CN115785940A

CN115785940A - 一种压裂酸化用破乳助排剂及其制备方法和使用方法

Info

Publication number: CN115785940A
Application number: CN202211531926.4A
Authority: CN
Inventors: 罗攀登; 祁红星; 石豫新; 葛顺林; 王才善; 王汉林
Original assignee: Karamay Zhongke Hengxin Technology Co ltd
Current assignee: Karamay Zhongke Hengxin Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-03-14

Abstract

本发明属于石油开采技术领域。本发明提供了一种压裂酸化用破乳助排剂，包含如下质量份的组分：氟碳表面活性剂8～15份；生物破乳剂1～2份；烷醇胺类化合物5～10份；双子阳离子表面活性剂8～15份；烷基糖苷3～8份；水25～35份。本发明还提供了一种压裂酸化用破乳助排剂的制备方法和使用方法。本发明的破乳助排剂中所有组分相互作用，显著降低了表面张力和界面张力，用于油田储层的压裂和酸化处理中，能够有效抑制黏土膨胀，减少毛细管阻力和乳状液堵塞产生的阻力，提高破乳率和压裂、酸化后废液的返排率，从而提高了原油排出产量，实现了对油气层的保护。

Description

一种压裂酸化用破乳助排剂及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种压裂酸化用破乳助排剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

酸化是向地层注入酸液，溶解储层岩石矿物成分及钻井、完井、修井和采油作业过程中造成堵塞储层的物质，提高储层的渗透性；压裂是利用地面高压泵组，将高粘压裂液泵入井使地层产生裂缝，加入支撑剂充填裂缝，改善地层的导流能力。在油井压裂酸化后，需要将井内残液快速排出、排净。当地层压力逐渐降低，井内残液很难快速排出的情况下，残液渣析出后常会堵塞地层，造成二次污染地层影响施工效果。为了解决低渗油层酸化、压裂后残液难返排的问题，广泛使用破乳助排剂。

破乳助排剂能够提高压裂液的返排率，并减小压裂液对油田储层的伤害。所有入井流体均会对储层的渗透性造成伤害，要达到良好的压裂效果，必须加强压裂液的返排。破乳助排剂指标的好坏对压裂液、酸化液的性能起着至关重要的作用。目前的压裂酸化用助排剂均由各种表面活性剂组成，主要指标为表面张力，其表面张力指标一般≤30mN/m，然而，现有的压裂酸化用助排剂的性能比较单一，在降低表面张力的同时，不能大幅度的降低界面张力，破乳率和助排率无法很好的满足要求，不能有效地缓解压裂液、酸化液入井后对油田储层造成的伤害。

因此，研究得到一种同时降低表面张力和界面张力，提高破乳率和助排率，成本低，制备工艺简单的压裂酸化用破乳助排剂，具有重要的价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种压裂酸化用破乳助排剂及其制备方法和使用方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种压裂酸化用破乳助排剂，包含如下质量份的组分：

作为优选，所述氟碳表面活性剂为阴离子型氟碳表面活性剂、两性离子氟碳表面活性剂或非离子型氟碳表面活性剂。

作为优选，所述生物破乳剂为枯草芽孢杆菌在包含葡萄糖的培养基中的发酵代谢产物。

作为优选，培养基的成分包含葡萄糖、NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏。

作为优选，所述烷醇胺类化合物的结构式为：

其中，R₁、R₂、R₃为烷基，R₁的碳原子数为10～18的任一整数，R₂、R₃的碳原子数独立的为3～8的任一整数，m和n独立的为1或2，X为卤素。

作为优选，所述烷基糖苷由脂肪醇和葡萄糖制备得到；烷基糖苷中的碳原子数为8～18中的任一整数。

本发明还提供了所述的压裂酸化用破乳助排剂的制备方法，包含如下步骤：

1)将氟碳表面活性剂、双子阳离子表面活性剂、烷基糖苷和水混合，得到混合液；

2)将混合液、生物破乳剂和烷醇胺类化合物混合，得到压裂酸化用破乳助排剂。

作为优选，步骤1)所述混合的温度为35～45℃，混合的时间为1～2h，步骤2)所述混合的温度为40～50℃，混合的时间为0.5～1.5h。

本发明还提供了所述的压裂酸化用破乳助排剂的使用方法，将压裂酸化用破乳助排剂加入压裂液或酸化液中即可，压裂酸化用破乳助排剂占压裂液或酸化液的质量分数为0.3～0.5％。

