一种降低压裂液表界面张力的表活剂及其制备方法与流程

本发明属于石油开采，具体是指一种降低压裂液表界面张力的表活剂及其制备方法。

背景技术：

1、油气田的采收率与三次采油所采取的措施具有很高的相关性，采收率高低的决定性因素受到多方面的复杂影响，不仅受到采收方法的影响，还受到油气井固井与完井质量的影响；水基压裂液分类主要由滑溜水压裂液、清洁压裂液、线性胶压裂液以及冻胶压裂液；对于低渗油藏的开发，常规的压裂液无法提供有效渗吸驱替动力，基质中存在大量无法流动的剩余油；表面活性剂是一种具有特定亲水和疏水基团，通过改变在两相之间的排列方式从而改变界面张力，是一类常见的油田化学试剂，能够解决涉及油水界面和气液界面的问题，包括了钻井完井、注水开发和三次采油等诸多油气田开发环节；压裂液具有传递压力、形成裂缝并携带支撑剂的作用，是水力压裂成功与否的关键；由于表面活性剂在两相界面上的作用，表面活性剂的添加赋予压裂液液不同的功能，表面活性剂能够降低压裂液的黏度，根据水溶性乳化降黏法的原理，通过在稠油中加入水溶性表面活性剂水溶液能够形成水包油型乳液；表面活性剂还能够起到提高渗吸效率的作用，渗吸效果与岩心润湿性相关，油湿状态的岩心采收率较低，在压裂液中加入表面活性剂，能够提高岩心润湿性，增加渗吸功能。

2、目前现有技术主要存在以下问题：现有技术中，表面活性剂在压裂液中的功能性单一，仅能够满足降黏或提高渗吸的单一效果，需要配合多种药剂和注入方式，成本和手艺不匹配。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种降低压裂液表界面张力的表活剂及其制备方法，为了解决功能性单一的问题，本发明提出通过以十一烯酸锌盐作为成核中心在二氧化硅表面形成疏水颗粒基团，同时将非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的活性基团进行连接，形成阴非离子表面活性剂，能够明显降低水油两相界面之间的界面张力，将岩心表面油膜分离，起到提高采油效率的技术效果。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种降低压裂液表界面张力的表活剂，所述表活剂包括如下重量份的组分：改性纳米二氧化硅2-5份、阴非离子表面活性剂10-15份、助表面活性剂3-8份、去离子水1000份；

3、优选地，所述助表面活性剂包括十六醇和十八醇中的至少一种；

4、优选地，所述改性纳米二氧化硅具体包括以下组分：正硅酸乙酯25-40份、十一烯酸锌盐2-3份、2-甲基咪唑3-5份；

5、优选地，所述阴非离子表面活性剂包括以下重量份的组分：酒石酸1-5份、烷基醇聚氧乙烯醚6.5-25份、亚硫酸钠1.5-7份；

6、优选地，所述烷基醇聚氧乙烯醚包括异构醇醚xp-5、异构醇醚xp-7、异构醇醚xp-9中的至少一种；

7、优选地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法具体包括以下步骤：

8、a.将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，加入盐酸和2-4ml去离子水，搅拌混合1h后，加入70-80ml去离子水在120-150rpm下振荡2-5h，调节反应温度至45-50℃，得到sio2溶胶溶液；

9、b.向步骤a所制备的sio2溶胶溶液加入等体积的无水乙醇进行稀释，向稀释后的sio2溶胶溶液中加入十一烯酸锌盐溶液，300w下进行超声处理20min，加入2-甲基咪唑甲醇溶液，以速度150-180rpm、温度40-45℃振荡反应4-8h后，调节反应体系ph至7.0，静置12h后，得到改性纳米sio2凝胶溶液；

10、c.将步骤b所制备的改性纳米sio2凝胶溶液以8000-10000rpm转速离心5-10min，用无水乙醇进行洗涤，在40-60℃下进行干燥，得到改性纳米二氧化硅；

11、优选地，在步骤a中，所述正硅酸乙酯在无水乙醇中的质量浓度为25-35g/l；

12、优选地，在步骤a中，所述盐酸和正硅酸乙酯之间的质量比为1:1.2-1.5；

13、优选地，在步骤b中，所述十一烯酸锌盐溶液中十一烯酸锌盐的质量分数为1-2%；所述十一烯酸锌盐溶液中含有体积分数为10%的浓氨水；

14、优选地，在步骤b中，所述2-甲基咪唑甲醇溶液中2-甲基咪唑的质量浓度为2-3g/l；

15、优选地，所述阴非离子表面活性剂的制备方法具体包括以下步骤：

16、①将酒石酸、烷基醇聚氧乙烯醚进行混合，在氮气氛围下，加热至40-50℃，加入对甲基苯磺酸钠，加入至100-110℃时，反应4-6h，得到酯化物；

17、②调节步骤①所制备的酯化物反应体系的ph至7.0-8.0，在40-50℃条件下，滴加亚硫酸钠饱和溶液，反应3-5h，待体系自然降温，经石油醚、无水乙醇进行洗涤，冷冻干燥后得到阴非离子表面活性剂；

