一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑及其製備方法
2023-10-18 00:45:49 1
專利名稱：一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種壓裂液添加劑，特別涉及一種使壓裂液在高溫、高礦化度、一定量的凝析油的地層中返排時產生泡沫，降低井筒中返排液汽化水密度，使井筒中返排液靜液柱壓力降低，利於壓裂液的返排，以減少殘留的壓裂液對地層傷害的起泡劑。
背景技術：
隨著低滲透油氣藏的逐步開發，為增大瀉油麵積，壓裂做為最有效的增產技術，得到了廣泛的應用。性能優良的壓裂液不僅要求具有良好的耐溫耐剪切和攜砂性能，更要具有良好的返排助排性能。
大多數低孔低滲氣藏一般都具有低壓特徵，地層能量不足，同時存在嚴重的毛細管自吸作用，在自然條件下壓裂液破膠液難以徹底返排，為此大多數三低氣藏壓裂液中都加入起泡劑，伴注液氮，一方面降低靜液柱壓力，另一方面補充能量，能夠有效地提高返排率。經過多年的研究應用，開發了多種性能優良的起泡劑，配套工藝技術在現場也取得了豐碩的增產成果。
但是，近年來隨著勘探開發工作的深入，儲層和改造條件越來越苛刻，高溫、高礦化度，並伴有一定量的凝析油產出。起泡劑如果在高溫、高礦化度、和一定量的凝析油中有良好的起泡和穩泡性能，依據地層能量使壓裂液返排，在射孔眼處高速剪成，產生泡沫，並穩定生成的氣泡界面，液體被連續舉升，裂縫中壓裂液不斷向井筒流向補充，井筒中返排液汽化水密度降低，井筒中返排液靜液柱壓力降低，返排液就能順利從地層中排出。
但在凝析油的強烈消泡作用下，很多常規起泡劑完全失去作用，部分現有抗油起泡劑性能一般，無法達到較高技術指標。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提出了一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，本發明能在高溫、高礦化度、一定量的凝析油的地層中返排時產生泡沫，使井筒中返排液靜液柱壓力降低，利於壓裂液的返排，以減少殘留的壓裂液對地層傷害。
同時，本發明還提出了一種製備壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑的方法。
本發明是通過採用下述技術方案實現的 一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，其特徵在於包括如下重量百分比的組分配比而成 非離子表面活性劑25～50％； 兩性離子表面活性劑10～15％； 陰離子表面活性劑20～30％； 氟碳表面活性劑0.5～2％； 其餘量為蒸餾水。
所述的非離子表面活性劑是十二烷基二甲基氧化胺和壬基酚聚氧乙烯醚，其中，十二烷基二甲基氧化胺佔起泡劑組分總量中的重量百分比為20～40％，壬基酚聚氧乙烯醚佔起泡劑組分總量中的重量百分比為5～10％。
所述的兩性離子表面活性劑是椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼。
所述的陰離子表面活性劑是α-烯基磺酸鹽和椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉，其中α-烯基磺酸鹽佔起泡劑組分總量中的重量百分比為10～15％，椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉佔起泡劑組分總量中的重量百分比為10～15％。
所述的氟碳表面活性劑是陝西森瑞科技有限公司生產的SR18Y氟碳表面活性劑。
一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑的製備方法，其特徵在於 備料，按佔起泡劑中重量百分比計，各組分按如下重量備料十二烷基二甲基氧化胺20～40％；壬基酚聚氧乙烯醚5～10％；椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼10～15％；α-烯基磺酸鹽10～15％；椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉10～15％；氟碳表面活性劑0.5～2％；其餘量為蒸餾水； 先在反應釜中加入全部的蒸餾水，升溫至55～60℃；然後，加入全部的α-烯基磺酸鹽和全部的椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉，攪拌20～25min；然後，再加入全部的十二烷基二甲基氧化胺和全部的壬基酚聚氧乙烯醚，攪拌10～15min；然後，再加入全部的椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼，攪拌5～10min；最後，加入全部的氟碳表面活性劑，攪拌20～25min，生產出起泡劑成品。
與現有技術相比，本發明所達到的技術效果如下 壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑主要針對壓裂後返排困難，導致大量壓裂液殘留於地層中產生嚴重的傷害的問題。加入本起泡劑後在高溫，高礦化度和一定量的凝析油的液體中攪拌下能中產生大量的泡沫，並能將泡沫維持一定的時間。這樣壓裂液在返排過程中，壓裂液通過射孔眼時高速剪切，產生大量的泡沫，降低井筒中返排液汽化水密度，使井筒中返排液靜液柱壓力降低，提高壓裂液的返排率，減少殘留壓裂液對地層的傷害。
本發明所提到的十二烷基二甲基氧化胺在高抗化度和凝析油中有很強的起泡能力；α-烯基磺酸鹽和椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉在高溫下有很好的起泡能力；椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼和壬基酚聚氧乙烯醚有良好的穩泡性能；氟碳表面活性劑能很大程度降低液體的表面張力，與十二烷基二甲基氧化胺和α-烯基磺酸鹽協同作用在凝析油中產生更多的泡沫。該起泡劑與目前常用壓裂液添加劑在常溫和地層溫度下配伍性良好，壓裂施工前按設計比例加入壓裂液中，施工後能提高壓裂液返排率，減少殘留壓裂液對地層的傷害，起到保護儲層的作用。
