CN117925210A - 一种纳米解吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米解吸附剂及其制备方法与应用，属于油气开采技术领域。所述制备方法包括以下步骤：S1：以质量份数计，用40~60份水溶解5~10份尿素，待尿素完全溶解后，再加入5~10份脂肪胺聚氧乙烯醚，混合均匀获得溶液一；S2：将2份全氟药剂溶解于5~10份溶剂中，获得透明均一溶液，记为溶液二；S3：将10~30份所述溶液一与50~100份所述溶液二混合，搅拌至全部溶解澄清，获得所述纳米解吸附剂。本发明制备获得的纳米解吸附剂拥有降低表面张力、润湿性反转的特点，使其可以顺利进入纳米孔喉；且其能够与聚丙烯酰胺在页岩表面产生竞争吸附，改变岩石表面润湿性的方式，大大降低聚合物压裂液对地层的伤害。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种纳米解吸附剂及其制备方法与应用。
背景技术
在油气开采过程中，常采用压裂技术来改善地层流动环境，提高采收率。目前，页岩气压裂的主要压裂液是使用以聚丙烯酰胺及其衍生物作为基础的压裂液体系，由于需要聚丙烯酰胺具有较好的增黏效果，聚丙烯酰胺类物质需要超高的分子量，根据调研，现有聚丙烯酰胺的聚合物的分子量需达到1000万~1300万，由于目前的聚丙烯酰胺分子在水中溶胀后多形成空间网状结构，有较强的附着、吸附效果，造成大量聚合物滞留在页岩孔喉、页岩表面，堵塞求产通道，页岩表面润湿性能增加，导致严重的岩心伤害甚至水锁，使得压后的产量、返排率大幅度降低。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种纳米解吸附剂及其制备方法与应用。
本发明的技术方案如下：
一方面，提供一种纳米解吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：以质量份数计，用40~60份水溶解5~10份尿素，待尿素完全溶解后，再加入5~10份脂肪胺聚氧乙烯醚，混合均匀获得溶液一；
S2：将2份全氟药剂溶解于5~10份溶剂中，获得透明均一溶液，记为溶液二；
S3：将10~30份所述溶液一与50~100份所述溶液二混合，搅拌至全部溶解澄清，获得所述纳米解吸附剂。
作为优选，步骤S1中，所述脂肪胺聚氧乙烯醚为AC-1201、AC-1202、AC-1203、AC-1205、AC-1210、AC-1215中的任意一种或多种。
作为优选，步骤S2中，所述全氟药剂为全氟庚烯氧基苯磺酸钠、全氟庚烷、全氟己烷中的任意一种或多种。
作为优选，步骤S2中，所述溶剂为甲醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、季戊四醇、戊二醛中的任意一种或多种。
作为优选，当所述溶剂为混合溶剂时，取10~25份甲醇、5~10份乙二醇、5~10份丙三醇、5~10份异丙醇、5~10份季戊四醇、5~10份戊二醛中的任意多种混合形成透明均一混合溶剂。
作为优选，步骤S3中，在转速为500r/min的条件下进行搅拌。
作为优选，步骤S3中，在温度为40~60℃的条件下进行搅拌。
另一方面，还提供一种采用上述任意一项所述的纳米解吸附剂的制备方法制备而成的纳米解吸附剂及其在聚合物压裂液体系中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明制备获得的纳米解吸附剂拥有降低表面张力、润湿性反转的特点，使其可以顺利进入纳米孔喉；且其能够与聚丙烯酰胺在页岩表面产生竞争吸附，改变岩石表面润湿性的方式，大大降低聚合物压裂液对地层的伤害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个具体实施例的渗透率恢复曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
一方面，本发明提供一种纳米解吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：以质量份数计，用40~60份水溶解5~10份尿素，待尿素完全溶解后，再加入5~10份脂肪胺聚氧乙烯醚，混合均匀获得溶液一。
在一个具体的实施例中，所述脂肪胺聚氧乙烯醚为AC-1201、AC-1202、AC-1203、AC-1205、AC-1210、AC-1215中的任意一种或多种。
S2：将2份全氟药剂溶解于5~10份溶剂中，获得透明均一溶液，记为溶液二。
在一个具体的实施例中，所述全氟药剂为全氟庚烯氧基苯磺酸钠、全氟庚烷、全氟己烷中的任意一种或多种。
在一个具体的实施例中，所述溶剂为甲醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、季戊四醇、戊二醛中的任意一种或多种。可选地，当所述溶剂为混合溶剂时，取10~25份甲醇、5~10份乙二醇、5~10份丙三醇、5~10份异丙醇、5~10份季戊四醇、5~10份戊二醛中的任意多种混合形成透明均一混合溶剂。
S3：将10~30份所述溶液一与50~100份所述溶液二混合，搅拌至全部溶解澄清，获得所述纳米解吸附剂。
