一种两性双子表面活性剂类清洁压裂液及其制备方法与流程

本发明涉及一种两性双子表面活性剂类清洁压裂液，属石油行业采油工程技术领域。

背景技术：

随着我国人口和经济的不断增长，工业技术飞速发展，对能源的需求，尤其对石油资源的依赖日趋明显。2016年我国石油表观消费量为5.56亿吨，同比增长2.8％；同年我国石油进口量为3.81亿吨，同比增长13.56％。能源短缺且对外依存度大这一问题对于我国经济发展的制约愈来愈严重，也对国家能源安全构成威胁。解决石油和石油制品的供需矛盾，最根本办法就是加强我们的自主开发能力，提高我国油气产量和采收率，充分、合理地利用和保护不可再生的油气资源。

与传统的水基植物胶压裂液相比，双子表面活性剂类清洁压裂液具有配制简单、低磨阻、无残渣、对地层伤害小、施工后返排速度较快、返排率高等诸多优点，是目前研究的热点。

目前关于双子表面活性剂类清洁压裂液的研究已有一些报道，例如cn103936634a公开了一种两性双子表面活性剂清洁压裂液及其制备方法，它是以长链烷基醇胺和卤代烷为起始原料合成一种阳离子双子表面活性剂，然后在尿素的催化下，将得到的阳离子双子表面活性剂与有机酸反应生成硫酸脂盐两性双子表面活性剂。将所合成的硫酸脂盐两性双子表面活性剂与盐酸、缓蚀剂、乙二胺四乙酸四钠和水混合制成酸性清洁压裂液。cn103525391a公开了用两性双子表面活性剂、磺酸盐或硫酸盐助表面活性剂、低碳小分子醇助排剂配制了一种清洁压裂液。虽然上述清洁压裂液具有一定的增产效果，但是其需要多种助剂，制备过程繁琐，成本较高，因此难以在油田进行大规模的推广应用。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种两性双子表面活性剂类清洁压裂液；另一目的在于提供其制备方法。

为实现本发明目的，本发明技术方案如下：

所述两性双子表面活性剂类清洁压裂液通过如下方法制备而成：

1)将两种有机酸与n,n-二甲氨基类化合物混合均匀后，加入固体超强碱催化剂，加热至90-130℃，反应得到酰胺中间体；

2)将得到的酰胺中间体和2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇在四氢呋喃中混合均匀后，加热回流反应，经减压蒸馏得到阳离子双子表面活性剂；

3)将得到的阳离子双子表面活性剂加入装有四氢呋喃的反应釜中，搅拌溶解后加入氢化钠，室温搅拌，然后将溶解于四氢呋喃中的1,3,-丙烷磺内酯滴加到反应釜中，加热至回流反应，反应结束后，用盐酸中和多余的氢化钠，过滤、减压蒸馏得到两性双子表面活性剂；

4)将两性双子表面活性剂配成质量浓度为1-5％的水溶液，与质量浓度为10-25％的氯化钾溶液按10-25:1质量比进行搅拌得到两性双子表面活性剂类清洁压裂液；

所述有机酸选甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸、苯甲酸、环己甲酸或c14-22的饱和脂肪酸或c14-22不饱和脂肪酸；优选c14-22的饱和脂肪酸或c14-22不饱和脂肪酸；

所述的n,n-二甲氨基类化合物的结构式为：

r2n(ch3)2

所述的固体超强碱催化剂选kf/al2o3、k/mgo、na/mgo、k/γ-al2o3、kno3/al2o3、kno3/zro2、na/naoh/γ-al2o3、kco3/γ-al2o3或kco3/zro2。

所述有机酸:n,n-二甲氨基类化合物的投料摩尔比选1:1，

所述有机酸:固体超强碱催化剂的投料摩尔比选10-50:1，

所述酰胺中间体和2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇的投料摩尔比选2:1，

所述阳离子双子表面活性剂和1,3,-丙烷磺内酯的投料摩尔比选1:2，

所述阳离子双子表面活性剂和氢化钠的投料摩尔比选1:2。

本发明优点在于：(1)现有清洁压裂液耐温性普遍低于100℃，只有少数清洁压裂液可用于120℃以上地层；而本发明所制备清洁压裂液的耐温性能好，在140℃时仍然保持着良好的性能，能够满足高温油气田的使用要求；(2)配液过程简单，只需将两性双子表面活性剂溶液与盐溶液混合搅拌均匀即可，使用方便，成本低；(3)现场使用时可以直接使用地层水进行速配；(4)遇地层油水即可破胶，无残渣，无滤饼，对底层无伤害；(5)两性双子表面活性剂制备过程简单，产品收率高。

附图说明

图1为本发明清洁压裂液的表观粘度与剪切时间的关系。

具体实施方式

以下的实施案例将对本发明进行更为全面的描述。

实施例1

按摩尔配比：硬脂酸:芥酸:4-甲基-n,n-二甲基苯乙酰胺:kf/al2o3＝1:1:2:0.1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入硬脂酸、芥酸、4-甲基-n,n-二甲基苯乙酰胺以及kf/al2o3，搅拌升温至90℃，保持温度反应8小时，冷却至室温，得到酰胺中间体。

