CN102127416B - 一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液及其制备方法，其特征在于组份为烷基苯磺酸22-32份、烷基硫酸钠20-30份、助溶剂55-60份、交联剂50-60份、水20-25份和酸性溶剂390-400份；所述的助溶剂是以异辛烷为主的短链烃混合物；所述的交联剂为12-16个碳原子的直链醇；所述的酸性溶剂为36％-38％的盐酸与水的混合物，盐酸与水的体积比为1∶9；所述的份为质量份。本发明性能优于常规高分子型压裂液。经测试，该压裂液体系PH值为1左右，酸化效果好，具有较高的粘弹性，携砂及破胶效果优异，可用于低渗透油田的压裂开采中，具有成本低，返排率高，无残留，清洁高效等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种低渗透油气田开采过程中压裂增产时使用的阴离子表面活性剂型酸性压裂液的制备方法。
背景技术
我国低渗透油藏的采油速度低，稳产难度大，压裂技术作为油气藏的主要增产、增注方法发展迅速。压裂液是压裂技术的重要组成部分，国内外常用的为水基压裂液，包括大分子压裂液和粘弹性表面活性剂(VES)压裂液等。
随着水力压裂技术的进步，为使支撑剂达到深穿透，国外从60年代末开始研究大分子压裂液，该类压裂液粘度高，携砂效果好，较好的满足了当时的压裂需求，但是也存在许多缺点：比如由于主剂分子量大，在水中分散溶解性差，利用率较低；在压裂结束后，相当一部分不溶物和未彻底破胶的大分子残留在地层裂缝中，使地层渗透率下降；聚合物压裂液的返排率较低，地层污染严重。90年代初，粘弹性表面活性剂开始替代大分子成为压裂液主剂，该类压裂液主要由VES与盐水组成。由于VES很容易在盐水中溶解，体系对地层的伤害性小并能保持良好的导流能力。
近年来，国内外各种粘弹性表面活性剂压裂液配方不断涌现，主剂主要有如下几种：长链烷基季铵盐型阳离子表面活性剂，甜菜碱型两性表面活性剂，非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。使用较多的是采用季铵盐作为增稠主剂，此种压裂液成胶性、抗温性能良好，合成工艺成熟且价格低廉，因此得到了普遍的应用。
随着各大油气开采公司对环境保护的重视和对油气田可持续开发要求的提高，如何进一步降低清洁压裂液对地层的伤害成为重要研究方向。随着应用的深入，研究者发现阳离子表面活性剂，特别是长链季铵盐类表面活性剂虽然性能优良，也存在一些 问题，比如容易在地层中产生吸附滞留，从而严重影响采收率，有一定的生物毒性等。大多数阴离子表面活性剂在强酸环境下很难形成蠕虫状胶束，体系粘度低，无法满足压裂要求。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液及其制备方法，该压裂液在满足常规压裂性能要求的同时，可增加返排能力，避免对地层的伤害。
本发明的思想在于：阴离子表面活性剂烷基苯磺酸是由亲油烷基苯和亲水磺酸根组成的两亲性分子，烷基硫酸钠是由亲油长链烷基和亲水硫酸根组成的两亲性分子，两物质的亲油基与短链烷烃联结，亲水基磺酸根、硫酸根与水联结，形成胶束结构，有机交联剂的存在减少了表面活性剂离子间的排斥作用，使更多的表面活性剂进入胶束中，促进了蠕虫状胶束的生长，体系出现粘弹性。
技术方案
一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液，其特征在于组份为烷基苯磺酸22-32份、烷基硫酸钠20-30份、助溶剂55-60份、交联剂50-60份、水20-25份和酸性溶剂390-400份；所述的助溶剂是以异辛烷为主的短链烃混合物；所述的交联剂为12-16个碳原子的直链醇；所述的酸性溶剂为36％-38％的盐酸与水的混合物，盐酸与水的体积比为1∶9；所述的份为质量份。
所述的以异辛烷为主的短链烃混合物为90#汽油、93#汽油或97#汽油。
所述的烷基苯磺酸的碳原子数为10-13。
所述的烷基硫酸钠的碳原子数为10-13。
一种制备阴离子表面活性剂型酸性压裂液的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将按质量比称取的烷基苯磺酸、烷基硫酸钠和助溶剂混合均匀，在常温密封保存90-100小时；
步骤2：加入50-60份交联剂和20-25份的水混合均匀后置40-50小时；
步骤3：再加入酸性溶剂390-400份得到阴离子表面活性剂型酸性压裂液。
一种使用阴离子表面活性剂型酸性压裂液的方法，其特征在于：将阴离子表面活性剂型酸性压裂液与140-150质量份的酸性溶剂混合均匀，再加入15％-30％质量份的陶粒和1％-3％质量份的包裹处理的破胶剂，搅拌均匀后注井使用；所述的包裹处理的破胶剂的步骤为：计量称取85％的环己醇、3％的无水氧化钙或氯化钙，置于容器中，搅拌至其全部溶解，再加入12％的氧化镁，混均，室内晾晒50-80小时至完全干燥，破碎、过筛得到包裹处理的破胶剂。