在一个具体的实施例中，在转速为500r/min、温度为40~60℃的条件下进行搅拌。在本实施例中，采用40~60℃的温度条件能够加速溶解，提高所述纳米解吸附剂的制备效率。
另一方面，还提供一种采用上述任意一项所述的纳米解吸附剂的制备方法制备而成的纳米解吸附剂及其在聚合物压裂液体系中的应用。
当本发明所述纳米解吸附剂应用在聚合物压裂液体系中时，根据压裂液中聚丙烯酰胺的加入量，添加纳米解吸附剂作为配合注入，达到解吸附效果。具体使用时，可按照下述两种方案进行：
方案一：在滑溜水施工过程中，使用单独的计量泵，将所述纳米解吸附剂和聚合物压裂液按照比例共同泵注进入地层，按照每300 ppm粉末型聚丙烯酰胺配合1000 ppm纳米解吸附剂，每1000 ppm乳液型聚丙烯酰胺配合1000 ppm纳米解吸附剂使用，以达到抵抗聚合物在岩石表面吸附的效果。
方案二：在滑溜水施工结束后，根据滑溜水使用方量，泵注滑溜水总使用方量的5%方量的1%浓度纳米解吸附剂，再用井筒容积量的清水将工作液完全顶入地层，浸泡4~6小时，使聚合物残渣脱离岩石表面。
在上述实施例中，本发明所述纳米解吸附剂能够利用其中的脂肪胺聚氧乙烯醚中的胺类基团作为吸附基团，取代聚丙烯酰胺中的酰胺基在岩石表面的吸附点位，使其脱离原有的物理化学吸附，利用全氟药剂大大降低体系的表面张力，使药剂更好的渗透纳米孔隙解除水锁状态，综上使得本发明所述纳米解吸附剂具有降低表面张力、润湿性反转的特点，使其可以顺利进入纳米孔喉；且其能够与聚丙烯酰胺在页岩表面产生竞争吸附，改变岩石表面润湿性的方式，大大降低聚合物压裂液对地层的伤害。
实施例1
一种纳米解吸附剂，通过以下步骤制备而成：
（1）以质量份数计，用50份三级水溶解8份尿素，待尿素完全溶解后，再加入5份AC-1201和5份AC-1210，混合均匀获得溶液一；
（2）将15份甲醇、5份丙三醇、5份季戊四醇混合，形成透明均一溶液，获得混合溶剂；
（3）将2份全氟己烷溶解于5份所述混合溶剂中，形成透明均一溶液，得到溶液二；
（4）将20份所述溶液一与50份所述溶液二混合，并在500r/min机械转速条件下进行搅拌，在60℃条件下加速溶解，直至全部溶解澄清，得到所述纳米解吸附剂。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（1）中加入的脂肪胺聚氧乙烯醚为2份AC-1210与3份AC-1215的混合物。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（1）中加入的脂肪胺聚氧乙烯醚为2份AC-1201、2份AC-1202、2份AC-1203以及3份AC-1205的混合物。
实施例4
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（1）中加入的脂肪胺聚氧乙烯醚为5份AC-1205。
实施例5
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（1）中加入的脂肪胺聚氧乙烯醚为10份AC-1215。
实施例6
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（2）中配置的混合溶剂由10份甲醇、10份异丙醇、5份戊二醛组成。
实施例7
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（2）中配置的混合溶剂由25份甲醇、5份乙二醇、5份异丙醇组成。
实施例8
与实施例1不同的是，本实施例省略步骤（2），在步骤（3）中将2份全氟己烷直接溶解于5份丙三醇中。
实施例9
与实施例1不同的是，本实施例省略步骤（2），在步骤（3）中将2份全氟己烷直接溶解于10份戊二醛中。
实施例10
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（3）中采用的全氟药剂由1份全氟庚烯氧基苯磺酸钠和1份全氟庚烷组成。
实施例11
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（3）中采用的全氟药剂由1份全氟庚烯氧基苯磺酸钠和1份全氟己烷组成。
实施例12
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（3）中采用的全氟药剂由1份全氟庚烷和1份全氟己烷组成。
实施例13
与实施例1不同的是，本实施例在步骤（3）中采用的全氟药剂由1份全氟庚烯氧基苯磺酸钠、0.5份全氟己烷和0.5份全氟己烷组成。
对比例1
与实施例1不同的是，本对比例在步骤（1）中不采用脂肪胺聚氧乙烯醚，而是采用脂肪醇聚氧乙烯醚。
对比例2
与实施例1不同的是，本对比例在步骤（3）中不加入全氟己烷。
测试例
使用页岩岩心作为研究对象，使用市面上常用的滑溜水压裂液，分别使用0.03%粉末型聚丙烯酰胺和0.1%反相乳液型聚丙烯酰胺水溶液配制模拟压裂液作为空白样，将上述溶液分别添加0.1%实施例1所述的纳米解吸附剂和对比例2的产物作为对照组，先通过全自动界面张力仪测定液体表面张力；再用SY/T 5107-2016中7.7的测试方法测试岩心伤害率，具体的，先使用测试方法中的盐水对岩心进行驱替后，然使用上述六种压裂液对岩心进行二次驱替，得到实验结果如表1所示：
