一種油田清潔壓裂液及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種油田清潔壓裂液及其制備方法，屬石油行業(yè)采油工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以有機(jī)酸、N,N?二甲氨基類(lèi)化合物、N,Nˊ?二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合物、鹵代醇為原料合成雙子表面活性劑；然后將雙子表面活性劑的水溶液與氯化銨溶液按一定比例攪拌即可得到清潔壓裂液。與傳統(tǒng)的壓裂液相比，該清潔壓裂液耐溫耐剪切性能好，攜砂性能好，無(wú)需加入破膠劑，無(wú)需反排，便于使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種油田清潔壓裂液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種油田清潔壓裂液及其制備方法，屬石油行業(yè)采油工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，能源短缺對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約愈來(lái)愈 嚴(yán)重。解決這一問(wèn)題的最根本辦法就是加強(qiáng)我們的自主開(kāi)發(fā)能力，提高我國(guó)油氣產(chǎn)量和采 收率。壓裂技術(shù)是提高低滲透油氣藏生產(chǎn)能力和油氣井采收率的重要手段，而壓裂液是影 響壓裂效果的關(guān)鍵因素。目前，國(guó)內(nèi)大多使用水基植物膠壓裂液，這種壓裂液在改造儲(chǔ)層的 同時(shí)，由于壓裂液殘?jiān)V餅和濃縮膠的存在，導(dǎo)致裂縫和地層的滲透能力降低（累計(jì)損害 可達(dá)到90%)，使得壓裂的增產(chǎn)效果大大降低。此外，隨著油田逐漸向深層、高溫、低滲透油 氣藏的轉(zhuǎn)移，壓裂措施井多為高溫深井。以河南省為例，全省約有油氣井7000余口，90 %以 上井溫高于1〇〇°C，壓裂液體系的耐溫性就成為目前亟待解決的技術(shù)難題。國(guó)內(nèi)有不少高校 和工程技術(shù)部門(mén)相繼開(kāi)展了相關(guān)研究，但其產(chǎn)品的耐溫性大多低于80°C。因此，開(kāi)發(fā)能夠滿 足高溫、低滲透油氣田的壓裂改造要求，保護(hù)油氣層，增加產(chǎn)能的清潔壓裂液就成為當(dāng)務(wù)之 急。
[0003] 目前關(guān)于清潔壓裂液的研究已有一些報(bào)道，例如文獻(xiàn)（"精細(xì)石油化工進(jìn)展"， 2011，12卷，10期，5-8)公開(kāi)了一種酸性清潔壓裂液及其制備方法，它是以硬脂酸、N，N-二甲 胺基丙胺和1，3_二氯-2-丙醇為原料合成雙子表面活性劑，將所合成的雙子表面活性劑再 與鹽酸形成酸性清潔壓裂液;但是該酸性壓裂液存在著如下不足:性能不穩(wěn)定，溫度較低時(shí) 易形成沉淀，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)非常不便;此外，該清潔壓裂液的耐溫性能不高，在105°C時(shí)該壓裂 液粘度降到50mPa ? S以下，無(wú)法滿足高溫油氣田的使用要求。CN 104073235 A公開(kāi)了 "一種 長(zhǎng)碳鏈酰胺類(lèi)甜菜堿型清潔壓裂液及其制備方法"，但是配置該清潔壓裂液時(shí)需要低碳醇、 鐵穩(wěn)定劑等多種添加劑，配液工作量大，時(shí)間長(zhǎng)，成本高。因此，急需對(duì)清潔壓裂液的配方以 及制備方法進(jìn)行改進(jìn)，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是提供一種耐溫耐剪切性能好，攜砂性能好，便于使用的油田清潔壓 裂液;另一目的在于提供其制備方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0006] 所述油田清潔壓裂液通過(guò)如下方法制備而成：
[0007] 1)將兩種或多種有機(jī)酸與N，N_二甲氨基類(lèi)化合物以及N，N'_二氨基烷基乙二胺類(lèi) 化合物混合均勻后，加入堿性催化劑，加熱至90-140°C，反應(yīng)8_12h得到中間體;2)將得到的 中間體與鹵代醇在混合溶劑中混合均勻后，加熱至60-80 °C，反應(yīng)6-12h得到雙子表面活性 劑;3)將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為1-5 %的水溶液，與質(zhì)量濃度為10-25 %的氯化銨 溶液按15-25:1質(zhì)量比進(jìn)行攪拌得到清潔壓裂液；