所述包裹处理的破胶剂中环己醇由异丁醇或叔丁醇取代。
有益效果
本发明提出的一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液及其制备方法，阴离子表面活性剂型压裂液与酸化压裂技术结合起来，体系不但具有清洁压裂液的一系列优点，而且由于阴离子表面活性剂与大多数油层中的硅酸盐类物质带相同电荷，压裂液对地层吸附小，伤害小。
本发明中的压裂液具有如下特点：
1、操作简便，原料来源丰富，成本低廉。
2、耐酸性好，在强酸环境下粘度依然保持在100mpa.s以上；
3、耐温耐剪切性好，70℃，170S-1剪切速率下剪切90min，粘度保持在100mpa.s；
4、携砂性能优异，易破胶，易返排。
5、配方所需原材料用量少，成本低。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
制备阴离子表面活性剂型酸性压裂液：按质量比称取十二烷基苯磺酸2.4g、十二烷基硫酸钠2.1g、93#汽油5.5g置于容器中，混均，常温密封保存96小时，向上述样品加入5g十二醇及2g水；48小时后，加入酸性溶剂39.7g得到备用阴离子表面活性剂型酸性压裂液。
包裹处理的破胶剂：计量称取85％的环己醇、3％的无水氧化钙或氯化钙，置于容器中，搅拌至其全部溶解，再加入12％的氧化镁，混均，室内晾晒50-80小时至完全干燥，破碎、过筛得到包裹处理的破胶剂；所述环己醇由异丁醇或叔丁醇取代。
使用压裂施工时，取备用液再加入14.2g的酸性溶剂，再加入15％-30％质量份的陶粒和1％-3％质量份的包裹处理的破胶剂，搅拌均匀后注井使用。
上述压裂液实验室性能测试结果如下：
检测仪器：2NN-D6S型六速旋转粘度计，青岛海通达专用仪器厂。
(1)温度与粘度关系测定
表一 温度与粘度的关系测定
| 温度 | 粘度(单位mpa.s) |
| 30℃ | 245 |
| 40℃ | 245 |
| 50℃ | 230 |
| 60℃ | 225 |
| 70℃ | 220 |
[0038] (2)、耐高温性测定
表二 静止条件下耐温性测定
| 温度(℃) | 70(30min) | 70(60min) | 70(90min) |
| 粘度(mpa.s) | 220 | 215 | 215 |
(3)、耐剪切性能测定
表三 剪切条件下耐温性测定
| 温度(℃) | 70 | 70 | 70 | 70 |
| 耐受时间(min) | 30 | 60 | 90 | 120 |
| 剪切速率(170S-1) | 170 | 170 | 170 | 170 |
| 粘度(mpa.s) | 240 | 230 | 220 | 220 |
酸性压裂液在常温至70℃的升温过程中，粘度始终保持在200mpa.s以上。酸性压裂液在70℃静止90min，粘度保持在200mpa.s以上。酸性压裂液在70℃剪切90min，粘度保持在200mpa.s以上。上述性能满足常规压裂液的携砂要求。
实施例2：
制备阴离子表面活性剂型酸性压裂液：按质量比称取十二烷基苯磺酸3.2g、十二烷基硫酸钠3.0g、93#汽油6.0g置于容器中，混均，常温密封保存，96小时后，向上述样品加入5g十二醇及2g水；48小时后，加入酸性溶剂39g得到备用阴离子表面活性剂型酸性压裂液。
包裹处理的破胶剂：计量称取85％的环己醇、3％的无水氧化钙或氯化钙，置于容器中，搅拌至其全部溶解，再加入12％的氧化镁，混均，室内晾晒50-80小时至完全干燥，破碎、过筛得到包裹处理的破胶剂；所述环己醇由异丁醇或叔丁醇取代。
使用压裂施工时，取备用液再加入14.2g的酸性溶剂，再加入15％-30％质量份的陶粒和1％-3％质量份的包裹处理的破胶剂，搅拌均匀后注井使用。
上述压裂液实验室性能测试结果如下：
(1)温度与粘度关系测定
表四 温度与粘度的关系测定
| 温度 | 粘度(单位mpa.s) |
| 30℃ | 255 |
| 40℃ | 255 |
| 50℃ | 240 |
| 60℃ | 235 |
| 70℃ | 230 |
(2)、耐高温性测定
表五 静止条件下耐温性测定
| 温度(℃) | 70(30min) | 70(60min) | 70(90min) |
| 粘度(mpa.s) | 230 | 220 | 220 |
(3)、耐剪切性能测定
表六 剪切条件下耐温性测定
| 温度(℃) | 70 | 70 | 70 | 70 |
| 耐受时间(min) | 30 | 60 | 90 | 120 |
