CN116262876A - 一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂及其制备方法，纳米助排剂由以下体积百分比的组分组成：表面活性剂5‑13%；助溶剂3‑8%；分散剂2‑3%；纳米二氧化硅3‑5%；余量为水。本发明用两性表面活性剂和阳离子表面活性剂的复配，通过两者的协通作用可以更好的降低表面张力，减少毛细管压力，改变地层的润湿状况，增大与地层岩石接触角。三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚为分散剂，乙醇和水分别为助溶剂和溶剂，在加入压裂体系后，克服毛管阻力和流体流动的摩擦阻力，解除水相堵塞，从而有利于储层改造；二氧化硅生成表面活性剂接枝纳米二氧化硅，分散性更好，使得产物助排剂性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂及其制备方法。
背景技术
长庆油田是典型的低压低渗透油田，因此，压裂酸化是增产增注的一项重要措施之一。压裂液性能的好坏是影响压裂施工的成败及增产效果的一个重要因素。水基压裂液进入储层可引起粘土矿化物水化膨胀、分散运移，残存的作业液体可能在地层毛细管的吸附作用下，造成对地层的伤害。地层压力一般不足以克服毛细管阻力，不能将作业液体从孔隙通道中排出，因而有必要使用助排剂来降低作业液体的表面和界面张力，减少毛细管压力并改变地层的润湿状况，既可使作业液体容易进入地层，降低挤入压力，又有利于作业液体的返排。
常用的助排剂多为一些氟碳类表面活性剂和高分子化合物, 它们水溶液的表面张力一般可降到28mN / m左右，最低可降到20mN / m以下，但价位非常昂贵。非氟碳类的助排剂水溶液的表面张力一般可降到24mN / m以上。
长庆油田前期气藏用助排剂CF-5E为常规氟碳类助排剂，价格昂贵，制备过程复杂，并且近年来，氟碳助排剂因为新环保要求受控，继续研发替代产品。
国家知识产权局于2016年7月28日公开的公布号为CN107663449A，专利名称为一种纳米乳液型高效助排剂的发明专利，该专利由以下重量百分比的物质组成：双子表面活性剂20-25％，增溶剂3-5％，油相15-20％，水相40-57％，无机电解质5-10％，其中，双子表面活性剂为双烷基酚聚氧乙烯醚。由于是乳液状，需要大量的表面活性剂和助表面活性剂才能以极微小的液珠分散在分散体系中，而且双子表面活性剂选用的是非离子表面活性剂双烷基酚聚氧乙烯醚，受井下温度的影响，乳液的类型（水包油O/W和油包水W/O）会发生改变，从而对岩石表面的润湿性的改变。
发明内容
本发明的目的在于提供一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，克服现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的另一个目的在于提供一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂的制备方法，制备过程简单、安全、风险可控。
为此，本发明提供的技术方案如下：
一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，由以下体积百分比的组分组成：
表面活性剂5-13%；
助溶剂3-8%；
分散剂2-3%；
纳米二氧化硅3-5%；
余量为水。
所述表面活性剂包括两性表面活性剂和阳离子表面活性剂，其中，在5-13%的表面活性剂中，所述两性表面活性剂的体积百分比为2-5%，所述阳离子表面活性剂的体积百分比为3-8%。
所述分散剂为三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
所述助溶剂为甲醇、乙醇或丙醇。
所述阳离子表面活性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵或十二烷基二甲基苄基氯化铵。
所述两性表面活性剂为烷基甜菜碱两性表面活性剂，所述烷基甜菜碱两性表面活性剂为烷基酰胺甜菜碱表面活性剂或烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂。
所述烷基酰胺甜菜碱表面活性剂为油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂，所述油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂通过3-二甲氨基丙胺与油酸反应生成油酸酰胺基叔胺和水，再通过油酸酰胺基叔胺和氯乙酸钠反应后得到。
一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）在容器中加入配方量的表面活性剂，加热保持反应器内温度在40-60℃；
步骤2）加入配方量的纳米二氧化硅、助溶剂、水和分散剂，500-800转/分速度下搅拌恒温3-5小时，得到均相纳米液体为纳米助排剂。
本发明的有益效果是：
本发明提供的这种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，采用两性表面活性剂和阳离子表面活性剂的复配，通过两者的协通作用可以更好的降低表面张力，减少毛细管压力，改变地层的润湿状况，增大与地层岩石接触角。三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚为分散剂，乙醇和水分别为助溶剂和溶剂，在加入压裂体系后，克服毛管阻力和流体流动的摩擦阻力，解除水相堵塞，从而有利于储层改造；二氧化硅生成表面活性剂接枝纳米二氧化硅，分散性更好，使得产物助排剂性能稳定。
该纳米助排剂与胍胶基液配伍性能良好，在胍胶基液中加入体积浓度为0.3%的助排剂无分层无沉淀生成，说明助排剂与胍胶溶液的配伍性良好。
本发明制备工艺简单，材料容易获得，对降低低渗透气层侵入水的伤害有明显效果，使用该气井压裂用助排剂，降低了表面张力，降低挤入压力，有利于工作液体的返排。
下面将做进一步详细说明。
