CN115851244A - 一种冬季压裂施工用设备防冻材料及制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本实施例提供了一种冬季压裂施工用设备防冻材料及制备方法和使用方法，防冻材料，包括主剂和辅剂，所述辅剂的质量为主剂质量的1‑10%，所述主剂为水和二甲基亚砜的混合物，所述辅剂包括缓蚀剂和添加剂。本发明主剂中二甲基亚砜中硫氧键的氧原子与水中氢氧键的氢原子结合形成氢键，有效的阻止了当温度降低时水分子间氢键结合形成冰，从而起到了一定的防冻效果。通过主剂和辅剂的配合，在降低冰点的同时，还能减小对油气层的伤害，并提高防冻材料的稳定性。在‑35℃作业环境下，设备、地面管线、井口等无结冰，能够满足压裂、连油、修井等作业在‑35℃下正常施工。

Description

一种冬季压裂施工用设备防冻材料及制备方法和使用方法

技术领域

本发明属于油田化学助剂技术领域，具体涉及一种冬季压裂施工用设备防冻材料及制备方法和使用方法。

背景技术

随着工程建设的发展，压裂、连油、修井等作业在冬季施工比较普遍，但是寒冷的气候会在原油开采时堵塞管道，对工程的进行造成了严重的影响。

现有技术中，申请公布号为CN 104497993 A的专利申请文件，公开了一种防冻液及其制备方法，通过添加酸碱指示剂，能够提醒用户变质，通过添加防老剂、除锈剂，能够减缓老化、清洗除锈，但是其对于腐蚀速率和储层伤害率的改善并不明显。

申请公布号为CN 113637453 A的专利申请文件，公开了防冻剂、制备方法及其应用，利用二水氯化钙降低了防冻剂的冰点，利用附着机增加了防冻剂的挂壁性能，但是其对于腐蚀速率和储层伤害率并没有显著改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冬季压裂施工用设备防冻材料，克服现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种冬季压裂施工用设备防冻材料的制备方法，设备简单，操作方便。

本发明的另一目的在于提供一种冬季压裂施工用设备防冻材料的使用方法，无需稀释，直接用泵注入即可，避免设备在施工等停时冻结。

为此，本申请提供的技术方案如下：

一种冬季压裂施工用设备防冻材料，包括主剂和辅剂，所述辅剂的质量为主剂质量的1-10%，所述主剂为水和二甲基亚砜的混合物，所述辅剂包括缓蚀剂和添加剂。

所述水和二甲基亚砜的质量比为1-2:1-2。

所述缓蚀剂和添加剂的质量比为1-3:1-2。

所述缓蚀剂为由胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂组成的混合物，所述胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的质量比为5-15：1-9：1。

所述胺类缓蚀剂为三乙醇胺和六亚甲基四胺的混合物，所述三乙醇胺和六亚甲基四胺的质量比为6-14：1。

所述有机酸类缓蚀剂为苯甲酸钠，所述咪唑类缓蚀剂为苯丙三氮唑。

所述添加剂包括pH调节剂、阻垢剂和消泡剂，所述pH调节剂、阻垢剂和消泡剂的质量比为0.1-0.5：0.001-0.1：0.001-0.005。

一种冬季压裂施工用设备防冻材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）将配方量的主剂水和二甲基亚砜在30-60℃下搅拌10-30min搅拌均匀，得到主剂溶液；

步骤2）将配方量的缓蚀剂加入主剂溶液中，搅拌10-30min后得到混合液；

步骤3）将配方量的pH调节剂、阻垢剂加入混合液中，搅拌均匀后，加入配方量的消泡剂，继续搅拌10-30min，即得。

一种冬季压裂施工用设备防冻材料的使用方法，用泵将防冻材料注入压裂施工设备内，所述压裂施工设备包括地面管线、连续油管、泵及井口。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种冬季压裂施工用设备防冻材料，通过主剂和辅剂的配合，在降低冰点的同时，还能减小对油气层的伤害，并提高防冻材料的稳定性。在-35℃作业环境下，设备、地面管线、井口等无结冰，能够满足压裂、连油、修井等作业在-35℃下正常施工。

本发明主剂中二甲基亚砜中硫氧键的氧原子与水中氢氧键的氢原子结合形成氢键，有效的阻止了当温度降低时水分子间氢键结合形成冰，从而起到了一定的防冻效果；缓蚀剂采用胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的混合物，不仅可以抑制腐蚀，而且能够在金属表面形成一层致密的络合物膜，从而能够很好的保护金属，同时还能够提高防冻材料的稳定性。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种冬季压裂施工用设备防冻材料，包括主剂和辅剂，所述辅剂的质量为主剂质量的1-10%，所述主剂为水和二甲基亚砜的混合物，所述辅剂包括缓蚀剂和添加剂。

