CN102851017A - 一种含芥酸甜菜碱的粘弹性清洁压裂液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含芥酸甜菜碱的粘弹性清洁压裂液。目的是提供一种具有独特粘弹性、独特成胶机理、独特破胶机理、优良流变性能和优良携砂性能且对储层伤害小的清洁压裂液。本发明的特征是由下列组分组成：含有一种或多种芥酸甜菜碱；可含有一种或多种阳离子表面活性剂；可含有一种或多种阴离子表面活性剂；可含有一种或多种非芥酸甜菜碱型两性表面活性剂；含有一种或多种无机酸、有机酸、无机盐、有机酸盐或其组合；含有一种或多种低碳醇；水。该粘弹性清洁压裂液具有良好的流变性能，使用温度可达到90℃以上。

Description

一种含芥酸甜菜碱的粘弹性清洁压裂液

技术领域

本发明涉及一种粘弹性清洁压裂液，特别是涉及一种含芥酸甜菜碱的粘弹性清洁压裂液。 

背景技术

油层水力压裂，简称为油层压裂或压裂，是20世纪40年代发展起来的—项改造油层渗流特性的工艺技术，是油气井增产、注水井增注的一项重要工艺措施。它是利用较高的排量和压力，将含有高浓度支撑剂的非牛顿高粘压裂液注入井下，以实现在目的层造缝、并延伸扩展裂缝。当压裂液破胶返排后，便可以形成一条或多条具有高导流能力的支撑裂缝。1947年出现的压裂技术已成为标准的开采工艺，到1981年压裂作业数量已超过80万井次，至1988年，作业总数发展至100万井次以上，大约近代完钻井数的35%~40%进行了水力压裂。美国石油储量的25%~30%是通过压裂达到经济开采条件的。在北美通过压裂增加13×10⁹m³石油储量。在我国，愈来愈多的油田采用水力压裂来提高油气井的开采能力和注水井的增注能力，取得了明显的效果。 

使用压裂液的目的有两方面：一是提供足够的粘度，使用水力尖劈作用形成裂缝使之延伸，并在裂缝沿程输送及铺设压裂支撑剂；再者压裂完成后，压裂液迅速化学分解破胶到低粘度，保证大部分压裂液返排到地面以净化裂缝。 

理想的压裂液应在作业施工时有足够高的粘度，同时摩阻不宜太大，并在压裂后的一定时间内能变成低粘流体而实现完全返排，对地层不造成任何污染和伤害。 

清洁压裂液可有效的解决常规压裂液（天然植物胶压裂液、纤维素压裂液、合成聚合物压裂液）在返排过程中由于破胶不彻底对油气藏渗透率造成的极大伤害。 

粘弹性清洁压裂液与传统聚合物体系比具有以下优势：油田钻井区域具有更高的渗透压；更低的地层和地层损害；压裂后具有高的粘度恢复率；消除了酶或氧化剂对粘度的降低；容易水化，更快的达到最佳粘度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种粘弹性清洁压裂液。该压裂液具有独特的流变性能，如剪切稀释性、粘弹性及优异的粘温特性，同时还具有优良的携砂性能和滤失控制。 