[0008] 所述有機(jī)酸包括但不限于以下物質(zhì)：甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸、RiCOOH，心= 苯基，環(huán)己基，CnH2n+i，n=14_22;
[0009]所述的N，N-二甲氨基類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式為：
[0012]所述的N，N'_二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式為：
[0014]所述的堿性催化劑包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、乙醇鈉;所述的鹵代醇包括1，3-二 氯-2-丙醇，1，3-二溴-2-丙醇；
[0015]所述的混合溶劑為乙醇或異丙醇與水組合；
[0016] 所述有機(jī)酸:N，N-二甲氨基類(lèi)化合物:N，N 二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合物的投料摩 爾比為1:0.2-0.6:0.2-0.6;
[0017] 所述有機(jī)酸:堿性催化劑的投料摩爾比為10-60:1;所述有機(jī)酸：鹵代醇的投料摩 爾比為0.2-1.2:1;所述混合溶劑的加入質(zhì)量為反應(yīng)物總質(zhì)量的10-20%。
[0018] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：（1)所制備的清潔壓裂液性能穩(wěn)定，解決了傳統(tǒng)清潔壓裂液在溫 度較低時(shí)易形成沉淀的問(wèn)題，方便現(xiàn)場(chǎng)使用；（2)所制備清潔壓裂液的耐溫性能好，在120°C 時(shí)仍然保持著良好的性能，能夠滿足高溫油氣田的使用要求；（3)傳統(tǒng)的壓裂液通常會(huì)使用 多種添加劑，且其無(wú)機(jī)鹽含量高，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)配液工作量大，時(shí)間長(zhǎng)，成本高，而本發(fā)明的清潔 壓裂液在配制過(guò)程中只需要1種無(wú)機(jī)鹽，配液過(guò)程簡(jiǎn)單，使用方便，成本低；（4)對(duì)配液水質(zhì) 無(wú)特殊要求，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)可以直接使用地層水進(jìn)行速配；（5)攜砂性能好；（6)遇地層油水即 可破膠，無(wú)需再加入破膠劑，破膠液粘度低，無(wú)殘?jiān)瑹o(wú)濾餅，對(duì)底層無(wú)傷害。
【附圖說(shuō)明】
[0019 ]圖1為本發(fā)明清潔壓裂液的表觀粘度與剪切時(shí)間的關(guān)系。
[0020]圖2為本發(fā)明清潔壓裂液的表觀粘度與溫度的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]以下的實(shí)施案例將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為全面的描述。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 按摩爾配比：硬脂酸：乙酸:4-氨基-N，N-二甲基苯胺:N，N 二氨基乙基乙二胺:氫 氧化鉀=1:2:1:1:0.3,硬脂酸：乙酸：1,3-二氯-2-丙醇=1:2:3備好原料?；旌先軇閂zif: V水=1:1，其加入質(zhì)量為反應(yīng)物總質(zhì)量的10%。
[0024]在裝有電動(dòng)攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)以及油浴加熱條件下的反應(yīng)釜中，按以上摩爾 配比加入硬脂酸、乙酸、4-氨基-N，N-二甲基苯胺、N，N'_二氨基乙基乙二胺以及氫氧化鉀， 攪拌升溫至90°C，保持溫度反應(yīng)8小時(shí)，冷卻至室溫，得到中間體。將中間體和1，3_二氯-2-丙醇在混合溶劑中混合均勻，攪拌升溫至70°C，保持溫度反應(yīng)6小時(shí)，冷卻至室溫，所得紅棕 色液體即為本發(fā)明雙子表面活性劑。將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為1%水溶液與質(zhì)量 濃度為20%氯化銨溶液按質(zhì)量比為19:1進(jìn)行攪拌即可得到清潔壓裂液Yl。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] 按摩爾配比：硬脂酸:芥酸：2-氨基-N，N-二甲基乙酰胺:N，N ' -二氨基丙基乙二胺： 乙醇鈉=1:1:1:1 1，硬脂酸：芥酸：1,3-二溴-2-丙醇=1:1:2備好原料。混合溶劑為 V鋪醇:V水=1:1.5,其加入質(zhì)量為反應(yīng)物總質(zhì)量的20%。
