專利名稱：一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油開采技術(shù)，是在油井壓裂時使用的一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑及其制備方法。
美國專利US5110485公開了一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑及其制備方法。這種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑是由短碳鏈烷基(C1～C4)和中等長度碳鏈烷基(C6～C10)構(gòu)成的二烷基磷酸酯鋁及其溶劑(甲苯、二甲苯等)組成，其制備步驟是(1)磷酸三乙酯與五氧化二磷在80℃反應(yīng)2小時，生成聚磷酸酯中間體；(2)聚磷酸酯中間體與己醇、辛醇、癸醇的混合醇在120～125℃反應(yīng)2小時，生成二烷基磷酸酯；(3)二烷基磷酸酯與硫酸鋁鹽甲苯溶劑在115～120℃反應(yīng)2小時生成二烷基磷酸酯鋁；(4)在生成二烷基磷酸酯鋁中加入一定量的甲苯制成含二烷基磷酸酯鋁30-80％油基壓裂液膠凝劑。該技術(shù)的不足之處是(1)生成的二烷基磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑中都缺乏長碳鏈的烴基，不能使含有較多長碳鏈烴基的原油形成性能良好的凍膠壓裂液；(2)采用該方法生成的二烷基磷酸酯鋁反應(yīng)產(chǎn)率低，只有80％以下；(3)上述制備方法使用了價格昂貴的己醇和癸醇，且反應(yīng)溫度高，生產(chǎn)膠凝劑的成本高；(4)上述制備方法生成的二烷基磷酸酯鋁成膠速度較慢、壓裂液的熱穩(wěn)定差。
本發(fā)明的目的是提供一種適合連續(xù)壓裂施工的成本低、產(chǎn)率高、使含有較多長碳鏈烴基的煤油、柴油及原油形成良好凍膠的液態(tài)的二烷基磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑及其制備方法。
本發(fā)明目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑，由二烷基磷酸酯鋁和甲苯組成，二烷基磷酸酯鋁包含短碳鏈烷基(C1～C4)、中等長度碳鏈烷基(C6～C10)和長碳鏈烷基(C12～C18)，二烷基磷酸酯鋁所占重量比為40～80％。
磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑的制備方法，采用如下步驟(1)磷酸三乙酯與五氧化二磷反應(yīng)生成聚磷酸酯中間體，摩爾比為；磷酸三乙酯∶五氧化二磷＝1.3∶1～1∶1；(2)聚磷酸酯中間體與丁醇、辛醇、十六至十八醇的混合醇反應(yīng)生成二烷基磷酸酯中間體，摩爾比為；混合醇∶五氧化二磷＝4∶1～2∶1；(3)二烷基磷酸酯與硫酸鋁反應(yīng)生成二烷基磷酸酯鋁，摩爾為；二烷基磷酸酯∶硫酸鋁＝3∶1～8∶1；(4)加入甲苯溶劑，配成含有40～80％二烷基磷酸酯鋁的油基壓裂液膠凝劑。
本發(fā)明目的還采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)步驟(1)的反應(yīng)溫度80～85℃，反應(yīng)時間4～5小時。
步驟(2)的反應(yīng)溫度88～98℃，反應(yīng)時間8～10小時。混合醇質(zhì)量組成是丁醇4～10.5％，辛醇29.5～62％；十六至十八醇占22.5～52％。
步驟(3)的反應(yīng)溫度80～110℃，反應(yīng)時間3～6小時?？杉尤氡竭M行回流反應(yīng)，加入量為硫酸鋁質(zhì)量的2～3倍。
本發(fā)明優(yōu)點是(1)含有短碳鏈烷基、中等長度碳鏈烷基和長碳鏈烷基，可使煤油、柴油等形成凍膠，又能使含有較多長碳鏈烴基的原油形成凍膠，形成的油基凍膠壓裂液具有很好的抗溫抗剪切性能。
(2)流動性好、成膠速度快、適用于水敏性油氣層連續(xù)壓裂施工，省去了兩步壓裂施工基液配制和老化工序、沒有基液的剩余，實現(xiàn)了油基壓裂液施工連續(xù)化，可降低成本20～40％。
(3)由于聚磷酸酯中間體與混合醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此降低反應(yīng)溫度，使化學(xué)平衡向生成二烷基磷酸酯的方向移動，可以提高反應(yīng)達到平衡時二烷基磷酸酯的濃度，另一方面降低聚磷酸酯與混合醇的反應(yīng)速度，使達到化學(xué)平衡的時間延長。因此，可以提高生成二烷基磷酸酯中間體的產(chǎn)率，在二烷基磷酸酯與硫酸鋁反應(yīng)中，增加硫酸鋁的濃度或及時將反應(yīng)物中的水分移走可提高二烷基磷酸酯鋁的產(chǎn)率。本發(fā)明的聚磷酸酯中間體與丁醇、辛醇、十六至十八醇混合醇的反應(yīng)溫度為88～98℃，反應(yīng)時間為8～10小時，反應(yīng)物產(chǎn)率為85.7～87.3％。