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。
本发明一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，由以下体积百分比的组分组成：
表面活性剂5-13%；
助溶剂3-8%；
分散剂2-3%；
纳米二氧化硅3-5%；
余量为水。
所述表面活性剂包括两性表面活性剂和阳离子表面活性剂，其中，在5-13%的表面活性剂中，所述两性表面活性剂的体积百分比为2-5%，所述阳离子表面活性剂的体积百分比为3-8%。
所述分散剂为三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
所述助溶剂为甲醇、乙醇或丙醇。
所述阳离子表面活性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵或十二烷基二甲基苄基氯化铵。
所述两性表面活性剂为烷基甜菜碱两性表面活性剂，所述烷基甜菜碱两性表面活性剂为烷基酰胺甜菜碱表面活性剂或烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂。
所述烷基酰胺甜菜碱表面活性剂为油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂，所述油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂通过3-二甲氨基丙胺与油酸反应生成油酸酰胺基叔胺和水，再通过油酸酰胺基叔胺和氯乙酸钠反应后得到。
实施例1：
本实施例提供了一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，由以下体积百分比的组分组成：
表面活性剂5%；
助溶剂4%；
分散剂3%；
纳米二氧化硅3%；
余量为水。
在本实施例中，表面活性剂由体积百分比为2%的两性表面活性剂和3%的阳离子表面活性剂组成，其中，两性表面活性剂为烷基酰胺甜菜碱表面活性剂，具体为油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂，阳离子表面活性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵；助溶剂为乙醇；分散剂为三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，厂家为南通润丰石油化工有限责任公司；三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚属于高分子表面活性剂，具有独特的性能，气泡能力极低，分散力好。
制备方法：
向反应器中加入配方量的烷基甜菜碱两性表面活性剂、十六烷基二甲基苄基氯化铵混合均匀，加热保持反应器内温度在60℃，然后加入纳米二氧化硅、乙醇、水、三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，搅拌速度700转/分，混合均匀，搅拌下反应5小时，得到无色透明均相液体即为所合成的致密气藏压裂工作液用乳助排剂。
本发明原理：
本发明提供的这种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，采用两性表面活性剂和阳离子表面活性剂的复配，通过两者的协通作用可以更好的降低表面张力，减少毛细管压力，改变地层的润湿状况，增大与地层岩石接触角。三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚为分散剂，乙醇和水分别为助溶剂和溶剂，在加入压裂体系后，克服毛管阻力和流体流动的摩擦阻力，解除水相堵塞，从而有利于储层改造；二氧化硅生成表面活性剂接枝纳米二氧化硅，分散性更好，使得产物助排剂性能稳定。
实施例2：
本实施例提供了一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，由以下体积百分比的组分组成：
表面活性剂5-13%；
助溶剂3-8%；
分散剂2-3%；
纳米二氧化硅3-5%；
余量为水。
在本实施例中，表面活性剂由体积百分比为3%的两性表面活性剂和8%的阳离子表面活性剂组成，其中，两性表面活性剂为烷基酰胺甜菜碱表面活性剂，具体为油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂，阳离子表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵；助溶剂为甲醇；分散剂为三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，厂家为南通润丰石油化工有限责任公司。
制备方法：
向反应器中加入配方量的烷基甜菜碱两性表面活性剂、十二烷基二甲基苄基氯化铵混合均匀，加热保持反应器内温度在50℃，然后加入纳米二氧化硅、甲醇、水、三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，搅拌速度600转/分，混合均匀，搅拌下反应4小时，得到无色透明均相液体即为所合成的致密气藏压裂工作液用纳米助排剂。
采用本发明制备工艺简单，材料容易获得，对降低低渗透气层侵入水的伤害有明显效果，使用本发明的气井压裂用非氟碳助排剂，降低了表面张力，增大了接触角。
实施例3：
本实施例提供了一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，由以下体积百分比的组分组成：
表面活性剂11%；
助溶剂3%；
分散剂3%；
纳米二氧化硅4%；
余量为水。
在本实施例中，表面活性剂由体积百分比为5%的两性表面活性剂和6%的阳离子表面活性剂组成，其中，两性表面活性剂为烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂，具体为十二烷基羟基磺基甜菜碱，阳离子表面活性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵；助溶剂为丙醇；分散剂为三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，厂家为南通润丰石油化工有限责任公司。