經實驗，本發明有良好的耐高溫性能，起泡劑在140℃下加熱4小時仍有良好起泡劑的性能；有良好的耐高礦化度性能，起泡劑分別在10萬ppm的KCl、NaCl、CaCl2、MgCl2溶液中仍有良好的泡劑的性能；有良好的抗凝析油性能，起泡劑在40％凝析油仍有良好的泡劑的性能；在壓裂體系中加入本發明所說的起泡劑後，24h平均返排率提高了22％，平均返排周期縮短了2天，平均返排率提高了23％，加入耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑後大大減少了地層中殘留的壓裂液，並且縮短了排液周期。實驗數據將在實施例中詳細列出。
具體實施例方式 下面將結合具體實施例和圖表對本發明作進一步的詳細說明。
實施例1 本發明公開了一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，包括如下重量百分比的組分配比而成非離子表面活性劑25～50％；兩性離子表面活性劑10～15％；陰離子表面活性劑20～30％；氟碳表面活性劑0.5～2％；其餘量為蒸餾水。
採用本領域中的常規混合攪拌法製備起泡劑即可。
實施例2 在實施例1的基礎上，本發明更優的實施方式是所述的非離子表面活性劑是十二烷基二甲基氧化胺和壬基酚聚氧乙烯醚，其中，十二烷基二甲基氧化胺佔起泡劑組分總量中的重量百分比為20～40％，壬基酚聚氧乙烯醚佔起泡劑組分總量中的重量百分比為5～10％。所述的兩性離子表面活性劑是椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼。所述的陰離子表面活性劑是α-烯基磺酸鹽和椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉，其中α-烯基磺酸鹽佔起泡劑組分總量中的重量百分比為10～15％，椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉佔起泡劑組分總量中的重量百分比為10～15％。所述的氟碳表面活性劑是陝西森瑞科技有限公司生產的SR18Y氟碳表面活性劑。
實施例3 本發明公開了一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑的製備方法， 備料，按佔起泡劑中重量百分比計，各組分按如下重量備料十二烷基二甲基氧化胺20～40％；壬基酚聚氧乙烯醚5～10％；椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼10～15％；α-烯基磺酸鹽10～15％；椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉10～15％；氟碳表面活性劑0.5～2％；其餘量為蒸餾水； 先在反應釜中加入全部的蒸餾水，升溫至55～60℃；然後，加入全部的α-烯基磺酸鹽和全部的椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉，攪拌20～25min；然後，再加入全部的十二烷基二甲基氧化胺和全部的壬基酚聚氧乙烯醚，攪拌10～15min；然後，再加入全部的椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼，攪拌5～10min；最後，加入全部的氟碳表面活性劑，攪拌20～25min，生產出起泡劑成品。
實施例4 按照佔起泡劑重量百分比，在反應釜中加入蒸餾水24％，升溫至55℃；陰離子表面活性劑α-烯基磺酸鹽10％和椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉10％攪拌25min；再加入非離子表面活性劑十二烷基二甲基氧化胺40％和壬基酚聚氧乙烯醚5％，攪拌15min；再加入兩性離子表面活性劑椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼10％，攪拌10min；最後加入陝西森瑞科技有限公司生產的氟碳表面活性劑1％，攪拌25min生產出壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑。
實施例5 按照佔起泡劑重量百分比，在反應釜中加入蒸餾水24.5％，升溫至58℃；陰離子表面活性劑α-烯基磺酸鹽12％和椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉12％攪拌25min；再加入非離子表面活性劑十二烷基二甲基氧化胺30％和壬基酚聚氧乙烯醚8％，攪拌10min；再加入兩性離子表面活性劑椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼12％，攪拌10min；最後加入陝西森瑞科技有限公司生產的氟碳表面活性劑1.5％，攪拌25min生產出壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑。
實施例6 按照佔起泡劑重量百分比，在反應釜中加入蒸餾水23％，升溫至60℃；陰離子表面活性劑α-烯基磺酸鹽15％和椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉15％攪拌25min；再加入非離子表面活性劑十二烷基二甲基氧化胺20％和壬基酚聚氧乙烯醚10％，攪拌10min；再加入兩性離子表面活性劑椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼15％，攪拌5min；最後加入陝西森瑞科技有限公司生產的氟碳表面活性劑2％，攪拌20min生產出壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑。
在同一個試驗區塊中，前期應用一種水基壓裂液體系進行壓裂改造後，24平均返排率40％，平均返排周期長達7天，平均返排率63％；加入耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑後，24h返排率返排率62％，平均返排周期縮短到5天，平均返排率86％。
適用範圍該發明適合於溫度140℃以內、礦化度10萬ppm以內、凝析油含量40％以內的所有低滲透凝析氣藏儲層。