所述水和二甲基亚砜的质量比为1-2:1-2。

本发明选用二甲基亚砜和水作为主剂，能够降低防冻材料的冰点，使得压裂、连油、修井等作业在-35℃下正常施工。这是由于二甲基亚砜中硫氧键的氧原子与水中氢氧键的氢原子结合形成氢键，有效的阻止了当温度降低时水分子间氢键结合形成冰，从而起到了一定的防冻效果，但是二甲基亚砜加入量过多，则会在施工过程中伤害到油气层，还会导致防冻材料易变质。当水和二甲基亚砜的质量比为（1-2）：（1-2）时，制备出的防冻材料能够在降低冰点的同时，还能减小对油气层的伤害。

所述缓蚀剂和添加剂的质量比为1-3:1-2。

所述缓蚀剂为由胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂组成的混合物，所述胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的质量比为5-15：1-9：1。

所述胺类缓蚀剂为三乙醇胺和六亚甲基四胺的混合物，所述三乙醇胺和六亚甲基四胺的质量比为6-14：1。

所述有机酸类缓蚀剂为苯甲酸钠，所述咪唑类缓蚀剂为苯丙三氮唑。

本发明中胺类缓蚀剂由质量比为（6-14）：1的三乙醇胺和六亚甲基四胺组成，能够抑制金属的腐蚀。这是由于三乙醇胺中的氮、氧等原子能够很好的吸附在金属表面，从而抑制了金属的腐蚀，而六亚甲基四胺单独作为缓蚀剂时虽然缓蚀效果不够理想，但是一定量的六亚甲基四胺能够与三乙醇胺复配，具有协同作用，从而进一步抑制金属的腐蚀。但是只是抑制腐蚀对于缓释性能来说效果较为单一，因此与苯甲酸钠和苯丙三氮唑混合，使苯甲酸钠和苯丙三氮唑能够在金属表面形成一层致密的络合物膜，从而能够很好的保护金属。此外，当胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的质量比为（5-15）：（1-9）：1时，六亚甲基四胺和苯丙三氮唑在复配过程中有着协同作用，在进一步提高缓蚀效果的同时，还能够提高防冻材料的稳定性。

所述添加剂包括pH调节剂、阻垢剂和消泡剂，所述pH调节剂、阻垢剂和消泡剂的质量比为0.1-0.5：0.001-0.1：0.001-0.005。加入pH调节剂将溶液pH调至6-8，增加防冻材料的稳定性。

本发明提供的这种冬季压裂施工用设备防冻材料，通过主剂和辅剂的配合，在降低冰点的同时，还能减小对油气层的伤害，并提高防冻材料的稳定性。在-35℃作业环境下，设备、地面管线、井口等无结冰，能够满足压裂、连油、修井等作业在-35℃下正常施工。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种冬季压裂施工用设备防冻材料，包括主剂和辅剂，所述辅剂的质量为主剂质量的1%，所述主剂为水和二甲基亚砜的混合物，所述辅剂包括缓蚀剂和添加剂。

其中，水和二甲基亚砜的质量比为1:2；缓蚀剂和添加剂的质量比为1:2；

胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的质量比为5：1：1；胺类缓蚀剂中三乙醇胺和六亚甲基四胺的质量比为6:1；添加剂pH调节剂、阻垢剂和消泡剂的质量比为0.1：0.001：0.001。

制备过程：

步骤1）将配方量的主剂水和二甲基亚砜在30-60℃下搅拌10-30min搅拌均匀，得到主剂溶液；

步骤2）将配方量的缓蚀剂加入主剂溶液中，搅拌10-30min后得到混合液；

步骤3）将配方量的pH调节剂、阻垢剂加入混合液中，搅拌均匀后，加入配方量的消泡剂，继续搅拌10-30min，即得。

在本实施例中，pH调节剂为碳酸氢钠；阻垢剂为氨基三亚甲基膦酸；消泡剂为聚醚型消泡剂，属于改性硅聚醚消泡剂，该改性硅聚醚消泡剂在25℃下的粘度为500-1500mPa·s，购自天德新材料有限公司，消泡剂型号为DJ-177。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种冬季压裂施工用设备防冻材料，包括主剂和辅剂，所述辅剂的质量为主剂质量的10%，所述主剂为水和二甲基亚砜的混合物，所述辅剂包括缓蚀剂和添加剂。

其中，水和二甲基亚砜的质量比为1:1；缓蚀剂和添加剂的质量比为3:2；

胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的质量比为15：9：1；胺类缓蚀剂中三乙醇胺和六亚甲基四胺的质量比为9:1；添加剂pH调节剂、阻垢剂和消泡剂的质量比为0.1：0.002：0.005。

制备过程同实施例2。

在本实施例中，pH调节剂为碳酸氢钠；阻垢剂为二乙烯三氨五亚甲基膦酸；消泡剂为聚醚型消泡剂，具体为改性硅聚醚消泡剂，该改性硅聚醚消泡剂在25℃下的粘度为500-1500mPa·s。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种冬季压裂施工用设备防冻材料，包括主剂和辅剂，所述辅剂的质量为主剂质量的5%，所述主剂为水和二甲基亚砜的混合物，所述辅剂包括缓蚀剂和添加剂。