本发明的目的是通过下列组成实现的：一种含芥酸甜菜碱的粘弹性清洁压裂液，其特征在于： 

该粘弹性清洁压裂液包含以下成分： 

（1）含有一种或多种芥酸甜菜碱； 

（2）可含有一种或多种阳离子表面活性剂； 

（3）可含有一种或多种阴离子表面活性剂； 

（4）可含有一种或多种非芥酸甜菜碱型两性表面活性剂； 

（5）含有一种或多种无机酸、有机酸、有机酸盐、无机盐或其组合； 

（6）含有一种或多种低碳醇； 

（7）水。 

上述组成中，所述的芥酸甜菜碱选自以下结构： 

其中R₁，R₂和R₃为1~4个碳的直链饱和烷基；n为2~5的自然数；m为3或4。 

上述组成中，所述的阳离子表面活性剂包括但并不限于以下物质：十六烷基三甲基卤化铵、十六烷基二羟乙基卤化铵、十八烷基三甲基卤化铵、十八烷基甲基二羟乙基卤化铵、油基三甲基卤化铵、油基甲基二羟乙基卤化铵、二十烷基三甲基卤化铵、二十烷基甲基二羟乙基卤化铵、芥基三甲基卤化铵、芥基甲基二羟乙基卤化铵、山嵛基三甲基卤化铵、山嵛基甲基二羟乙基卤化铵、二十四碳-9-烯基三甲基卤化铵、二十四碳-9-烯基甲基二羟乙基卤化铵、二十四碳基三甲基卤化铵、二十四碳基甲基二羟乙基卤化铵、双十六烷基二甲基卤化铵、双十八烷基二甲基卤化铵、双油基二甲基卤化铵、双二十碳基二甲基卤化铵、双二十碳烯基二甲基卤化铵、双芥基二甲基卤化铵、双山嵛基二甲基卤化铵、双二十四碳-9-烯基二甲基卤化铵、双二十四碳基二甲基卤化铵等。 

上述组成中，所述的阴离子表面活性剂包括但不限于以下物质：烷基苯磺酸钠、烯基磺酸盐、烷基磺酸盐、α-磺基单羧盐、氨基酸盐、油基硫酸盐、十八烷基硫酸盐、二十烷基硫酸盐、二十碳烯基硫酸盐、芥基硫酸盐、二十二烷基硫酸盐、飘儿菜基硫酸盐、二十四碳烯基硫酸盐、二十四烷基硫酸盐、油酸皂、硬脂酸皂、花生酸皂、花生烯酸皂、芥酸皂、山嵛酸皂、神经酸皂、木焦油酸皂等。 

上述组成中，所述的非芥酸甜菜碱型两性表面活性剂包括但不限于以下物质：油酸酰胺丙基二甲基氧化胺、硬脂酸酰胺丙基二甲基氧化胺、花生酸酰胺丙基二甲基氧化胺、花生烯酸酰胺丙基二甲基氧化胺、芥酸酰胺丙基二甲基氧化胺、山嵛酸酰胺丙基二甲基氧化胺、神经酸酰胺丙基二甲基氧化胺、木焦油酸酰胺丙基二甲基氧化胺、油酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、硬脂酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、花生酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、花生烯酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、芥酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、山嵛酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、神经酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、木焦油酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、油基咪唑啉类两性表面活性剂、硬脂基咪唑啉类两性表面活性剂、花生基咪唑啉类两性表面活性剂、花生烯基咪唑啉类两性表面活性剂、芥基咪唑啉类两性表面活性剂、山嵛基咪唑啉类两性表面活性剂、神经基咪唑啉类两性表面活性剂、木焦油基咪唑啉类两性表面活性剂、油酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、油酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、油酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、花生酸酰胺丙基甜菜碱、花生酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、花生酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、花生酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、神经酸酰胺丙基甜菜碱、神经酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、神经酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、神经酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱。 

上述组成中，所述的无机酸、有机酸、有机酸盐、无机盐包括但不限于以下物质：氢氟酸、盐酸、氢溴酸、甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸盐、水杨酸、水杨酸盐、苯甲酸盐、邻苯二甲酸盐、对甲苯磺酸盐、羟基萘羧酸盐、萘磺酸盐、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化铵、水杨酸三乙醇胺、三甲基氯化胺等。 

上述组成中，所述的低碳醇为碳数小于4的一元醇或多元醇，如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、2-丁醇、异丁醇等。 

上述组成中，所述的所述的芥酸甜菜碱的含量占清洁压裂液重量的0.3~40%。 

上述组成中，所述的阳离子表面活性剂的含量占清洁压裂液重量的0~10%。 

上述组成中，所述的阴离子聚合物的含量占清洁压裂液重量的0~5%。 

上述组成中，所述的非芥酸甜菜碱型两性表面活性剂含量占清洁压裂液重量的0~10%。 

上述组成中，所述的有机酸、有机盐、无机盐或其组合的含量占清洁压裂液重量的0.1~10%。 

上述组成中，所述的低碳醇含量占清洁压裂液重量的3~30%。 

上述组成中，所述的水的含量占清洁压裂液重量的50%以上。 

从本发明的组成特征可以看出，本发明所述的粘弹性清洁压裂液具有以下优点： 

（1）                      具有独特的粘弹性及流变性能：粘弹性表面活性剂在溶液中形成蠕虫状、棒状或圆柱状的胶束，随着胶束的增多而发生相互缠结，形成了类似交联聚合物大分子的空间网状结构。本发明的清洁压裂液在剪切作用下具有剪切稀释性能，当外力撤去后，体系粘弹性恢复。