本發(fā)明實施例如下實施例11、在250ml容器中加入47.3g的磷酸三乙酯及28.4g的五氧化二磷，在82℃反應(yīng)5小時，降溫到50℃左右即得聚磷酸酯中間體；2、將5.1g的丁醇、45.9g的辛醇及51.1g的十六、十八混合醇(平均分子量為256.7g/ml)加入，并加熱至50℃左右，得101.1g的混合醇；3、將上述步驟2所得的101.1g混合醇加到由第一步驟所得的聚磷酸酯中間體中，在溫度95℃反應(yīng)8小時，得到了153g的二烷基磷酸酯(反應(yīng)產(chǎn)率為86.5％)；4、在由步驟3所得的二烷基磷酸酯中加入35g硫酸鋁，100g的苯(苯做脫水回流反應(yīng))，在85℃下反應(yīng)5小時得到二烷基磷酸酯鋁；5、在由步驟4所得的二烷基磷酸酯鋁中加入甲苯即配成含有40～80％的液態(tài)二烷基磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑。
本發(fā)明是實施例1效果試驗
在100ml原油(含蠟8.53％、膠質(zhì)瀝青13.78％)中，加入1.0g由上述所得的磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑、一定量小分子胺類激活劑和表面活性劑，30～60秒內(nèi)可形成粘度在80～130Mpa.s的油基壓裂液。
用HAAKE RV3.0旋轉(zhuǎn)粘度計的D100/300高溫高壓系統(tǒng)測試上述油基壓裂液，經(jīng)100℃、170s-1剪切70min后的壓裂液粘度為123mPa.s。實施例2～5如下表，其他條件如實施例1<
<p>實施例2～5的發(fā)明效果試驗<
本發(fā)明實施例中所例各組份質(zhì)量配比均為g，在實際應(yīng)用中可按比例放大制備。
權(quán)利要求
1.一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑，由二烷基磷酸酯鋁和甲苯組成，其特征在于二烷基磷酸酯鋁包含短碳鏈烷基(C1～C4)、中等長度碳鏈烷基(C6～C10)和長碳鏈烷基(C12～C18)，二烷基磷酸酯鋁所占重量比為40～80％。
2.一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑的制備方法，其特征在于采用如下步驟(1)磷酸三乙酯與五氧化二磷反應(yīng)生成聚磷酸酯中間體，摩爾比為磷酸三乙酯∶五氧化二磷＝1.3∶1～1∶1；(2)聚磷酸酯中間體與丁醇、辛醇、十六至十八醇的混合醇反應(yīng)生成二烷基磷酸酯中間體，摩爾比為混合醇∶五氧化二磷＝4∶1～2∶1；(3)二烷基磷酸酯與硫酸鋁反應(yīng)生成二烷基磷酸酯鋁，摩爾比為二烷基磷酸酯∶硫酸鋁＝3∶1～8∶1；(4)加入甲苯溶劑，配成含有40～80％二烷基磷酸酯鋁的油基壓裂液膠凝劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑的制備方法，其特征在于步驟(1)的反應(yīng)溫度80～85℃，反應(yīng)時間4～5小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑的制備方法，其特征在于步驟(2)的反應(yīng)溫度88～98℃，反應(yīng)時間8～10小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、4所述的一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑的制備方法，其特征在于步驟(2)的混合醇質(zhì)量組成是丁醇4～10.5％，辛醇29.5～62％；十六至十八醇占22.5～52％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑的制備方法，其特征在于步驟(3)的反應(yīng)溫度80～110℃，反應(yīng)時間3～6小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、6所述的一種磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑的制備方法，其特征在于步驟(3)可加入苯進行回流反應(yīng)，加入量為硫酸鋁質(zhì)量的2～3倍。
全文摘要
石油開采壓裂時使用的磷酸酯鋁油基壓裂液膠凝劑,含二烷基磷酸酯鋁和甲苯,二烷基磷酸酯鋁包含短碳鏈烷基(C
文檔編號E21B43/25GK1258709SQ00100278
公開日2000年7月5日 申請日期2000年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者王滿學(xué), 陳茂濤, 郭小莉 申請人:西安石油學(xué)院