按摩尔配比：酰胺中间体:2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇＝2:1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入酰胺中间体、2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇、四氢呋喃，搅拌升温至回流，保持温度反应10小时，冷却至室温，减压蒸馏得到阳离子双子表面活性剂。

按摩尔配比：阳离子双子表面活性剂:氢化钠:1,3,-丙烷磺内酯＝1:2:2备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比将阳离子双子表面活性剂溶解于四氢呋喃中，加入氢化钠，室温搅拌0.5h，然后将溶解于四氢呋喃中的1,3,-丙烷磺内酯滴加到反应釜中，加热至回流反应12h。反应结束后，用盐酸中和多余的氢化钠，过滤、减压蒸馏得到两性双子表面活性剂。

将两性双子表面活性剂配成质量浓度为1％水溶液与质量浓度为20％氯化钾溶液按质量比为19:1进行搅拌即可得到清洁压裂液y1。

实施例2

按摩尔配比：油酸:芥酸:4-氨基-n,n-二甲基苯胺:kco3/γ-al2o3＝1:1:2:0.1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入油酸、芥酸、4-氨基-n,n-二甲基苯胺以及kco3/γ-al2o3，搅拌升温至100℃，保持温度反应9小时，冷却至室温，得到酰胺中间体。

按摩尔配比：酰胺中间体:2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇＝2:1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入酰胺中间体、2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇、四氢呋喃，搅拌升温至回流，保持温度反应10小时，冷却至室温，减压蒸馏得到阳离子双子表面活性剂。

按摩尔配比：阳离子双子表面活性剂:氢化钠:1,3,-丙烷磺内酯＝1:2:2备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比将阳离子双子表面活性剂溶解于四氢呋喃中，加入氢化钠，室温搅拌0.5h，然后将溶解于四氢呋喃中的1,3,-丙烷磺内酯滴加到反应釜中，加热至回流反应10h。反应结束后，用盐酸中和多余的氢化钠，过滤、减压蒸馏得到两性双子表面活性剂。

将两性双子表面活性剂配成质量浓度为3％水溶液与质量浓度为20％氯化钾溶液按质量比为18:1进行搅拌即可得到清洁压裂液y2。

实施例3

按摩尔配比：硬脂酸:花生酸:2-氨基-n,n-二甲基乙酰胺:kno3/zro2＝1:1:2:0.1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入硬脂酸、花生酸、4-氨基-n,n-二甲基苯以及kco3/γ-al2o3，搅拌升温至100℃，保持温度反应9小时，冷却至室温，得到酰胺中间体。

按摩尔配比：酰胺中间体:2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇＝2:1备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比加入酰胺中间体、2,2双(溴甲基)-1,3-丙二醇、四氢呋喃，搅拌升温至回流，保持温度反应10小时，冷却至室温，减压蒸馏得到阳离子双子表面活性剂。

按摩尔配比：阳离子双子表面活性剂:氢化钠:1,3,-丙烷磺内酯＝1:2:2备好原料。在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计以及油浴加热条件下的反应釜中，按以上摩尔配比将阳离子双子表面活性剂溶解于四氢呋喃中，加入氢化钠，室温搅拌0.5h，然后将溶解于四氢呋喃中的1,3,-丙烷磺内酯滴加到反应釜中，加热至回流反应10h。反应结束后，用盐酸中和多余的氢化钠，过滤、减压蒸馏得到两性双子表面活性剂。

将两性双子表面活性剂配成质量浓度为2％水溶液与质量浓度为20％氯化钾溶液按质量比为19:1进行搅拌即可得到清洁压裂液y3。

应用例1以清洁压裂液y1为例对其进行性能评价

清洁压裂液体系属粘弹性表面活性剂压裂体系，其技术标准采用sy/t6376-2008《压裂液通用技术条件》中的表4(粘弹性表活剂压裂液通用技术指标)、sy/5107-2005《水基压裂液性能评价方法》。

1.流变性能

使用rv-20流变仪对清洁压裂液的剪切稳定性进行评价。图1为在140℃下，以170s^-1剪切1h的压裂液的粘度变化。由图1可见，在140℃条件下清洁压裂液具有较好的耐剪切能力，粘度随时间变化较小。

通过对清洁压裂液的抗剪切性能测试可知，在一定的剪切速率下其表观粘度随时间的变化不大，下降平缓，无较大波动，因此该压裂液的抗剪切性能良好，能满足要求。

2.清洁压裂液的携砂性能

采用静态悬砂实验表征清洁压裂液的携砂性能，将压裂液加热至130℃，恒温条件下按质量比加入30％的石英砂，观察下降速度。结果显示静态悬砂2小时无明显沉降。

3.清洁压裂液的破胶性能

该清洁压裂液无需再加入破胶剂，遇地层油水即可破胶，破胶后无残渣，无滤饼，对地层无伤害。室内试验可通过加入煤油使其破胶。