（2）                      独特的成胶机理和破胶机理：在盐介质中，体系中的反离子（如水杨酸根、卤离子等）屏蔽体系胶束与水界面的电荷，并与体系分子强烈缔合，使球型胶束演变成柔性棒状或蠕虫状胶束，当清洁压裂液浓度达到临界浓度时，胶束互相缠结形成高粘弹性空间网状结构，从而实现支撑剂的携带和造缝。压裂液进入地层，被地层水稀释至一定浓度后，体系粘弹性丧失；或与地层中烃（油或气）接触，影响体系带点环境，破坏胶束状态，从而失去粘度。

（3）                      独特的携砂性能：压裂时排量的选择空间较大，有利于控制裂缝的纵向延伸，有利于形成更长的支撑裂缝，在较低的粘度下，就具有良好的携砂能力，节约了砂，也降低了所需净压力的大小；

（4）                      对储层伤害小：对岩心的伤害率仅为3~5%，裂缝渗透率能保持在90%，且返排率可高达90%，体系中的无机盐可有效防止粘土遇水膨胀，体系中的芥酸甜菜碱也具有较好的粘土稳定作用。

（5）                      独特的滤失性能：常规压裂液在裂缝壁面会产生残渣，形成滤饼，清洁压裂液在储层岩石表面上不能形成滤饼，其滤失率不随时间变化。在地层渗透率小于5×10^-3μm²的状况下，清洁压裂液很难进入储层孔隙喉道，在高渗透率储层里，清洁压裂液可与降滤失剂相容，提高压裂液的使用效率。

附图说明

图1是含芥酸甜菜碱的粘弹性清洁压裂液的粘温性能图。 

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的说明。 

实施例1 

粘弹性清洁压裂液包括以下成分：芥酸酰胺丙基甜菜碱2%，芥基甲基二羟乙基氯化铵1%，水杨酸钠2%，氯化钾5%，甲醇15%，水75%。其粘温性能见图1。 

实施例2 

粘弹性清洁压裂液包括以下成分：芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱1%，十八烷基硫酸盐0.2%，芥酸酰胺丙基二甲基氧化胺1%，水杨酸钠2%，乙二醇10%，水85.8%。其粘温性能见图1。 

实施例3 

粘弹性清洁压裂液包括以下成分：芥酸酰胺羟丙基磺基甜菜碱4%，三甲基氯化胺1%，异丁醇8%，水87%。其粘温性能见图1。 

Claims (14)

