[發明專利]壓裂液減阻劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410314430.0
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN105273708B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 喻德峰;翟曉東;沈少春;王輝輝;沙鷗;李應成
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C09K8/68
• 分類號: C09K8/68
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種壓裂液減阻劑及其制備方法和應用,主要解決現有技術中存在的表面活性劑減阻劑降阻率低的問題,本發明通過采用一種新型壓裂液減阻劑，包括式(I)所述的陽離子表面活性劑和有機酸鹽；其中，R是含有8～24個碳原子的飽和或不飽和脂族基，R₁、R₂和R₅獨立選自1～4個碳原子的烷基或者2～4個碳原子的羥烷基，R₃和R₄是1～6個碳原子的亞烷基，D為鹵素離子中的一種；其中，所述陽離子表面活性劑與所述芳香酸鹽的重量比為1:(1～50)；所述有機酸鹽選自脂肪羧酸鹽、脂肪磺酸鹽、芳香酸鹽中的至少一種的技術方案，較好地解決了該技術問題，可用于頁巖氣壓裂開采工藝中。

技術領域

本發明涉及壓裂液減阻劑及其制備方法和其在壓裂液中的應用，特別是在水基壓裂液中的應用。

背景技術

頁巖氣藏普遍屬于超低孔、低滲儲層，滲透率比致密碎屑巖氣藏的滲透率還要低2-3個數量級，針對此類氣藏，壓裂改造是勘探開發的重要手段。適用于開采低滲、低孔非常規儲層的壓裂技術在頁巖氣藏開采中得到了越來越多的應用。然而，注入水受到管道以及巖石層中流動剪切應力的阻礙，流體排量會大大降低。有效降低液體的摩阻可以減少對設備的需求，在一定程度上降低施工成本。因此，為了減低摩阻，滑溜水壓裂液中一般需要加入減阻劑添加劑。

最早的水基減阻劑是聚合物，但是溶液聚合物產物本身粘度大，聚合物含量低，溶解時間長，化學性質不穩定，因此給運輸和使用帶來了極大的不變。最關鍵的是，聚合物減阻劑高分子減阻劑一般為線性分子，分子量大于50萬，但是在強剪切力、高溫等因素的作用下，長鏈結構將被破壞，并且無法修復。因此，能夠形成蠕蟲狀膠束的表面活性劑減阻劑引起了廣泛的關注。而且表面活性劑可以有效減少注入流體與儲層流體、巖石之間的接觸角和表面張力，降低減阻水在頁巖儲層中流動的毛細管力，進而提高壓裂效果。

表面活性劑蠕蟲狀膠束在低雷諾系數下(小于10⁴)以一種無序排列的方式存在于水溶液中，對流動剪切幾乎沒有作用。在高雷諾系數下(大于10⁴)，膠束的定向排列導致了非常明顯的減阻效果。而在更高的雷諾系數下(大于10⁵)，高剪切應力破壞了蠕蟲狀膠束，減阻效果快速降低。表面活性劑體系具有明顯減阻效果的雷諾系數范圍取決于很多因素，比如：總濃度、配比、表面活性劑疏水鏈長等等。

大量文獻表明，陽離子表面活性劑和有機鹽混合體系容易形成蠕蟲狀膠束。其中一些體系有效運用到管道的熱交換應用中(美國專利號：4705860，名稱，quaternaryammonium salts and their use as drag reduction agents)，但是大部分陽離子表面活性劑/有機鹽體系，比如十六烷基三甲基溴化銨/水楊酸鈉體系在高雷諾系數下容易從蠕蟲狀膠束變成球狀膠束，失去減阻性能。為了在高雷諾系數下具有減阻性能，需要表面活性劑減阻劑具有較高的濃度，一般達到2000ppmw。現在我們合成了寡聚陽離子表面活性劑，發現該類型的表面活性劑和有機鹽的復配可以有效降低減阻劑配方的濃度，取得了很好的減阻效果。寡聚表面活性劑是由連接基團將兩個或多個單鏈表面活性劑結構通過化學鍵相連而成的表面活性劑分子。根據表面活性劑分子中頭基和疏水鏈數量，寡聚表面活性劑通常可以分為二聚、三聚、四聚、乃至更高聚合度等類型。本發明采用了三聚陽離子表面活性劑和有機鹽的復配組合物。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中存在的表面活性劑減阻劑降阻率低的問題，提供一種新的壓裂液減阻劑，該減阻劑用于壓裂液中具有降阻率高、使用濃度低的優點。

本發明所要解決的技術問題之二是提供解決上述技術問題之一所述壓裂液減阻劑的制備方法。

本發明所要解決的技術問題之三是提供上述技術問題之一所述壓裂液減阻劑在壓裂液中的應用。