本发明的有益效果包括以下几点：

1)本发明的破乳助排剂中所有组分相互作用，显著降低了表面张力和界面张力，用于油田储层的压裂和酸化处理中，能够有效抑制黏土膨胀，减少毛细管阻力和乳状液堵塞产生的阻力，提高破乳率和压裂酸化后废液的返排率，从而提高了原油排出产量，实现了对油气层的保护。

2)本发明的破乳助排剂的制备条件温和，操作简单，成本低，易于工业化生产。

3)本发明的破乳助排剂的表面张力低于23mN/m，界面张力低于0.3mN/m，破乳率高于91.4％，能够使油水乳状液彻底破乳分离，助排率高于95％，防膨率高于64％。

具体实施方式

本发明的压裂酸化用破乳助排剂包含8～15份氟碳表面活性剂，优选为10～13份，进一步优选为11～12份。

本发明所述氟碳表面活性剂优选为阴离子型氟碳表面活性剂、两性离子氟碳表面活性剂或非离子型氟碳表面活性剂；进一步优选为非离子型氟碳表面活性剂Capstone FS-3100、两性离子氟碳表面活性剂1157、阴离子型氟碳表面活性剂F-6300或两性离子氟碳表面活性剂9361。

本发明的氟碳表面活性剂能以极低的浓度显著地降低破乳助排剂的表面张力。

本发明的压裂酸化用破乳助排剂包含1～2份生物破乳剂，优选为1.2～1.8份，进一步优选为1.4～1.6份。

本发明所述生物破乳剂优选为枯草芽孢杆菌在包含葡萄糖的培养基中的发酵代谢产物；培养基的成分优选包含葡萄糖、NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏；NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏的质量比优选为3～5：4～6：5～7：0.2～0.4：0.8～1.2，进一步优选为3.5～4.5：4.5～5.5：5.5～6.5：0.25～0.35：0.9～1.1，更优选为4：5：6：0.3：1；葡萄糖在培养基中的体积分数优选为4.5～6.5％，进一步优选为5～6％，更优选为5.5％；枯草芽孢杆菌在培养基的接菌量(质量分数)优选为5.5～7％，进一步优选为6～6.5％；接种后进行培养，培养的温度优选为25～30℃，进一步优选为26～29℃，更优选为27～28℃；培养的时间优选为25～30h，进一步优选为26～29h，更优选为27～28h；培养优选在摇床中进行，摇床的转数优选为150～200r/min，进一步优选为160～190r/min，更优选为170～180r/min。

本发明中，葡萄糖作为碳源，不仅为枯草芽孢杆菌生长提供能量，而且能够提升枯草芽孢杆菌的破乳能力。本发明的生物破乳剂具有很好的耐温性和较高的破乳能力，具有使用量低、脱水效率高、脱除水质好、生物可降解性、对环境无毒害等优点。

本发明的压裂酸化用破乳助排剂包含5～10份烷醇胺类化合物，优选为6～9份，进一步优选为7～8份。

本发明所述烷醇胺类化合物的结构式优选为：

其中，R₁、R₂、R₃为烷基，R₁的碳原子数优选为10～18的任一整数，进一步优选为11～17的任一整数，更优选为12～16的任一整数；R₂、R₃的碳原子数独立的优选为3～8的任一整数，进一步优选为4～7的任一整数，更优选为5～6的任一整数；m和n独立的优选为1或2，X优选为卤素。

本发明中，烷醇胺类化合物不仅同时具有破乳和助排的作用，还能对氟碳表面活性剂、生物破乳剂、双子阳离子表面活性剂、烷基糖苷进行有效的融合和增效，进而降低破乳助排剂的表面张力和界面张力，使得破乳助排剂具有较好的防膨能力，提高破乳率和助排率。

本发明的压裂酸化用破乳助排剂包含8～15份双子阳离子表面活性剂，优选为10～13份，进一步优选为11～12份。

双子阳离子表面活性剂表面张力低，发泡率低，是一种很好的防膨剂。双子阳离子表面活性剂和氟碳表面活性剂同时使用，使得破乳助排剂具有较低的表面张力、较低的界面张力和较好的防膨能力，有效缓解压裂液、酸化液对地层造成的乳化伤害、水锁伤害和粘土膨胀问题。

