一种抗高温清洁压裂液的制备方法与流程

本发明涉及一种抗高温清洁压裂液的制备方法，属于油田化学技术领域。

背景技术：

石油是一种重要的战略资源，它的开采和利用对国民经济的发展具有重要的作用。随着油气田开采难度逐渐增加，低渗透、非常规等油藏是未来油田开发的主要方向。低渗透油藏地层条件复杂，动用效果差，采出程度低，作为低渗透油藏开发的主要措施之一，水力压裂是效率较高的增产手段。压裂液在水力压裂作业中起到传递压力、产生和延伸裂缝、悬浮支撑剂的作用，压裂液性能对压裂施工及施工后油气井增产效果起着决定性的作用。对于低渗透油藏而言，常规胍胶压裂液残渣多、对储层伤害大，使用存在诸多不足，因此，新型压裂液的研究及应用逐渐成为热点。

清洁压裂液又称为粘弹性表面活性剂压裂液，具有配制简单、粘弹性好、无需交联剂、遇到油和地层水自动破胶、易返排、对地层伤害小等优点，其应用越来越广泛。粘弹性表面活性剂的球形胶束在一维方向上生长形成棒状或者线状聚集体，称为蠕虫状胶束。蠕虫状胶束网状结构是表面活性剂通过静电作用、疏水作用、氢键等分子间作用力形成的。这些网状结构在剪切作用破坏后，能够通过分子间作用恢复网状结构，因此又被称作活的聚合物。

当前清洁压裂液在油田现场使用过程中还存在以下不足：(1)表面活性剂的使用浓度大、成本高；(2)体系粘度随温度升高显著下降，在抗高温条件下的增粘效果不佳；(3)体系自组装结构在高剪切条件下容易被破坏，抗剪切性能有待提升。因此，开发新型的粘弹性表面活性剂，构建使用浓度低、耐温、抗剪切性能优良的清洁压裂液体系很有必要。

技术实现要素：

本发明提供一种抗高温清洁压裂液的制备方法。

发明概述

本发明以含有羟基的哌嗪化合物和有机酸反应，制备酰胺化产物，将酰胺化产物和磺化试剂反应，制备两性表面活性剂；以硼酸三甲酯和二氨基化合物反应，制备氨基硼型高温稳定剂；以两性表面活性剂和高温稳定剂为原料，配制抗高温清洁压裂液。经过测试，压裂液体系具有良好的溶解、增粘、耐温、抗盐、携砂性能，可以作为高温高盐下压裂施工的工作液使用。

发明详述

本发明的技术方案如下：

(1)粘弹性表面活性剂的制备

①酰胺化产物制备

将化合物-1、化合物-2、氟化钠加入到装有搅拌器、通氮管、干燥管和温度计的四颈玻璃瓶中，升温搅拌待所有原料溶解，通入氮气20min后，将反应温度控制在120～190℃，反应3～48h，在180℃下减压蒸馏除去挥发性组分，即得；化合物-1与化合物-2的质量比为1:(0.3～1)，化合物-2与氟化钠的质量比为1:(0.003～0.02)；

②两性表面活性剂制备

将酰胺化产物、乙酸乙酯、化合物-3加入到装有搅拌器、球形冷凝管和温度计的三颈玻璃瓶中，升温搅拌待所有原料溶解，将反应温度控制在60～130℃，反应4～24h，冷却，过滤，烘干，即得；酰胺化产物、化合物-3、乙酸乙酯的质量比为1:(0.3～2):(1.5～10)；

(2)高温稳定剂的制备

将硼酸三甲酯、化合物-4、乙醇加入到装有搅拌器、球形冷凝管和温度计的三颈玻璃瓶中，将温度控制在50～80℃，反应1～10h，在60℃下减压蒸馏除去挥发性组分，即得；硼酸三甲酯、化合物-4、乙醇的质量比为1:(0.2～0.7):(1～6)；

(3)压裂液体系的配制

将自来水、氯化钠、氯化钙、粘弹性表面活性剂加入到装有搅拌器的烧杯中，升温搅拌待所有表面活性剂溶解后，加入质量分数为20％的高温稳定剂水溶液，搅拌均匀，即得；自来水、氯化钠、氯化钙、粘弹性表面活性剂的质量比为1:(0.005～0.1):(0.0001～0.02):(0.002～0.04)，粘弹性表面活性剂、高温稳定剂水溶液质量比为1:(0.002～0.25)。

根据本发明，优选的，步骤(1)酰胺化产物制备中所述的化合物-1为十六酸、十八酸、二十酸、二十二酸、棕榈油酸、油酸、芥酸的一种；

优选的，所述的化合物-2为1-(2-羟乙基)哌嗪、1-(4-羟苯基)哌嗪的一种；

优选的，化合物-1与化合物-2的质量比为1:(0.4～0.8)，化合物-2与氟化钠的质量比为1:(0.005～0.015)；

优选的，反应温度控制在150～190℃，反应6～24h。

根据本发明，优选的，步骤(1)两性表面活性剂制备中所述的化合物-3为3-氯丙磺酸钠、3-氯-2-羟基丙磺酸钠的一种；

优选的，酰胺化产物、化合物-3、乙酸乙酯的质量比为1:(0.45～1.2):(2～6)；

优选的，反应温度控制在65～85℃，反应8～15h。

根据本发明的，优选的，步骤(2)中所述的化合物-4为乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺的一种；

