CN107325806B - 一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种成本较低、具有耐高温高压性能的清洁转向酸液体系。为了解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，包括芥酸基烷基季铵盐表面活性剂、由至少一种无机酸或有机酸组成的酸液、铁离子稳定剂和缓蚀剂。芥酸基烷基季铵盐表面活性剂为低分子粘弹性表面活性剂，无残渣，不形成滤饼，对地层污染小，可提高裂逢的有效导流能力。不需破胶剂(遇油或水破胶)且破胶彻底，残液极易返排。摩阻低，仅为水的30～40％，施工排量选择范围大，可实现不同工艺改造的要求。良好的降滤失特性和缓速性能，能大幅度增加酸蚀裂缝长度。
Description
技术领域
本发明涉及油气田酸化压裂增产作业技术领域，尤其涉及一种用于高温高压地层酸化压裂增产作业的含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系。
背景技术
酸化压裂是在高于地层破裂压力下用酸液作为压裂液，进行不加支撑剂的压裂。酸压过程中靠酸液的溶蚀作用将裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，以使停泵卸压后，裂缝壁面不会完全闭合，具有较高的导流能力，对恢复和提高油井生产能力，效果明显。
酸化能够有效地解除近井地带油层的污染和堵塞，提高井筒与近井地带储层的通性，增加油井产能。酸液的流动遵循最低阻力原理，在酸化过程中酸液优先进入渗透性较好的储层。在非均质性较强的储层中，大部分酸液进入中、高渗透层、只有少部分酸液甚至没有酸液进入低渗透层，这不但难以实现对储层均匀酸化、增加油井产能的目的，反而会使储层的非均质性进一步增强，加大开采难度。
发明内容
本发明旨在提供一种成本较低、具有耐高温高压性能的含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系。
为了解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，包括：
(1)芥酸基烷基季铵盐表面活性剂；
(2)由至少一种无机酸或有机酸组成的酸液；
(3)铁离子稳定剂；
(4)缓蚀剂。
进一步，芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的结构式(I)为：
进一步，所述芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备步骤为：
a、芥酸酰胺的合成：
将N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸放入反应釜中，加入催化剂，升温至100℃-130℃，反应3-5h，随后缓慢升温至170-190℃，升温时间为1.9-2.1h，最后反应17-19h，得到芥酸酰胺；反应如式(II)：
b、芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的合成：
在60-80℃条件下，将步骤a所得的芥酸酰胺采用硫酸二甲酯甲基化，得到芥酸基烷基季铵盐表面活性剂。反应如式(III)：
进一步，步骤b中采用氢氧化钠调节反应釜中的pH，且pH>7。
进一步，步骤a中所述催化剂为亚磷酸。
进一步，N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸的摩尔比为1:1；芥酸酰胺和硫酸二甲酯摩尔比为1:1。
进一步，酸液包括盐酸、土酸、多氢酸、氢氟酸、氟硼酸、硝酸和醋酸中的任意一种或几种。
进一步，芥酸基烷基季铵盐表面活性剂在清洁转向酸液体系中按照质量占0.2-8％。
进一步，铁离子稳定剂在清洁转向酸液体系中按照质量占1-3％。
进一步，缓蚀剂在清洁转向酸液体系中按照质量占1-6％。
与现有技术相比本发明的优点是：
1)芥酸基烷基季铵盐表面活性剂为低分子粘弹性表面活性剂，无残渣，不形成滤饼，对地层污染小，可提高裂逢的有效导流能力。
2)不需破胶剂(遇油或水破胶)且破胶彻底，残液极易返排。
3)摩阻低，仅为水的30～40％，施工排量选择范围大，可实现不同工艺改造的要求。
4)良好的降滤失特性和缓速性能，能大幅度增加酸蚀裂缝长度。
5)液体配制简单，现场不需要过多的设备，不需要交联剂、破胶剂、施工操作简单。
4)本发明所得的清洁转向酸液体系施工作业方便，可满足井深超过6000m，温度超过200℃的高温高压地层的酸化压裂作业。
具体实施方式
一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，包括：
(1)芥酸基烷基季铵盐表面活性剂；芥酸基烷基季铵盐表面活性剂在清洁转向酸液体系中按照质量占0.2-8％。
(2)由至少一种无机酸或有机酸组成的酸液；酸液包括盐酸、土酸、多氢酸、氢氟酸、氟硼酸、硝酸和醋酸中的任意一种或几种。
(3)铁离子稳定剂；铁离子稳定剂在清洁转向酸液体系中按照质量占1-3％。铁离子稳定剂的主要成份是有机酸及其盐。具有阻止Fe3+沉淀伤害地层的作用，铁离子稳定剂能从络合、还原、分散三个方面阻止Fe3+的再沉淀。
(4)缓蚀剂；缓蚀剂在清洁转向酸液体系中按照质量占1-6％。
其中，芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的结构式(I)为：
芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备步骤为：
a、芥酸酰胺的合成：
将N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸放入反应釜中，N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸的摩尔比为1:1(重量比约720：230)，加入催化剂亚磷酸，升温至100℃-130℃，反应3-5h，随后缓慢升温至170-190℃，升温时间为1.9-2.1h，最后反应17-19h，得到芥酸酰胺；具体反应式如式(II)：
b、新型芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的合成：在60-80℃条件下，将步骤a所得的芥酸酰胺采用硫酸二甲酯甲基化，芥酸酰胺和硫酸二甲酯摩尔比为1:1(重量比约920：250)，得到芥酸基烷基季铵盐表面活性剂。采用氢氧化钠调节反应釜中的pH，且pH>7。具体反应式如式(III)：