1.一种含芥酸甜菜碱的粘弹性清洁压裂液，其特征在于该粘弹性清洁压裂液包含以下成分：

（1）含有一种或多种芥酸甜菜碱；

（2）可含有一种或多种阳离子表面活性剂；

（3）可含有一种或多种阴离子表面活性剂；

（4）可含有一种或多种非芥酸甜菜碱型两性表面活性剂；

（5）含有一种或多种无机酸、有机酸、无机盐、有机酸盐或其组合；

（6）含有一种或多种低碳醇；

（7）水。

2.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的芥酸甜菜碱选自以下结构：

其中R1，R2和R3为1~4个碳的直链饱和烷基；n为2~5的自然数；m为3或4。

3.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所含有的阳离子表面活性剂包括但并不限于以下物质：十六烷基三甲基卤化铵、十六烷基二羟乙基卤化铵、十八烷基三甲基卤化铵、十八烷基甲基二羟乙基卤化铵、油基三甲基卤化铵、油基甲基二羟乙基卤化铵、二十烷基三甲基卤化铵、二十烷基甲基二羟乙基卤化铵、芥基三甲基卤化铵、芥基甲基二羟乙基卤化铵、山嵛基三甲基卤化铵、山嵛基甲基二羟乙基卤化铵、二十四碳-9-烯基三甲基卤化铵、二十四碳-9-烯基甲基二羟乙基卤化铵、二十四碳基三甲基卤化铵、二十四碳基甲基二羟乙基卤化铵、双十六烷基二甲基卤化铵、双十八烷基二甲基卤化铵、双油基二甲基卤化铵、双二十碳基二甲基卤化铵、双二十碳烯基二甲基卤化铵、双芥基二甲基卤化铵、双山嵛基二甲基卤化铵、双二十四碳-9-烯基二甲基卤化铵、双二十四碳基二甲基卤化铵等。

4.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所含有的阴离子表面 

活性剂包括但不限于以下物质：烷基苯磺酸钠、烯基磺酸盐、烷基磺酸盐、α-磺基单羧盐、氨基酸盐、油基硫酸盐、十八烷基硫酸盐、二十烷基硫酸盐、二十碳烯基硫酸盐、二十二烷基硫酸盐、飘儿菜基硫酸盐、二十四碳烯基硫酸盐、二十四烷基硫酸盐、油酸皂、硬脂酸皂、花生酸皂、花生烯酸皂、芥酸皂、山嵛酸皂、神经酸皂、木焦油酸皂等。

5.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所含有的非芥酸甜菜   

碱型两性表面活性剂包括但不限于以下物质：油酸酰胺丙基二甲基氧化胺、硬脂酸酰胺丙基二甲基氧化胺、花生酸酰胺丙基二甲基氧化胺、花生烯酸酰胺丙基二甲基氧化胺、芥酸酰胺丙基二甲基氧化胺、山嵛酸酰胺丙基二甲基氧化胺、神经酸酰胺丙基二甲基氧化胺、木焦油酸酰胺丙基二甲基氧化胺、油酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、硬脂酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、花生酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、花生烯酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、芥酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、山嵛酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、神经酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、木焦油酸酰胺丙基二羟乙基氧化胺、油基咪唑啉类两性表面活性剂、硬脂基咪唑啉类两性表面活性剂、花生基咪唑啉类两性表面活性剂、花生烯基咪唑啉类两性表面活性剂、芥基咪唑啉类两性表面活性剂、山嵛基咪唑啉类两性表面活性剂、神经基咪唑啉类两性表面活性剂、木焦油基咪唑啉类两性表面活性剂、油酸酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、油酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、油酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、硬脂酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、花生酸酰胺丙基甜菜碱、花生酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、花生酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、花生酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、花生烯酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、山嵛酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、神经酸酰胺丙基甜菜碱、神经酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、神经酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、神经酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基二羟乙基甜菜碱、木焦油酸酰胺丙基二羟乙基羟基磺基甜菜碱。

6.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的无机酸、有机酸、无机盐、有机酸盐包括但不限于以下物质：氢氟酸、盐酸、氢溴酸、甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸盐、水杨酸、水杨酸盐、苯甲酸盐、邻苯二甲酸盐、对甲苯磺酸盐、羟基萘羧酸盐、萘磺酸盐、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化铵、水杨酸三乙醇胺、三甲基氯化胺等。

7.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的低碳醇为碳数小于4的一元醇或多元醇，如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、2-丁醇、异丁醇等。

8.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的芥酸甜菜碱含量占清洁压裂液重量的0.3~40%。

9.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的阳离子表面活性剂含量占清洁压裂液重量的0~10%。

10.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的阴离子聚合物含量占清洁压裂液重量的0~5%。

11.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的非芥酸甜菜碱型两性表面活性剂含量占清洁压裂液重量的0~10%。

12.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的无机酸、有机酸、无机盐、有机盐或其组合的含量占清洁压裂液重量的0.1~20%。

13.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的低碳醇含量占清洁压裂液重量的3~30%。

14.根据权利要求1所述的粘弹性清洁压裂液，其特征在于所述的水的含量占清洁压裂液重量的50%以上。

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