表1 液体表面张力及岩心伤害率测试结果
从表1可以看出，本发明所述纳米解吸附剂能够显著降低压裂液表面张力，降低岩心伤害率。当不加入全氟药剂时，虽然对于共同驱替效果下的岩心伤害率仍然有大幅度的降低，但是表面张力的改变并不是很大，由于表面张力的降低会影响压裂液的穿透效果，因此，不加全氟药剂在岩心伤害率的降低能力上不如本发明加入了全氟药剂的产物。
同时对上述经过了盐水驱替、压裂液（0.03%粉末聚丙烯酰胺和0.1%反相乳液型聚丙烯酰胺）驱替的岩心再分别采用实施例1的纳米解吸附剂溶液、对比例1产物、对比例2产物、盐水进行驱替，岩心伤害率的实验结果如表2所示：
表2 岩心的伤害率实验结果
结合表1和表2可以看出，本发明所述纳米解吸附剂对已经存在聚合物岩心伤害的岩心样品（渗透率30~50 mD）解吸附效果明显，能使已经受到岩心伤害的岩样的渗透率得到恢复。对于采用脂肪醇聚氧乙烯醚替代脂肪胺聚氧乙烯醚的对比例1产物，对于粉剂类聚丙烯酰胺配制的滑溜水造成的岩心伤害，仅能降低约4%，因为未加入有机胺类物质其不能置换吸附位的聚丙烯酰胺残留，所以岩心伤害恢复率低；对于乳液型聚丙烯酰胺，虽然脂肪醇聚氧乙烯醚类对于反相乳液中的油相有较好的溶解清洗作用，能够降低由油相造成的孔眼堵塞，但依旧无法解除聚丙烯酰胺的吸附伤害。由于前期的压裂液已经进入孔道并造成了吸附伤害，由于毛细管效应和表面张力过高，造成水锁严重，无全氟药剂加入的驱替液的穿透效果差，导致无法顺利到达吸附伤害严重的纳米孔道内达到解吸附效果，其渗透率恢复能力大大降低。
将实施例1所有渗透率数据通过归一化处理，转化为相对渗透率（先将不同岩心的初始渗透率做归一化处理，再用后续变化渗透率/初始渗透率，得到相对渗透率），对不同阶段的驱替操作作图，得到图1所示的渗透率恢复曲线。从图1可以看出，使用盐水驱替后，再使用滑溜水进行驱替，相对渗透率会进一步下降至仅有0.2左右，继续切换成盐水驱替发现下降的渗透率恢复并不明显，这是由于聚合物压裂液的驱替过程对岩心造成了伤害，改用纳米解吸附剂溶液驱替后，可以看到渗透率有明显恢复，恢复率可达到60%左右，证明本发明具备解吸附、增加返排率的效果。
需要说明的是，除了实施例1所述的纳米解吸附剂外，其他实施例的纳米解吸附剂同样进行了性能测试，其均具有解吸附、增加返排率的效果。另外，上述实施例仅为本发明的部分实施例，改变各药剂用量、脂肪胺聚氧乙烯醚类型、全氟药剂种类等条件制得的本发明所述纳米解吸附剂均具有相似性能，具体在此不再赘述。
综上所述，本发明能够大大降低聚合物压裂液对地层的伤害。与现有技术相比，本发明具有显著的进步。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：以质量份数计，用40~60份水溶解5~10份尿素，待尿素完全溶解后，再加入5~10份脂肪胺聚氧乙烯醚，混合均匀获得溶液一；
S2：将2份全氟药剂溶解于5~10份溶剂中，获得透明均一溶液，记为溶液二；
S3：将10~30份所述溶液一与50~100份所述溶液二混合，搅拌至全部溶解澄清，获得所述纳米解吸附剂。
2.根据权利要求1所述的纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述脂肪胺聚氧乙烯醚为AC-1201、AC-1202、AC-1203、AC-1205、AC-1210、AC-1215中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述全氟药剂为全氟庚烯氧基苯磺酸钠、全氟庚烷、全氟己烷中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述溶剂为甲醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、季戊四醇、戊二醛中的任意一种或多种。
5.根据权利要求4所述的纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，当所述溶剂为混合溶剂时，取10~25份甲醇、5~10份乙二醇、5~10份丙三醇、5~10份异丙醇、5~10份季戊四醇、5~10份戊二醛中的任意多种混合形成透明均一混合溶剂。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在转速为500r/min的条件下进行搅拌。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在温度为40~60℃的条件下进行搅拌。
8.根据权利要求6所述的纳米解吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在温度为40~60℃的条件下进行搅拌。
9.一种纳米解吸附剂，其特征在于，采用权利要求1-8中任意一项所述的纳米解吸附剂的制备方法制备而成。
10.如权利要求9所述的纳米解吸附剂在聚合物压裂液体系中的应用。
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