本发明可大幅度降低注酸摩阻压力，延缓酸岩反应速度；可大幅度降低酸液滤失速度，提高酸蚀有效作用距离和酸化效果等优点。另外，还可以在酸压过程中携砂支撑裂缝，提高裂缝导流能力。该体系在配液时粘度较低，当粘弹性表面活性剂进入碳酸盐岩石时，随着酸岩反应的进行，酸浓度不断下降，溶液的pH值升高和氯离子的浓度增加使粘弹性流体中的粘弹性表面活性剂长杆状分子转变成相互缠织在一起的蠕虫状胶束，粘度急剧增大，这时高粘度流体便暂时起到了屏障的作用，把流体分流给剩下的低渗透率处理层。清洁转向酸自动改变酸液的粘度，从而实现了非均质储层(长水平井段或长裸眼井段)的均匀布酸，达到了储层均匀酸化的目的。清洁转向酸体系具有转向功能好、缓速、降滤失性能好、成本低、对地层无伤害等特点。
下面结合实验对本发明做进一步说明：
实验一：
含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，清洁转向酸液体系按照质量包括20％HCL、6％VES(新型芥酸基烷基季铵盐表面活性剂)、4.5％缓蚀剂和2％铁离子稳定剂，其余为水。
按照上述比例配制的清洁转向酸的酸粘度为35mPa.s，然后加碳酸钙粉末与清洁转向酸反应，当反应至盐酸浓度小于10％时，清洁转向酸粘度为115mPa.s；继续加碳酸钙粉末与清洁转向酸反应，当反应至盐酸浓度为5％时，清洁转向酸粘度为125mPa.s，最后当反应至盐酸浓度小于1％时，清洁转向酸粘度降低到8mPa.s。
实验二：
在X1井现场实验：储层深度：近6000m，温度：190℃。
含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，按照质量包括15％HCL、5％VES、4.5％缓蚀剂和2％铁离子稳定剂，其余为水。
当施工的过程中采用相同泵注排量时，泵注胍胶压裂液比泵注清洁转向酸液体系时压力约高8～10兆帕，说明清洁酸摩阻比胍胶压裂液低15％左右。该井经清洁转向酸酸压改造后增产是胍胶压裂液的30倍以上。
实验三：
在X2井现场实验：储层深度：近3000m，温度：90℃。
含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，按照质量包括25％HCL、5％VES、3％缓蚀剂和1％铁离子稳定剂，其余为水。
该井施工的过程，随着酸液与地层岩石逐渐反应，在排量稳定的情况下，施工泵压有上涨趋势；说明随着酸岩反应的进行，酸液浓度的降低，酸液粘度自动增加，清洁酸液起到了转向的作用，有利于非均质储层的均匀改造，能够充分发挥储层潜在增产的能力。该丼经酸压改造后，增产23倍。
综上所述，本发明含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系具有优异的延缓酸岩反应速度性能和转向功能，可有效的阻止酸液向高渗部分发生指进，提高了酸蚀作用距离，并且可抑制粘土矿物伊利石等的运移，保持长期有效的裂缝导流能力。同时还具有优异耐温、抗剪切和低摩阻性能，可满足井深超过6000m，温度超过200℃的高温高压地层的酸化压裂作业。现场实验表明用含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸体系酸压具有显著的增产效果。含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸体系已在现场实验和应用超过100口丼，均取得了显著的增产效果。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (9)
1.一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，包括：
(1)芥酸基烷基季铵盐表面活性剂；
(2)由至少一种无机酸或有机酸组成的酸液；
(3)铁离子稳定剂；
(4)缓蚀剂；
所述芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的结构式(I)为：
2.根据权利要求1所述的一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，所述芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备步骤为：
a、芥酸酰胺的合成：
将N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸放入反应釜中，加入催化剂，升温至100℃-130℃，反应3-5h，随后缓慢升温至170-190℃，升温时间为1.9-2.1h，最后反应17-19h，得到芥酸酰胺；反应如式(II)：
b、芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的合成：
在60-80℃条件下，将步骤a所得的芥酸酰胺采用硫酸二甲酯甲基化，得到芥酸基烷基季铵盐表面活性剂；反应如式(III)：
3.根据权利要求2所述的一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，步骤b中采用氢氧化钠调节反应釜中的pH，且pH>7。
4.根据权利要求2所述的一种含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，步骤a中所述催化剂为亚磷酸。
5.如权利要求 2所述的含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸的摩尔比为1:1；芥酸酰胺和硫酸二甲酯摩尔比为1:1。
6.根据权利要求 1所述的含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，酸液包括盐酸、土酸、多氢酸、氢氟酸、氟硼酸、硝酸和醋酸中的任意一种或几种。
7.根据权利要求 1所述的含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，芥酸基烷基季铵盐表面活性剂在清洁转向酸液体系中按照质量占0.2-8％。
8.根据权利要求 1所述的含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，铁离子稳定剂在清洁转向酸液体系中按照质量占1-3％。
9.如权利要求 1所述的含芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的清洁转向酸液体系，其特征在于，缓蚀剂在清洁转向酸液体系中按照质量占1-6％。
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