[0027]在裝有電動(dòng)攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)以及油浴加熱條件下的反應(yīng)釜中，按以上摩爾 配比加入硬脂酸、芥酸、2-氨基-N，N-二甲基乙酰胺、N，N'_二氨基丙基乙二胺以及乙醇鈉， 攪拌升溫至ll〇°C，保持溫度反應(yīng)10小時(shí)，冷卻至室溫，得到中間體。將中間體和1，3_二溴-2_丙醇在混合溶劑中混合均勻，攪拌升溫至80°C，保持溫度反應(yīng)8小時(shí)，冷卻至室溫，所得紅 棕色液體即為本發(fā)明雙子表面活性劑。將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為2%水溶液與質(zhì) 量濃度為15%氯化銨溶液按質(zhì)量比為20:1進(jìn)行攪拌即可得到清潔壓裂液Y2。
[0028] 實(shí)施例3
[0029] 按摩爾配比：苯磺酸：油酸:4_甲基-N，N_二甲基苯乙酰胺:N，N'_二氨基丁基乙二 胺：乙醇鈉=1:2:1:1:0.3,苯磺酸：油酸：1，3-二溴-2-丙醇=1:2:4備好原料?；旌先軇?Vzif:V水=1.5:1，其加入質(zhì)量為反應(yīng)物總質(zhì)量的10%。
[0030]在裝有電動(dòng)攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)以及油浴加熱條件下的反應(yīng)釜中，按以上摩爾 配比加入苯磺酸、油酸、4-甲基-N，N-二甲基苯乙酰胺、N，N'_二氨基丁基乙二胺以及乙醇 鈉，攪拌升溫至l〇〇°C，保持溫度反應(yīng)12小時(shí)，冷卻至室溫，得到中間體。將中間體和1，3_二 溴-2-丙醇在混合溶劑中混合均勻，攪拌升溫至60°C，保持溫度反應(yīng)12小時(shí)，冷卻至室溫，所 得紅棕色液體即為本發(fā)明雙子表面活性劑。將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為3%水溶液 與質(zhì)量濃度為25%氯化銨溶液按質(zhì)量比為18:1進(jìn)行攪拌即可得到清潔壓裂液Y3。
[0031]應(yīng)用例1以清潔壓裂液Y1為例對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)價(jià)
[0032]清潔壓裂液體系屬粘彈性表面活性劑壓裂體系，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用SY/T6376-2008 《壓裂液通用技術(shù)條件》中的表4(粘彈性表活劑壓裂液通用技術(shù)指標(biāo)）、SY/5107-2005《水基 壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》。
[0033] 1.流變性能
[0034] 壓裂液的流變性是影響壓裂裂縫尺寸的重要因素，使用RV-20流變儀對(duì)清潔壓裂 液的剪切穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖1為分別在50、80和120 °C下，以170JT1剪切l(wèi)h的壓裂液的粘度 變化。由圖1可見(jiàn)，在50和80°C和120°C條件下清潔壓裂液具有較好的耐剪切能力，粘度隨時(shí) 間變化較小。
[0035] 通過(guò)在3種溫度條件下對(duì)清潔壓裂液的抗剪切性能測(cè)試可知，在一定的剪切速率 下其表觀粘度隨時(shí)間的變化不大，下降平緩，無(wú)較大波動(dòng)，因此該壓裂液的抗剪切性能良 好，能滿足要求。
[0036] 2 ?抗溫性能
[0037] 使用RV-20流變儀在剪切速率為170JT1的條件下，對(duì)清潔壓裂液的抗溫性進(jìn)行評(píng) 價(jià)。清潔壓裂液的表觀粘度隨溫度升高的變化曲線如圖2所示。
[0038] 由圖2可知，該壓裂液的粘度先是隨溫度不斷升高，其體系粘度不斷迅速增加，在 溫度為80 °C左右下粘度達(dá)到頂峰;80°C之后隨著溫度繼續(xù)上升，粘度不斷下降；升溫到120 °(：時(shí)，表觀粘度為88mPa ? S，說(shuō)明該壓裂液具有較強(qiáng)的抗溫能力。
[0039] 3.清潔壓裂液的攜砂性能
[0040] 壓裂液的攜砂性能對(duì)壓裂過(guò)程和壓裂裂縫的導(dǎo)流性能起著重要的作用，采用靜態(tài) 懸砂實(shí)驗(yàn)表征清潔壓裂液的攜砂性能。將壓裂液加熱至50°(：、80°(：、120°(：，恒溫條件下按質(zhì) 量比加入30%的石英砂，觀察下降速度，結(jié)果如表1所示。
[0041 ]表1本發(fā)明清潔壓裂液的攜砂性能評(píng)價(jià)
[0043] 由表1可知，該清沽壓裂液體系具有較好的攜砂性能。
[0044] 4.清潔壓裂液的破膠性能
