納米材料強化清潔壓裂液及其製備方法與流程
2023-04-25 06:06:16 1
本發明涉及納米材料強化清潔壓裂液及其製備方法，屬於油氣田開發中的採油化學技術領域。
背景技術：
在我國低滲油氣層中含有豐富的油氣儲量，但由於較低的自然產能導致其依靠自身能量無法實現有效生產，因此必須通過壓裂的方法提高採收率，即在採油的過程中將具有一定特性的流體注入地層，在壓力作用下使油層產生裂縫，之後加入支撐劑充填裂縫，以提高油氣層的滲透能力從而增加產量。目前油田現場常見的壓裂液種類包括，水基壓裂液、油基壓裂液、泡沫壓裂液等。隨著目前綠色化學的推行，對地層的低傷害，無殘留並具有高效能的壓裂液成為當前熱門研究主題。其中，利用粘彈性表面活性劑(ves)配製成的清潔壓裂液具有良好的粘彈性，並且對地層的傷害較低以及無殘渣等特點，成為近幾年來的研究重點。然而，粘彈性表面活性劑在實際應用中存在著穩定性不足，耐溫耐鹽性較差，用料成本較高等問題。
為了克服上述問題，研究者們通過探索新型清潔壓裂液，或在原有的研究基礎上對壓裂液進行強化，以得到強度更高穩定性更好的壓裂液體系。cn104694114a公開了一種新型超分子清潔壓裂液，該壓裂液在較低濃度下能夠得到較高的稠度和粘彈性，具備較好的流變性和攜砂性能。cn103555312a公開了一種納米複合纖維清潔壓裂液以及其製備方法，其包含納米纖維複合物、纖維分散劑、防膨劑、調理劑和防垢劑，該壓裂液中存在一種纖維網絡，能夠提高壓裂液的強度和攜砂性能，減緩支撐劑的沉降速率，降低濾失率。cn102093874a公開了一種陰離子型納米複合壓裂液，其產品質量組分包括：陰離子粘彈性表面活性劑3～7份，助表面活性劑：0.05～0.5份，反離子鹽：3～10份，納米顆粒：0.05～0.5份，水100份。該產品具有良好的粘彈性和攜砂性能，可以用於50-100℃的地層。cn103387827a公開了一種納米材料締合清潔壓裂液體系及其在油氣田中的應用，該體系包含納米材料、清潔壓裂液和分散助劑液態三元醇。該產品能夠在高達130℃的溫度下仍可保持一定的體系粘度，有利於其在高溫深井油田中的應用。
儘管目前針對清潔壓裂液所進行的研究能夠對其現狀和缺點進行改善，但卻依然存在適用範圍較低，相應的成本較高，無法大規模應用等缺點。
技術實現要素：
鑑於上述清潔壓裂液存在的問題，本發明提出了一種納米材料強化清潔壓裂液，其製備方法簡單，能夠進一步提高壓裂液的稠度和粘彈性能，從而達到減少表面活性劑用量，降低成本的目的。
本發明提供一種納米材料強化清潔壓裂液，其原料組分及質量百分比為：季銨鹽類陽離子表面活性劑0.7-4％；反離子助劑0.5-2％；納米材料0.05-2％以及水餘量，總量為100％。
在上述納米材料強化清潔壓裂液中，季銨鹽類陽離子表面活性劑為烷基三甲基銨鹽型、二烷基二甲基銨鹽型以及烷基二甲基苄基銨型表面活性劑中的一種。
在上述納米材料強化清潔壓裂液中，納米材料為親水性sio2納米顆粒。
進一步的，親水性sio2納米顆粒粒徑為7-40nm。
在上述納米材料強化清潔壓裂液中，反離子助劑為氯化鈉、硝酸鈉、氯化鉀、水楊酸鈉、對甲苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉中的一種。
本發明提供了納米材料強化清潔壓裂液的製備方法，包括以下步驟：
先將納米材料加入到水中，磁力攪拌60-90分鐘至均勻，然後將溶液放入超聲波清洗器中在50℃下超聲分散2-3小時，直至溶液澄清透明，得到納米材料水溶液。
以所得納米材料水溶液為基液，分別配製季銨鹽類陽離子表面活性劑溶液和反離子助劑溶液，最後將兩種溶液等體積混合均勻，得到所述的納米材料強化清潔壓裂液。
本發明提供的納米材料強化清潔壓裂液及其製備方法，能在現有清潔壓裂液的基礎下，進一步提高壓裂液的稠度和粘彈性能，從而達到減少表面活性劑用量，降低成本的目的。
本發明採用的季銨鹽類陽離子表面活性劑在反離子助劑的作用下形成具有一定粘彈性的大分子蠕蟲狀膠束，尺寸為7-40nm的親水性sio2納米顆粒由於其具有較高的比表面積，能夠吸附溶液中的表面活性劑膠束分子，形成一種膠束-納米顆粒交聯結構。此外，納米顆粒強烈的吸附作用能夠屏蔽膠束之間的靜電排斥作用，促使膠束之間相互纏繞，達到提高壓裂液稠度和粘彈性能的目的。