| 剪切速率(170S-1) | 170 | 170 | 170 | 170 |
| 粘度(mpa.s) | 250 | 240 | 230 | 230 |
酸性压裂液在常温至70℃的升温过程中，粘度始终保持在200mpa.s以上。酸性压裂液在70℃静止90min，粘度保持在200mpa.s以上。酸性压裂液在70℃剪切90min，粘度保持在200mpa.s以上。上述性能满足常规压裂液的携砂要求。相比实例(1)，由于阴离子表面活性剂和助溶剂的用量增加，体系粘度增加。
实施实3：
制备阴离子表面活性剂型酸性压裂液：按质量比称取十二烷基苯磺酸3.0g、十二烷基硫酸钠2.8g、93#汽油5.8g置于容器中，混均，常温密封保存96小时，向上述样品加入5g十二醇及2g水；48小时后，加入酸性溶剂39g得到备用阴离子表面活性剂型酸性压裂液。
包裹处理的破胶剂：计量称取85％的环己醇、3％的无水氧化钙或氯化钙，置于容器中，搅拌至其全部溶解，再加入12％的氧化镁，混均，室内晾晒50-80小时至完全干燥，破碎、过筛得到包裹处理的破胶剂；所述环己醇由异丁醇或叔丁醇取代。
使用压裂施工时，取备用液再加入14.2g的酸性溶剂，再加入15％-30％质量份的陶粒和1％-3％质量份的包裹处理的破胶剂，搅拌均匀后注井使用。
上述压裂液实验室性能测试结果如下：
(1)温度与粘度关系测定
表七 温度与粘度的关系测定
| 温度 | 粘度(单位mpa.s) |
| 30℃ | 250 |
| 40℃ | 250 |
| 50℃ | 235 |
| 60℃ | 225 |
| 70℃ | 220 |
(2)、耐高温性测定
表八 静止条件下耐温性测定
| 温度(℃) | 70(30min) | 70(60min) | 70(90min) |
| 粘度(mpa.s) | 220 | 220 | 215 |
(3)、耐剪切性能测定
表九 剪切条件下耐温性测定
| 温度(℃) | 70 | 70 | 70 | 70 |
| 耐受时间(min) | 30 | 60 | 90 | 120 |
| 剪切速率(170S-1) | 170 | 170 | 170 | 170 |
| 粘度(mpa.s) | 240 | 235 | 225 | 220 |
酸性压裂液在常温至70℃的升温过程中，粘度始终保持在200mpa.s以上。酸性压裂液在70℃静止90min和剪切90min条件下，粘度保持在200mpa.s以上。上述性能满足常规压裂液的携砂要求。相比实例(1)(2)，由于阴离子表面活性剂和助溶剂的用量居中，体系粘度介于两者之间。
Claims (7)
1.一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液，其特征在于组份为烷基苯磺酸22-32份、烷基硫酸钠20-30份、助溶剂55-60份、交联剂50-60份、水20-25份和酸性溶剂390-400份；所述的助溶剂是以异辛烷为主的短链烃混合物；所述的交联剂为12-16个碳原子的直链醇；所述的酸性溶剂为36％-38％的盐酸与水的混合物，盐酸与水的体积比为1∶9；所述的份为质量份。
2.根据权利要求1所述的阴离子表面活性剂型酸性压裂液，其特征在于：所述的以异辛烷为主的短链烃混合物为90#汽油、93#汽油或97#汽油。
3.根据权利要求1所述的阴离子表面活性剂型酸性压裂液，其特征在于：所述的烷基苯磺酸的碳原子数为10-13。
4.根据权利要求1所述的阴离子表面活性剂型酸性压裂液，其特征在于：所述的烷基硫酸钠的碳原子数为10-13。
5.一种制备权利要求1～4所述任一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将按质量比称取的烷基苯磺酸、烷基硫酸钠和助溶剂混合均匀，在常温密封保存90-100小时；
步骤2：加入50-60份交联剂和20-25份的水混合均匀后置40-50小时；
步骤3：再加入酸性溶剂390-400份得到阴离子表面活性剂型酸性压裂液。
6.一种使用权利要求1～4所述任一种阴离子表面活性剂型酸性压裂液的方法，其特征在于：将阴离子表面活性剂型酸性压裂液与140-150质量份的酸性溶剂混合均匀，再加入15％-30％质量份的陶粒和1％-3％质量份的包裹处理的破胶剂，搅拌均匀后注井使用；所述的包裹处理的破胶剂的步骤为：计量称取85％的环己醇、3％的无水氧化钙或氯化钙，置于容器中，搅拌至其全部溶解，再加入12％的氧化镁，混均，室内晾晒50-80小时至完全干燥，破碎、过筛得到包裹处理的破胶剂。
7.根据权利要求6所述的阴离子表面活性剂型酸性压裂液的使用方法，其特征在于：所述包裹处理的破胶剂中环己醇由异丁醇或叔丁醇取代。
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