展，面临的井温越来越高，对耐高温的表面活性剂黏弹性流体材料的需求日渐增多。目前，表面活性剂黏弹性流体材料在实际使用中存在两个主要问题：一是耐温性差，大多数体系耐温仅在100oC左右，温度升高导致流变性能急剧降低，因此其使用严重受限；二是具有较好耐温性能体系的表面活性剂大多数结构复杂，需要实验室多步化学反应合成，成本高，难以大规模推广使用。因此，目前亟需研制既耐高温，同时成本低，制备工艺简单，可大规模生产和使用的表面活性剂黏弹性流体材料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体及其制备方法和应用，以获得一种既耐高温，同时成本低廉，制备工艺简单，能够大规模生产和使用的表面活性剂黏弹性流体材料，满足石油天然气开采越来越高的井温下的应用要求。
本发明提供的基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，包括的组分及各组分的质量百分含量如下：
超长链表面活性剂1.0~10.0%，水溶性有机盐0.2~10.0%，余量为水。
进一步地，所述超长链表面活性剂为二十二烷基三甲基氯化铵、二十二烷基三甲基溴化铵和二十二烷基三甲基碘化铵中的至少一种。
优选地，所述超长链表面活性剂为二十二烷基三甲基氯化铵。
进一步地，所述水溶性有机盐为对甲苯磺酸钠、水杨酸钠和3-羟基-2-萘甲酸钠中的至少一种。
进一步地，所述超长链表面活性剂与水溶性有机盐的摩尔比例为1：（0.4～5）。
优选地，有机盐为对甲苯磺酸钠时，所述超长链表面活性剂与对甲苯磺酸钠的摩尔比例1：（0.5～2）；有机盐为对水杨酸钠时，超长链表面活性剂与水杨酸钠的摩尔比例1：（0.5～2）；有机盐为3-羟基-2-萘甲酸钠时，超长链表面活性剂与3-羟基-2-萘甲酸钠的摩尔比例1：（0.4～0.6）。
本发明还提供了上述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体的制备方法，在室温下将超长链表面活性剂、水溶性有机盐和水按配方量混合，在30oC及以上温度搅拌至完全溶解。
本发明还提供了上述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体在油气藏开发领域的应用。优选地，所述应用包括但不限于钻井液、减阻剂、清洁压裂液、驱油剂等。
本发明提供的基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体遇油可快速破胶，在使用过程中，可通过烃类物质例如原油、煤油等可使其彻底破胶。
本发明还提供了二十二烷基三甲基氯化铵在在油气藏开发领域的应用。优选地，所述应用包括但不限于钻井液、减阻剂、清洁压裂液、驱油剂等。所述应用中，二十二烷基三甲基氯化铵与有机盐复合自组装形成的黏弹性流体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，可耐温高达140oC。当升温到140oC时，体系黏度为115mPa‧s，继续恒温剪切90min后，黏度稳定在46mPa‧s。
2、本发明所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体组成简单，制备工艺简单，成本低，且所使用的表面活性剂及水溶性有机盐均为商业化产品，无需合成，可大规模生产和使用。
3、本发明所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体不含任何聚合物，遇油可快速破胶，且无残渣，对地层伤害小。
4、本发明所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体的配方中，可通过改变表面活性剂含量、有机盐的含量，实现对流体流变性能的调节，以符合成本控制要求和不同温度范围的施工要求。
附图说明
图1为实施例1中的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试结果；
图2为实施例2中的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试结果；
图3为实施例3中的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试结果；
图4为实施例4中的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试结果；
图5为实施例5中的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试结果；
图6为实施例6中的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试结果。
以上附图中的曲线，三角形图例对应的曲线为黏度曲线，正方形图例对应的曲线为温度曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。
实施例1
本实施例中，所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体中各组分及组分的质量百分比如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
制备方法：在室温下将配方量的二十二烷基三甲基氯化铵和3-羟基-2-萘甲酸钠加入到水中，升温至40oC及以上温度并搅拌至完全溶解，即得到黏弹性流体。
利用旋转流变仪（Anton Paar, MCR 302）对所配制的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试。测试中，固定剪切速率为170s–1，监测流体的黏度随温度、时间的变化。测试从初始温度以3oC/min的升温速率，升温至110oC，再恒温剪切90min。
测试结果见附图1。由附图1可知，初始温度时流体黏度为106mPa‧s，随温度升高，流体黏度逐渐降低。当升温到110oC时，体系黏度降低到23mPa‧s，继续恒温剪切90min后，黏度稳定在22mPa‧s。
实施例2
本实施例中，所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体中各组分及组分的质量百分比如下：
Figure 373744DEST_PATH_IMAGE002
制备方法：在室温下将配方设计量的二十二烷基三甲基氯化铵和3-羟基-2-萘甲酸钠加入到水中，升温至40oC及以上温度并搅拌至完全溶解，即得到黏弹性流体。
利用旋转流变仪（Anton Paar, MCR 302）对所配制的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试。测试中，固定剪切速率为170s–1，监测流体的黏度随温度、时间的变化。测试从初始温度以3oC/min的升温速率，升温至130oC，再恒温剪切90min。