本发明的双子阳离子表面活性剂优选为双子阳离子表面活性剂SM-4ED-70B(无氯)、双子阳离子表面活性剂YND 1233、双子阳离子表面活性剂HL-03。

本发明的压裂酸化用破乳助排剂包含3～8份烷基糖苷，优选为4～7份，进一步优选为5～6份。

本发明所述烷基糖苷优选由脂肪醇和葡萄糖制备得到；烷基糖苷中的碳原子数优选为8～18中的任一整数，进一步优选为10～16中的任一整数，更优选为12～14中的任一整数；所述烷基糖苷的型号优选包含0810、0814、1214、0816、1216或1618；本发明的烷基糖苷是一种性能较为全面的非离子表面活性剂。

本发明的压裂酸化用破乳助排剂包含25～35份水，优选为27～33份，进一步优选为29～31份。

本发明步骤1)所述混合的温度优选为35～45℃，进一步优选为37～42℃，更优选为39～40℃；混合的时间优选为1～2h，进一步优选为1.5h；步骤2)所述混合的温度优选为40～50℃，进一步优选为42～48℃，更优选为44～46℃；混合的时间优选为0.5～1.5h，进一步优选为1h。

本发明还提供了所述的压裂酸化用破乳助排剂的使用方法，将压裂酸化用破乳助排剂加入压裂液或酸化液中即可，压裂酸化用破乳助排剂占压裂液或酸化液的质量分数优选为0.3～0.5％，进一步优选为0.35～0.45％，更优选为0.4％。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例中烷醇胺类化合物的结构式为：

其中，R₁、R₂、R₃为烷基，R₁的碳原子数为10～18的任一整数；R₂、R₃的碳原子数独立的为3～8的任一整数；m和n独立的为1或2，X为卤素。

实施例1

烷醇胺类化合物中，R₁的碳原子数为11，R₂的碳原子数为4，R₃的碳原子数为3，m为1，n为2，X为F。

生物破乳剂的制备方法为：枯草芽孢杆菌在培养基中接种后于25℃下进行培养，枯草芽孢杆菌在培养基的接菌量(质量分数)为5.5％，培养在150r/min的摇床中进行，培养时间为28h，培养基中包含葡萄糖、NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏，NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏的质量比为3.5：4.5：5.5：0.25：0.9，葡萄糖在培养基中的体积分数为4.5％。

将质量份为9份的阴离子型氟碳表面活性剂F-6300、9份的双子阳离子表面活性剂SM-4ED-70B(无氯)、3.5份的烷基糖苷0810和26份的水在37℃下搅拌混合2h，得到混合液。将混合液、1份的生物破乳剂和6份的烷醇胺类化合物在42℃下搅拌混合1.5h，得到压裂酸化用破乳助排剂。

实施例2

烷醇胺类化合物中，R₁的碳原子数为17，R₂的碳原子数为7，R₃的碳原子数为8，m为2，n为1，X为Br。

生物破乳剂的制备方法为：枯草芽孢杆菌在培养基中接种后于29℃下进行培养，枯草芽孢杆菌在培养基的接菌量(质量分数)为7％，培养在180r/min的摇床中进行，培养时间为25h，培养基中包含葡萄糖、NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏，NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O、酵母膏的质量比为4.5：5.5：6.5：0.35：1.1，葡萄糖在培养基中的体积分数为6％。

将质量份为14份的两性离子氟碳表面活性剂9361、14份的双子阳离子表面活性剂YND 1233、7份的烷基糖苷0814和33份的水在43℃下搅拌混合1h，得到混合液。将混合液、2份的生物破乳剂和9份的烷醇胺类化合物在48℃下搅拌混合0.5h，得到压裂酸化用破乳助排剂。

实施例3

烷醇胺类化合物中，R₁的碳原子数为14，R₂的碳原子数为5，R₃的碳原子数为6，m为1，n为2，X为Cl。

生物破乳剂的制备方法为：枯草芽孢杆菌在培养基中接种后于27℃下进行培养，枯草芽孢杆菌在培养基的接菌量(质量分数)为6％，培养在160r/min的摇床中进行，培养时间为27h，培养基中包含葡萄糖、NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏，NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O、酵母膏的质量比为4：5：6：0.3：1，葡萄糖在培养基中的体积分数为5.5％。

