[发明专利]水基压裂液减阻剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水基压裂液减阻剂及其制备方法和应用,主要解决现有技术中存在的表面活性剂减阻剂降阻率低的问题,本发明通过采用包括式(I)所述的阳离子表面活性剂和有机酸盐；其中，R是含有8～24个碳原子的饱和或不饱和脂族基，R₁、R₂和R₆独立选自1～4个碳原子的烷基或者2～4个碳原子的羟烷基，R₃、R₄和R₅独立选自1～6个碳原子的亚烷基，D为卤素离子中的一种；其中，所述阳离子表面活性剂与所述有机酸盐的重量比为1:(1～50)；所述有机酸盐选自脂肪羧酸盐、脂肪磺酸盐、芳香酸盐中的至少一种的技术方案，较好地解决了该技术问题，可用于页岩气压裂开采工艺中。

技术领域

本发明涉及一种水基压裂液减阻剂及其制备方法和应用。

背景技术

页岩气藏普遍属于超低孔、低渗储层，渗透率比致密碎屑岩气藏的渗透率还要低2-3个数量级，针对此类气藏，压裂改造是勘探开发的重要手段。适用于开采低渗、低孔非常规储层的压裂技术在页岩气藏开采中得到了越来越多的应用。然而，注入水受到管道以及岩石层中流动剪切应力的阻碍，流体排量会大大降低。有效降低液体的摩阻可以减少对设备的需求，在一定程度上降低施工成本。因此，为了减低摩阻，滑溜水压裂液中一般需要加入减阻剂添加剂。

最早的水基减阻剂是聚合物，但是溶液聚合物产物本身粘度大，聚合物含量低，溶解时间长，化学性质不稳定，因此给运输和使用带来了极大的不变。最关键的是，聚合物减阻剂高分子减阻剂一般为线性分子，分子量大于50万，但是在强剪切力、高温等因素的作用下，长链结构将被破坏，并且无法修复。因此，能够形成蠕虫状胶束的表面活性剂减阻剂引起了广泛的关注。而且表面活性剂可以有效减少注入流体与储层流体、岩石之间的接触角和表面张力，降低减阻水在页岩储层中流动的毛细管力，进而提高压裂效果。

表面活性剂蠕虫状胶束在低雷诺系数下(小于10⁴)以一种无序排列的方式存在于水溶液中，对流动剪切几乎没有作用。在高雷诺系数下(大于10⁴)，胶束的定向排列导致了非常明显的减阻效果。而在更高的雷诺系数下(大于10⁵)，高剪切应力破坏了蠕虫状胶束，减阻效果快速降低。表面活性剂体系具有明显减阻效果的雷诺系数范围取决于很多因素，比如：总浓度、配比、表面活性剂疏水链长等等。

大量文献表明，阳离子表面活性剂和有机盐混合体系容易形成蠕虫状胶束。其中一些体系有效运用到管道的热交换应用中(美国专利号：4705860，名称，quaternaryammonium salts and their use as drag reduction agents)，但是大部分阳离子表面活性剂/有机盐体系，比如十六烷基三甲基溴化铵/水杨酸钠体系在高雷诺系数下容易从蠕虫状胶束变成球状胶束，失去减阻性能。为了在高雷诺系数下具有减阻性能，需要表面活性剂减阻剂具有较高的浓度，一般达到2000ppmw。现在我们合成了寡聚阳离子表面活性剂，发现该类型的表面活性剂和有机盐的复配可以有效降低减阻剂配方的浓度，取得了很好的减阻效果。寡聚表面活性剂是由连接基团将两个或多个单链表面活性剂结构通过化学键相连而成的表面活性剂分子。根据表面活性剂分子中头基和疏水链数量，寡聚表面活性剂通常可以分为二聚、三聚、四聚、乃至更高聚合度等类型。本发明采用了四聚阳离子表面活性剂和有机盐的复配组合物。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的表面活性剂减阻剂降阻率低的问题，提供一种新的水基压裂液减阻剂，该减阻剂用于水基压裂液中具有降阻率高、使用浓度低的优点。

本发明所要解决的技术问题之二是上述技术问题之一所述水基压裂液减阻剂的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之三是上述技术问题之一所述水基压裂液减阻剂在压裂液中的应用。