其中，水和二甲基亚砜的质量比为2:1；缓蚀剂和添加剂的质量比为3:1；

胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的质量比为15：1：1；胺类缓蚀剂中三乙醇胺和六亚甲基四胺的质量比为14:1；添加剂pH调节剂、阻垢剂和消泡剂的质量比为0.5：0.1：0.005。

制备过程同实施例2。

在本实施例中，pH调节剂为碳酸氢钠；阻垢剂为羟基亚乙基二膦酸；消泡剂为聚醚型消泡剂，具体为改性硅聚醚消泡剂，该改性硅聚醚消泡剂在25℃下的粘度为500-1500mPa·s。

性能测试方法

为了对本发明的防冻材料性能及效果做进一步说明，对实施例2-4所制备的冬季施工用设备设施防冻材料以及对比例1、对比例2的防冻材料做以下性能测试。

对比例1

一种冬季压裂施工用设备防冻材料，包括主剂和辅剂，辅剂的重量为主剂的3%，主剂为水、氯化钙、氯化钠，水、氯化钙、氯化钠的质量比为13：3:1，

辅剂为磷酸氢二钠，兼具缓蚀和阻垢作用。

对比例2

一种冬季压裂施工用设备防冻材料，包括主剂和辅剂，辅剂的重量为主剂的10%，主剂为水、乙二醇、丙三醇，水、乙二醇、丙三醇的质量比为11:4:1，辅剂为缓蚀剂，缓蚀剂为胺类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的混合物，两者质量比为15:1，胺类缓蚀剂为三乙醇胺，咪唑类缓蚀剂为苯丙三氮唑。

1、冰点

根据SH/T0090-91《中华人民共和国石油化工行业标准发动机冷却液冰点测试法》测定其冰点，结果记入表1。

2、储层伤害率

参考SY/T 5107-2005的方法测试防冻材料使用前和使用后储层的渗透率，储层伤害率（%）=（使用前渗透率-使用后渗透率）/使用前渗透率*100%，结果记入表1。

3、稳定性

将防冻材料放入-35℃的环境中，24h后取出观察其外观变化，结果记入表1。

4、腐蚀速率

根据SH/T0085-91《中华人民共和国石油化工行业标准发动机冷却液腐蚀测定法》测定其腐蚀速率，结果记入表1。

表1 防冻材料性能测试

从以上实施例和对比例的实验数据可以看出，压裂现场施工在低温时多用醇类和盐类等化工料做防冻材料，盐类对储层伤害大，易造成管线点蚀，醇类易挥发，且存在易燃易爆的安全风险。制备出的防冻材料能够在降低冰点的同时，还能减小对油气层的伤害，提高防冻材料的稳定性，且对现场施工人员的伤害小。

Claims (9)

1.一种冬季压裂施工用设备防冻材料，其特征在于：包括主剂和辅剂，所述辅剂的质量为主剂质量的1-10%，所述主剂为水和二甲基亚砜的混合物，所述辅剂包括缓蚀剂和添加剂。

2.根据权利要求1所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料，其特征在于：所述水和二甲基亚砜的质量比为1-2:1-2。

3.根据权利要求1所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料，其特征在于：所述缓蚀剂和添加剂的质量比为1-3:1-2。

4.根据权利要求1所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料，其特征在于：所述缓蚀剂为由胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂组成的混合物，所述胺类缓蚀剂、有机酸类缓蚀剂和咪唑类缓蚀剂的质量比为5-15：1-9：1。

5.根据权利要求4所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料，其特征在于：所述胺类缓蚀剂为三乙醇胺和六亚甲基四胺的混合物，所述三乙醇胺和六亚甲基四胺的质量比为6-14：1。

6.根据权利要求4所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料，其特征在于：所述有机酸类缓蚀剂为苯甲酸钠，所述咪唑类缓蚀剂为苯丙三氮唑。

7.根据权利要求3所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料，其特征在于：所述添加剂包括pH调节剂、阻垢剂和消泡剂，所述pH调节剂、阻垢剂和消泡剂的质量比为0.1-0.5：0.001-0.1：0.001-0.005。

8.根据权利要求7所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）将配方量的主剂水和二甲基亚砜在30-60℃下搅拌10-30min搅拌均匀，得到主剂溶液；

步骤2）将配方量的缓蚀剂加入主剂溶液中，搅拌10-30min后得到混合液；

步骤3）将配方量的pH调节剂、阻垢剂加入混合液中，搅拌均匀后，加入配方量的消泡剂，继续搅拌10-30min，即得。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种冬季压裂施工用设备防冻材料的使用方法，其特征在于：用泵将防冻材料注入压裂施工设备内，所述压裂施工设备包括地面管线、连续油管、泵及井口。