测试结果见附图2。由附图2可知，初始温度时流体黏度为215mPa‧s，随温度升高，流体黏度先降低再略微升高，后又逐渐降低。当升温到130oC时，体系黏度降低至85mPa‧s，继续恒温剪切90min后，黏度稳定在69mPa‧s。
实施例3
本实施例中，所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体中各组分及组分的质量百分比如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
制备方法：在室温下将配方设计量的二十二烷基三甲基氯化铵和3-羟基-2-萘甲酸钠加入到水中，升温至40oC及以上温度并搅拌至完全溶解，即得到黏弹性流体。
利用旋转流变仪（Anton Paar, MCR 302）对所配制的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试。测试中，固定剪切速率为170s–1，监测流体的黏度随温度、时间的变化。测试从初始温度以3oC/min的升温速率，升温至140oC，再恒温剪切90min。
测试结果见附图3。由附图3可知，初始温度时流体黏度为120mPa‧s，随温度升高，流体黏度先降低再升高，后又逐渐降低。当升温到140oC时，体系黏度为115mPa‧s，继续恒温剪切90min后，黏度稳定在46mPa‧s。
实施例4
本实施例中，所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体中各组分及组分的质量百分比如下：
Figure 979168DEST_PATH_IMAGE004
制备方法：在室温下将配方设计量的二十二烷基三甲基氯化铵和水杨酸钠加入到水中，升温至30oC及以上温度并搅拌至完全溶解，即得到黏弹性流体。
利用旋转流变仪（Anton Paar, MCR 302）对所配制的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试。测试中，固定剪切速率为170s–1，监测流体的黏度随温度、时间的变化。测试从初始温度以3oC/min的升温速率，升温至100oC，再恒温剪切90min。
测试结果见附图4。由附图4可知，初始温度时流体黏度为150mPa‧s，随温度升高，流体黏度先降低后略微升高，后又逐渐降低。当升温到100oC时，体系黏度为53mPa‧s，继续恒温剪切90min后，黏度稳定在36mPa‧s。
实施例5
本实施例中，所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体中各组分及组分的质量百分比如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
制备方法：在室温下将配方设计量的二十二烷基三甲基氯化铵和水杨酸钠加入到水中，升温至30oC及以上温度并搅拌至完全溶解，即得到黏弹性流体。
利用旋转流变仪（Anton Paar, MCR 302）对所配制的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试。测试中，固定剪切速率为170s–1，监测流体的黏度随温度、时间的变化。测试从初始温度以3oC/min的升温速率，升温至110oC，再恒温剪切90min。
测试结果见附图5。由附图5可知，初始温度时流体黏度为530mPa‧s，随温度升高，流体黏度先降低再升高，后又逐渐降低。当升温到110oC时，体系黏度为184mPa‧s，继续恒温剪切90min后，黏度稳定在100mPa‧s。
实施例6
本实施例中，所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体中各组分及组分的质量百分比如下：
Figure 90125DEST_PATH_IMAGE006
制备方法：在室温下将配方设计量的二十二烷基三甲基氯化铵和对甲苯磺酸钠加入到水中，升温至45oC及以上温度充分搅拌至完全溶解，即得到黏弹性流体。
利用旋转流变仪（Anton Paar, MCR 302）对所配制的黏弹性流体的耐温抗剪切性能进行测试。测试中，固定剪切速率为170s–1，监测流体的黏度随温度、时间的变化。测试从初始温度以3oC/min的升温速率，升温至110oC，再恒温剪切90min。
测试结果见附图6。由附图6可知，初始温度时流体黏度为193mPa‧s，随温度升高，流体黏度先降低后略微升高，后又逐渐降低。当升温到110oC时，体系黏度为45mPa‧s，继续恒温剪切90min后，黏度稳定在27mPa‧s。

Claims (10)

1.基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，其特征在于，包括的组分及各组分的质量百分含量如下：
超长链表面活性剂1.0~10.0%，水溶性有机盐0.2~10.0%，余量为水。
2.根据权利要求1所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，其特征在于，所述超长链表面活性剂为二十二烷基三甲基氯化铵、二十二烷基三甲基溴化铵和二十二烷基三甲基碘化铵中的至少一种。
3.根据权利要求2所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，其特征在于，所述超长链表面活性剂为二十二烷基三甲基氯化铵。
4.根据权利要求2所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，其特征在于，所述水溶性有机盐为对甲苯磺酸钠、水杨酸钠和3-羟基-2-萘甲酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，其特征在于，所述超长链表面活性剂与水溶性有机盐的摩尔比例为1：（0.4～5）。
6.根据权利要求5所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体，其特征在于，有机盐为对甲苯磺酸钠时，所述超长链表面活性剂与对甲苯磺酸钠的摩尔比例1：（0.5～2）；有机盐为对水杨酸钠时，超长链表面活性剂与水杨酸钠的摩尔比例1：（0.5～2）；有机盐为3-羟基-2-萘甲酸钠时，超长链表面活性剂与3-羟基-2-萘甲酸钠的摩尔比例1：（0.4～0.6）。
7.权利要求1所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体的制备方法，其特征在于，在室温下将超长链表面活性剂、水溶性有机盐和水按配方量混合，在30oC及以上温度搅拌至完全溶解。
8.权利要求1所述基于超长链表面活性剂的耐高温黏弹性流体在油气藏开发领域的应用。
9.根据权利要求8所述应用，其特征在于，所述应用包括但不限于钻井液、减阻剂、清洁压裂液、驱油剂。
10.二十二烷基三甲基氯化铵在油气藏开发领域的应用，所述应用中二十二烷基三甲基氯化铵与有机盐复合自组装形成的黏弹性流体。
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