18、优选地，在步骤①中，所述对甲基苯磺酸的添加量为反应物质量的1-2%。

19、本发明还提供了一种降低压裂液表界面张力的表活剂的制备方法，具体包括如下步骤：

20、将改性纳米二氧化硅、阴非离子表面活性剂和助表面活性剂混合，加入去离子水，混合均匀后，在80-90℃下，以150-180rpm转速搅拌2-4h，反应结束后，带待反应体系冷却至室温，得到表活剂。

21、本发明取得的有益效果如下：

22、本发明提供一种降低压裂液表面张力的表面活性剂及其制备方法，通过以十一烯酸锌盐作为成核中心在二氧化硅表面形成疏水颗粒基团，同时将非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的活性基团进行连接，形成阴非离子表面活性剂，能够明显降低水油两相界面之间的界面张力，将岩心表面油膜分离，起到提高采油效率的技术效果；以长链不饱和脂肪酸锌盐提供成核中心zn2+，不饱和脂肪族长链能够提高zif-8@sio2纳米颗粒的疏水性，提高了sio2的疏水性能，同时加强了表面的范德华力和氢键作用力，将纳米材料注入底层后，能够通过物理作用附着沉积在固/油/水三相弯月面处，在岩石表面形成连续吸附层，能够将油湿岩石和水湿岩石的表面性能向中间润湿方向转变，阴非离子表面活性剂具有亲水阴离子头基和疏水非离子尾基，能够改变岩石表面沉积的纳米材料的表面性能，提供过静电作用力和氢键作用，将沉积层纳米材料从岩石表面剥离，从而将附着于岩石表面的油膜在离去压的作用下，从岩石表面剥离，剥离后的纳米材料和油滴能够稳定分散于压裂液中，有利于后续采油程序采油效率的提高。

技术特征：

1.一种降低压裂液表界面张力的表活剂，其特征在于：所述表活剂包括如下重量份的组分：改性纳米二氧化硅2-5份、阴非离子表面活性剂10-15份、助表面活性剂3-8份、去离子水1000份；

2.根据权利要求1所述的一种降低压裂液表界面张力的表活剂，其特征在于：所述助表面活性剂包括十六醇和十八醇中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种降低压裂液表界面张力的表活剂，其特征在于：所述烷基醇聚氧乙烯醚包括异构醇醚xp-5、异构醇醚xp-7、异构醇醚xp-9中的至少一种。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的降低压裂液表界面张力的表活剂的制备方法，其特征在于：将改性纳米二氧化硅、阴非离子表面活性剂和助表面活性剂混合，加入去离子水，混合均匀后，在80-90℃下，以150-180rpm转速搅拌2-4h，反应结束后，待反应体系冷却至室温，得到表活剂。

5.根据权利要求4所述的一种降低压裂液表界面张力的表活剂的制备方法，其特征在于：所述改性纳米二氧化硅的制备方法具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种降低压裂液表界面张力的表活剂的制备方法，其特征在于：在步骤a中，所述正硅酸乙酯在无水乙醇中的质量浓度为25-35g/l；所述盐酸和正硅酸乙酯之间的质量比为1:1.2-1.5。

7.根据权利要求6所述的一种降低压裂液表界面张力的表活剂的制备方法，其特征在于：在步骤b中，所述十一烯酸锌盐溶液中十一烯酸锌盐的质量分数为1-2%；所述十一烯酸锌盐溶液中含有体积分数为10%的浓氨水；所述2-甲基咪唑甲醇溶液中2-甲基咪唑的质量浓度为2-3g/l。

8.根据权利要求7所述的一种降低压裂液表界面张力的表活剂的制备方法，其特征在于：所述阴非离子表面活性剂的制备方法具体包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种降低压裂液表界面张力的表活剂的制备方法，其特征在于：在步骤①中，所述对甲基苯磺酸的添加量为反应物质量的1-2%。

技术总结
本发明公开了石油开采技术领域的一种降低压裂液表界面张力的表活剂及其制备方法，包括如下重量份的组分：改性纳米二氧化硅2‑5份、阴非离子表面活性剂10‑15份、助表面活性剂3‑8份、去离子水1000份。本发明提出通过以十一烯酸锌盐作为成核中心在二氧化硅表面形成疏水颗粒基团，同时将非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的活性基团进行连接，形成阴非离子表面活性剂，能够明显降低水油两相界面之间的界面张力，将岩心表面油膜分离，起到提高采油效率的技术效果。

技术研发人员：侯升田,赵银男,徐双印,任航宇,王雪秋
受保护的技术使用者：大庆市金惠缘石油钻采设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21