制备方法：
向反应器中加入配方量的烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂、十六烷基二甲基苄基氯化铵混合均匀，加热保持反应器内温度在55℃，然后加入纳米二氧化硅、丙醇、水、三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，搅拌速度800转/分，混合均匀，搅拌下反应4.5小时，得到无色透明均相液体即为所合成的致密气藏压裂工作液用纳米助排剂。
性能测试：
1、表面张力和接触角
将实施例1-3制备的密气藏压裂工作液用纳米助排剂配制成体积浓度为0.3%的溶液，用K100表面张力仪测定表面张力，用DSA100接触角测量仪测量在岩石表面的接触角。同时将长庆油田前期气藏用助排剂CF-5E（常规氟碳类压裂用助排剂）配制成体积浓度为0.3%的溶液作为对比例1，测定表面张力，其中，CF-5E由长庆化工庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司咸阳分公司生产。氟碳类助排剂有良好的抗温及降低表面壮丽的性能，但使用成本较高且对环境有一定污染。结果见表1。
表1 表面张力及接触角测量测定结果
由表1可知，本发明方法配制的非氟碳类助排剂表面张力可降到23m N / m以下。
1、岩心伤害实验
岩芯流动试验是研究压裂液损害的基本方法，是指通过岩芯渗透率变化规律评价压裂液损害的室内试验方法，通过正反向流动试验，用天然岩芯进行压裂液滤液对岩芯基质渗透率的损害率的测定。选取的岩芯直径为2.5cm的岩芯圆柱体，按中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T 5336-1996岩心常规分析方法》，对岩心进行钻取、切割、包封、标记、洗油、洗盐，烘干及称量。岩芯抽真孔用地层水饱和，装入岩芯流动试验仪，正向挤入煤油，测煤油的岩芯渗透率。测试结果见表2。
基质渗透率损害率计算公式：
式中：
—渗透率损害率，用百分数表示；
K 1 —岩心挤压裂液滤液前精制煤油的渗透率，um2；
K 2 —岩心挤压裂液滤液后精制煤油的渗透率，um2。
表2岩心伤害结果
由表2可知，本发明方法配制的非氟碳类助排剂润湿改善效果好，对降低低渗透气层侵入水的伤害有明显效果，压裂液对储层基质伤害率降低到18%以下。
2、返排率实验
现场返排率为压裂后返出地层的压裂液体积与入地液量体积之比。计算结果见表3。
表3返排率结果
由表3可知，表明本发明方法配制的非氟碳类助排剂具有良好的返排性能，返排率达到85%以上。
本发明提供的这种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，属于非氟碳类型，在保持现有氟碳类压裂用助排剂CF-5E技术效果的情况下，绿色环保，且制备过程简单，满足新环保要求受控，可以作为CF-5E的替代产品。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，其特征在于：由以下体积百分比的组分组成：
表面活性剂5-13%；
助溶剂3-8%；
分散剂2-3%；
纳米二氧化硅3-5%；
余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，其特征在于：所述表面活性剂包括两性表面活性剂和阳离子表面活性剂，其中，在5-13%的表面活性剂中，所述两性表面活性剂的体积百分比为2-5%，所述阳离子表面活性剂的体积百分比为3-8%。
3.根据权利要求1所述的一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，其特征在于：所述分散剂为三羟甲基戊醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
4.根据权利要求1所述的一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，其特征在于：所述助溶剂为甲醇、乙醇或丙醇。
5.根据权利要求1所述的一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，其特征在于：所述阳离子表面活性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵或十二烷基二甲基苄基氯化铵。
6.根据权利要求2所述的一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，其特征在于：所述两性表面活性剂为烷基甜菜碱两性表面活性剂，所述烷基甜菜碱两性表面活性剂为烷基酰胺甜菜碱表面活性剂或烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂。
7.根据权利要求6所述的一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂，其特征在于：所述烷基酰胺甜菜碱表面活性剂为油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂，所述油酸酰胺丙基甜菜碱两性表面活性剂通过3-二甲氨基丙胺与油酸反应生成油酸酰胺基叔胺和水，再通过油酸酰胺基叔胺和氯乙酸钠反应后得到。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种致密气藏压裂工作液用纳米助排剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）在容器中加入配方量的表面活性剂，加热保持反应器内温度在40-60℃；
步骤2）加入配方量的纳米二氧化硅、助溶剂、水和分散剂，500-800转/分速度下搅拌恒温3-5小时，得到均相纳米液体为纳米助排剂。
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