[0045] 該清潔壓裂液遇地層油水即可破膠，無(wú)需再加入破膠劑，破膠液粘度低，無(wú)殘?jiān)?無(wú)濾餅，對(duì)底層無(wú)傷害。室內(nèi)試驗(yàn)可通過(guò)加入1:1的煤油或4%乙二醇單丁醚使清潔壓裂液 破膠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種油田清潔壓裂液，其特征在于，通過(guò)如下方法制備而成： 1)將兩種或多種有機(jī)酸與N，N-二甲氨基類(lèi)化合物以及N，N'_二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合 物混合均勻后，加入堿性催化劑，加熱至90-140°C，反應(yīng)得到中間體;2)將得到的中間體與 鹵代醇在混合溶劑中混合均勻后，加熱至60-80°C，反應(yīng)得到雙子表面活性劑； 3)將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為1-5%的水溶液，與質(zhì)量濃度為10-25%的氯化銨溶 液按15-25:1質(zhì)量比進(jìn)行攪拌得到清潔壓裂液； 所述有機(jī)酸選：甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸、RiCOOH，其中R1=苯基，環(huán)己基，CnH 2n+1，n= 14-22； 所述的N，N-二甲氨基類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式為：所述N，N 二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式為：所述的堿性催化劑選氫氧化鉀、氫氧化鈉或乙醇鈉； 所述的鹵代醇選1，3-二氯-2-丙醇，1，3-二溴-2-丙醇； 所述的混合溶劑為乙醇或異丙醇與水組合。2. 如權(quán)利要求1所述油田清潔壓裂液，其特征在于，所述有機(jī)酸：N，N-二甲氨基類(lèi)化合 物:N，N ' -二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合物的投料摩爾比選1:0.2-0.6:0.2-0.6。3. 如權(quán)利要求1所述油田清潔壓裂液，其特征在于，所述有機(jī)酸:堿性催化劑的投料摩 爾比選10-60:1。4. 如權(quán)利要求1所述油田清潔壓裂液，其特征在于，所述有機(jī)酸：鹵代醇的投料摩爾比 選0.2-1.2:1〇5. 如權(quán)利要求1所述油田清潔壓裂液，其特征在于，所述混合溶劑的加入量為反應(yīng)物總 質(zhì)量的10-20%。6. 制備如權(quán)利要求1所述油田清潔壓裂液的方法，其特征在于，通過(guò)如下方法實(shí)現(xiàn)： 1) 將兩種或多種有機(jī)酸與N，N-二甲氨基類(lèi)化合物以及N，N'_二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合 物混合均勻后，加入堿性催化劑，加熱至90-140°C，反應(yīng)得到中間體； 2) 將得到的中間體與鹵代醇在混合溶劑中混合均勻后，加熱至60-80°C，反應(yīng)得到雙子 表面活性劑； 3) 將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為1-5%的水溶液，與質(zhì)量濃度為10-25%的氯化銨溶 液按15-25:1質(zhì)量比進(jìn)行攪拌得到清潔壓裂液； 所述有機(jī)酸包選以下物質(zhì)：甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸、RK00H其中R1=苯基，環(huán)己 基，CnH2n+i，n=14_22; 所述的N，N-二甲氨基類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式為：所述的N，N'_二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式為：所述的堿性催化劑選氫氧化鉀、氫氧化鈉或乙醇鈉； 所述的鹵代醇選1，3-二氯-2-丙醇，1，3-二溴-2-丙醇； 所述的混合溶劑為乙醇或異丙醇與水組合。7.如權(quán)利要求6所述油田清潔壓裂液的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)酸：N，N-二甲 氨基類(lèi)化合物:N，N ' -二氨基烷基乙二胺類(lèi)化合物的投料摩爾比選1:0.2-0.6:0.2-0.6; 所述有機(jī)酸:堿性催化劑的投料摩爾比選10-60:1;所述有機(jī)酸：鹵代醇的投料摩爾比 選0.2-1.2:1;所述混合溶劑的加入質(zhì)量為反應(yīng)物總質(zhì)量的10-20%。
【文檔編號(hào)】C09K8/68GK105820805SQ201610248619
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】郭輝, 張國(guó)寶, 莊玉偉, 曹健, 趙根鎖
【申請(qǐng)人】河南省科學(xué)院高新技術(shù)研究中心