附圖說明
圖1為實施例4中實施例1所述的納米材料強化清潔壓裂液的穩態剪切粘度測試結果。
圖2為實施例5中實施例1所述的納米材料強化清潔壓裂液的粘彈性測試結果。
具體實施方式
為了進一步對本發明的特徵和效果進行理解，下面結合實施例和附圖對發明進行進一步描述，但本發明並不受限於以下實例。
實施例1
本實施例提供了一種納米材料強化清潔壓裂液，其組分及質量百分比含量如下：
十六烷基三甲基溴化銨1.8％；水楊酸鈉0.9％；粒徑為7-40nm的親水性sio2納米顆粒0.1％以及水餘量。
本實施例的納米材料強化清潔壓裂液按照以下方法製備，步驟如下：
先將親水性sio2納米顆粒0.5g加入到500ml水中，磁力攪拌60分鐘至均勻，然後將溶液放入超聲波清洗器中在50℃下超聲分散2小時，直至溶液澄清透明，得到質量分數為0.1％的sio2水溶液。
取200ml質量分數為0.1％的sio2水溶液為基液，加入十六烷基三甲基溴化銨7.2g，放入溫度為45℃的水浴鍋內進行充分溶解，製備成質量分數為3.6％的十六烷基三甲基溴化銨溶液。
取200ml質量分數為0.1％的sio2水溶液為基液，加入水楊酸鈉3.6g，充分溶解後，製備成質量分數為1.8％的水楊酸鈉溶液。
最後將兩種溶液等體積混合均勻，得到所述的納米材料強化清潔壓裂液400ml。
實施例2
本實施例提供了一種納米材料強化清潔壓裂液，其組分及質量百分比含量如下：
十六烷基三甲基氯化銨1.5％；硝酸鈉0.7％；粒徑為7-40nm的親水性sio2納米顆粒0.2％以及水餘量。
本實施例的納米材料強化清潔壓裂液按照以下方法製備，步驟如下：
先將親水性sio2納米顆粒1.0g加入到500ml水中，磁力攪拌60分鐘至均勻，然後將溶液放入超聲波清洗器中在50℃下超聲分散3小時，直至溶液澄清透明，得到質量分數為0.2％的sio2水溶液。
取200ml質量分數為0.2％的sio2水溶液為基液，加入十六烷基三甲基氯化銨6.0g，放入溫度為45℃的水浴鍋內進行充分溶解，製備成質量分數為3.0％的十六烷基三甲基氯化銨溶液。
取200ml質量分數為0.2％的sio2水溶液為基液，加入硝酸鈉2.8g，充分溶解後，製備成質量分數為1.4％的硝酸鈉溶液。
最後將兩種溶液等體積混合均勻，得到所述的納米材料強化清潔壓裂液400ml。
實施例3
本實施例提供了一種納米材料強化清潔壓裂液，其組分及質量百分比含量如下：
十二烷基二甲基苄基氯化銨2.0％；對甲苯磺酸鈉1.0％；粒徑為7-40nm的親水性sio2納米顆粒0.3％以及水餘量。
本實施例的納米材料強化清潔壓裂液按照以下方法製備，步驟如下：
先將親水性sio2納米顆粒1.5g加入到500ml水中，磁力攪拌60分鐘至均勻，然後將溶液放入超聲波清洗器中在50℃下超聲分散3小時，直至溶液澄清透明，得到質量分數為0.3％的sio2水溶液。
取200ml質量分數為0.3％的sio2水溶液為基液，加入十二烷基二甲基苄基氯化銨8.0g，放入溫度為45℃的水浴鍋內進行充分溶解，製備成質量分數為4.0％的十二烷基二甲基苄基氯化銨溶液。
取200ml質量分數為0.3％的sio2水溶液為基液，加入對甲苯磺酸鈉4.0g，充分溶解後，製備成質量分數為2.0％的對甲苯磺酸鈉溶液。
最後將兩種溶液等體積混合均勻，得到所述的納米材料強化清潔壓裂液400ml。
實施例4
採用上述實施例1中的納米材料強化清潔壓裂液進行穩態剪切粘度測試。
採用haakemars60流變儀測試上述納米材料強化清潔壓裂液在25℃下的穩態剪切粘度，測試結果如圖1所示。
由圖1可以看出，實施例1所述的納米材料強化清潔壓裂液在低剪切速率下剪切粘度基本保持不變，出現平臺值，這是由於在低剪切粘度下，壓裂液中膠束的網狀結構能保持相對的穩定。隨著剪切速率的增加，壓裂液粘度開始下降，表現出剪切變稀的現象，這是因為高速剪切使得膠束網狀結構發生破壞。
實施例5
採用實施例1所述的納米材料強化清潔壓裂液進行粘彈性測試。採用haakemars60流變儀測試納米材料強化清潔壓裂液在25℃下的粘彈性，測試結果如圖2所示。可以看出，實施例1所述的納米材料強化清潔壓裂液表現出良好的粘彈性能。