将质量份为12份的非离子型氟碳表面活性剂Capstone FS-3100、13份的双子阳离子表面活性剂HL-03、5份的烷基糖苷1216和30份的水在40℃下搅拌混合1.5h，得到混合液。将混合液、1.5份的生物破乳剂和7份的烷醇胺类化合物在45℃下搅拌混合1h，得到压裂酸化用破乳助排剂。

对比例1

将实施例3的枯草芽孢杆菌改为铜绿假单胞菌，接菌量为8％，烷醇胺类化合物中，R₁的碳原子数为25，R₂的碳原子数为15，省去双子阳离子表面活性剂HL-03，其他条件和实施例3相同。

对比例2

将实施例3的烷醇胺类化合物省去，葡萄糖在培养基中的体积分数为3％，烷基糖苷为12份，生物破乳剂为0.5份，其他条件和实施例3相同。

对实施例1～3和对比例1～2的破乳助排剂的破乳率、助排率、表面张力、界面张力、防膨率进行测试，应用IPOA-2001红外分光油分析仪、TDL-40B型台式离心机对破乳助排剂的破乳率进行测试，应用SYT 5755-2016“压裂酸化用助排剂性能评价方法”的规定进行助排率的测定，应用DCAT11表面界面张力仪对破乳助排剂的表面张力和界面张力进行测试，应用欧美克LS-POP(3)型激光粒度仪、离心机、恒温水浴对破乳助排剂的防膨率进行测试。

实施例1的破乳助排剂的表面张力为22mN/m，界面张力为0.25mN/m，破乳率为92％，助排率为95％，防膨率为64％。

实施例2的破乳助排剂的表面张力为22.8mN/m，界面张力为0.29mN/m，破乳率为91.4％，助排率为95.5％，防膨率为64.3％。

实施例3的破乳助排剂的表面张力为21.3mN/m，界面张力为0.21mN/m，破乳率为92.5％，助排率为96.2％，防膨率为65.1％。

对比例1的破乳助排剂的表面张力为28.8mN/m，界面张力为1.05mN/m，破乳率为78.5％，助排率为72.1％，防膨率为15.5％。

对比例2的破乳助排剂的表面张力为29.5mN/m，界面张力为0.98mN/m，破乳率为76.2％，助排率为70.5％，防膨率为14.6％。

由实施例和对比例可知，本发明通过合理选择破乳助排剂中的各组分，控制各组分的用量，显著降低了破乳助排剂的表面张力和界面张力，用于油田储层的压裂和酸化处理中，能够有效抑制黏土膨胀，减少毛细管阻力和乳状液堵塞产生的阻力，提高破乳率和助排率。改变本发明的破乳助排剂中的组分及其用量，均会导致产品的性能下降。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种压裂酸化用破乳助排剂，其特征在于，包含如下质量份的组分：

2.根据权利要求1所述的压裂酸化用破乳助排剂，其特征在于，所述氟碳表面活性剂为阴离子型氟碳表面活性剂、两性离子氟碳表面活性剂或非离子型氟碳表面活性剂。

3.根据权利要求1或2所述的压裂酸化用破乳助排剂，其特征在于，所述生物破乳剂为枯草芽孢杆菌在包含葡萄糖的培养基中的发酵代谢产物。

4.根据权利要求3所述的压裂酸化用破乳助排剂，其特征在于，培养基的成分包含葡萄糖、NH₄NO₃、K₂HPO₄、KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O和酵母膏。

5.根据权利要求1或4所述的压裂酸化用破乳助排剂，其特征在于，所述烷醇胺类化合物的结构式为：

6.根据权利要求5所述的压裂酸化用破乳助排剂，其特征在于，所述烷基糖苷由脂肪醇和葡萄糖制备得到；烷基糖苷中的碳原子数为8～18中的任一整数。

7.权利要求1～6任意一项所述的压裂酸化用破乳助排剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述混合的温度为35～45℃，混合的时间为1～2h，步骤2)所述混合的温度为40～50℃，混合的时间为0.5～1.5h。

9.权利要求1～6任意一项所述的压裂酸化用破乳助排剂的使用方法，其特征在于，将压裂酸化用破乳助排剂加入压裂液或酸化液中即可，压裂酸化用破乳助排剂占压裂液或酸化液的质量分数为0.3～0.5％。