优选的，硼酸三甲酯、化合物-4、乙醇的质量比为1:(0.2～0.55):(1～5)；

优选的，反应温度控制在65～80℃，反应2～6h。

根据本发明的，优选的，步骤(3)中自来水、氯化钠、氯化钙、粘弹性表面活性剂的质量比为1:(0.01～0.05):(0.001～0.01):(0.004～0.025)，粘弹性表面活性剂、高温稳定剂水溶液质量比为1:(0.005～0.15)。

本发明的优良效果如下：

1.使用分子中具有阴阳离子的两性表面活性剂结构，产品具有良好的溶解、抗盐等性能，此外，两性结构还能控制产品在注入过程中的吸附量。

2.在表面活性剂分子中引入哌嗪基团，增强了分子的刚性，分子在溶液中可以形成较强的聚集体结构，提升产品的增粘性能，降低产品用量。

3.通过氨基硼化合物与羟基之间的动态共价反应，提升表面活性剂亲水基之间的相互作用，增强产品在高温下的增粘能力。

4.表面活性剂分子中不含有易水解基团，产品的抗高温老化性能优良。

5.本发明制备工艺简单，容易实现工业化生产。

6.本发明制备的产品与常规清洁压裂液用助剂和施工工艺的配伍性好。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于此。

实施例1：

(1)粘弹性表面活性剂的制备

①酰胺化产物制备

将100g二十酸、60g1-(2-羟乙基)哌嗪、0.6g氟化钠加入到装有搅拌器、通氮管、干燥管和温度计的四颈玻璃瓶中，升温搅拌待所有原料溶解，通入氮气20min后，将反应温度控制在180℃，反应12h，在180℃下减压蒸馏除去挥发性组分，即得酰胺化产物；

②两性表面活性剂制备

将100g酰胺化产物、400g乙酸乙酯、65g3-氯-2-羟基丙磺酸钠加入到装有搅拌器、球形冷凝管和温度计的三颈玻璃瓶中，升温搅拌待所有原料溶解，将反应温度控制在75℃，反应10h，冷却，过滤，烘干，即得两性表面活性剂产物；

(2)高温稳定剂的制备

将100g硼酸三甲酯、36g1,4-丁二胺、400g乙醇加入到装有搅拌器、球形冷凝管和温度计的三颈玻璃瓶中，将温度控制在70℃，反应3h，在60℃下减压蒸馏除去挥发性组分，即得高温稳定剂；

(3)压裂液体系的配制

将1000g自来水、20g氯化钠、4g氯化钙、10g粘弹性表面活性剂加入到装

有搅拌器的烧杯中，升温搅拌待所有表面活性剂溶解后，加入0.5g质量分数为20％的高温稳定剂水溶液，搅拌均匀，即得压裂液体系。

实施例2：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)酰胺化产物制备中化合物-1为芥酸。

实施例3：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)酰胺化产物制备中化合物-1为十六酸。

实施例4：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)酰胺化产物制备中1-(2-羟乙基)哌嗪为75g。

实施例5：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)酰胺化产物制备中化合物-2为1-(4-羟苯基)哌嗪。

实施例6：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)酰胺化产物制备中反应温度为165℃，时间为10h。

实施例7：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)两性表面活性剂制备中乙酸乙酯为300g。

实施例8：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)两性表面活性剂制备中3-氯-2-羟基丙磺酸钠为90g。

实施例9：

如实施例1所述，所不同的是步骤(1)两性表面活性剂制备中反应温度为65℃，时间为12h。

实施例10：

如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中1,4-丁二胺为48g。

实施例11：

如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中1,4-丁二胺为30g。

实施例12：

如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中化合物-4为1,6-己二胺，加量为42g。

实施例13：

如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中反应温度为80℃，时间为2h。

实施例14：

如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中粘弹性表面活性剂为6g。

实施例15：

如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中粘弹性表面活性剂为15g。

实施例16：

如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中质量分数为20％的高温稳定剂水溶液为0.25g。

实施例17：

如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中质量分数为20％的高温稳定剂水溶液为0.8g。

实施例18：

如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中氯化钠为45g。

对比例1：

西安亚邦石油科技有限公司生产的清洁压裂液工业产品。

对比例2：

陕西森瑞石油技术开发有限公司生产的清洁压裂液工业产品。

性能评价

对比例1和对比例2配制压裂液过程：将1000g自来水、20g氯化钠、4g氯化钙、25g样品加入到装有搅拌器的烧杯中，升温搅拌待所有组分溶解，备用。

评价实施例1～18和对比例的增粘性能和悬砂性能，测试方法如下。

1.增粘性能评价

将配制好的压裂液放入高温高压流变仪中对样品进行加热，流变仪升温速度保持在(3±0.2)℃/min，初始温度设定为25℃，转子剪切速率为170s^-1。温度升到90℃后，温度和剪切速率保持不变，测试总时长为2h。

2.渗吸性能评价

(1)将100ml压裂液放入量筒中，用恒温水浴将压裂液加热至90℃；

(2)选取粒径在20～40目之间的陶粒，使用镊子取一粒陶粒放入液面下2cm处；

(3)松开镊子，使其自然沉降，记录陶粒均匀沉降一定距离(大于20cm)所需的时间，并计算沉降速度。

评价结果如表1所示。

表1性能评价结果

由实验结果可以看出，相对于工业清洁压裂液产品，本发明制备的清洁压裂液体系具有用量小、增粘效果优良、耐温性能好的优点，此外，高温下体系还具有很好的携砂效果。

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