應用前景隨著對高溫低滲透凝析氣藏的深入開發，和對儲層改造目標的提高，該發明所述的耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑必然會越來廣泛地用於此類儲層壓裂增產作業和井筒積液返排作業，應用前景廣闊。
實施例7 實驗目前對起泡劑的性能評價尚無行業標準方法。攪拌法是美國工業界評價發泡劑性能的一種常用方法，測定周期短，耗藥量少，操作簡單，測定結果重複性好，可靠性高。本發明中主要採用此方法測定起泡劑的起泡能力和形成泡沫的穩定性。具體方法是用量筒取100mL蒸餾水倒入攪拌杯中，啟動攪拌機，在8000±100r/min下攪拌1min，傾入500mL量筒中，記錄泡沫達到的最大體積V，啟動秒表至析出50mL液體時的時間為半衰期t1/2(min)，泡沫質量分數Fg＝(V-100)/V*100％。
1、表1是不同濃度起泡劑的起泡性能表。評價了不同濃度起泡劑的起泡和穩泡性能，選取介質為整體試驗要求的一半，從試驗結果中可以看出，體積百分比0.8％的起泡劑的泡沫質量分數75.4％、半衰期6.62min，起泡劑的加量繼續增加泡沫質量沒有明顯變化。
2、表2是起泡劑抗油性能表。從表中可以看出在標準鹽水中加入40％凝析油，用體積百分比0.8％起泡劑產生的泡沫質量分數71.8％、半衰期5.83min；表3是起泡劑抗鹽性能表。從表中可以看出在KCl、NaCl、CaCl2、MgCl2等鹽對體積百分比0.8％的起泡劑的起泡和穩泡性能影響不大，在10萬ppm的其鹽水中泡沫質量分數均超過 79.4％、半衰期7.63min；表4是起泡劑抗溫性能表。根據行業標準大於100℃的測量方法是將溶液加熱到該溫度保持4h，降溫到95℃再測量。從表中可以看出加入體積百分比0.8％的起泡劑在140℃、標準鹽水、40％凝析油下，泡沫質量分數為70.1％、半衰期為5.03min。
3、表5是現場施工對比表。從表中可以看出在壓裂體系中加入耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑後。24h平均返排率提高了22％，平均返排周期縮短了2天，平均返排率提高了23％。加入耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑後大大減少了地層中殘留的壓裂液，並且縮短了排液周期。
表1起泡劑在不同濃度的起泡性能
表2起泡劑抗油性能
表3起泡劑抗鹽性能
表4起泡劑抗溫性能
表5現場施工對比表
權利要求
1.一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，其特徵在於包括如下重量百分比的組分配比而成
非離子表面活性劑25～50％；
兩性離子表面活性劑10～15％；
陰離子表面活性劑20～30％；
氟碳表面活性劑0.5～2％；
其餘量為蒸餾水。
2.根據權利要求1所述的所述的一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，其特徵在於非離子表面活性劑是十二烷基二甲基氧化胺和壬基酚聚氧乙烯醚，其中，十二烷基二甲基氧化胺佔起泡劑組分總量中的重量百分比為20～40％，壬基酚聚氧乙烯醚佔起泡劑組分總量中的重量百分比為5～10％。
3.根據權利要求2所述的所述的一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，其特徵在於所述的兩性離子表面活性劑是椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼。
4.根據權利要求3所述的所述的一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，其特徵在於所述的陰離子表面活性劑是α-烯基磺酸鹽和椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉，其中α-烯基磺酸鹽佔起泡劑組分總量中的重量百分比為10～15％，椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉佔起泡劑組分總量中的重量百分比為10～15％。
5.一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑的製備方法，其特徵在於
備料，按佔起泡劑中重量百分比計，各組分按如下重量備料十二烷基二甲基氧化胺20～40％；壬基酚聚氧乙烯醚5～10％；椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼10～15％；α-烯基磺酸鹽10～15％；椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉10～15％；氟碳表面活性劑0.5～2％；其餘量為蒸餾水；
先在反應釜中加入全部的蒸餾水，升溫至55～60℃；然後，加入全部的α-烯基磺酸鹽和全部的椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉，攪拌20～25min；然後，再加入全部的十二烷基二甲基氧化胺和全部的壬基酚聚氧乙烯醚，攪拌10～15min；然後，再加入全部的椰油醯胺丙基羥磺基甜菜鹼，攪拌5～10min；最後，加入全部的氟碳表面活性劑，攪拌20～25min，生產出起泡劑成品。
全文摘要
本發明公開了一種壓裂用耐高溫高鹽抗凝析油起泡劑，包括如下重量百分比的組分配比而成非離子表面活性劑25～50％；兩性離子表面活性劑10～15％；陰離子表面活性劑20～30％；氟碳表面活性劑0.5～2％；其餘量為蒸餾水。本發明能在高溫、高礦化度、一定量的凝析油的地層中返排時產生泡沫，使井筒中返排液靜液柱壓力降低，利於壓裂液的返排，以減少殘留的壓裂液對地層傷害。
文檔編號C09K8/68GK101831285SQ20101018179
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者蔣文學, 李楷, 李勇, 趙倩雲, 汪小宇, 周然, 荊建春, 陳迎花, 柴巧玲 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司