[发明专利]一种新型β-CD双子表面活性剂为稠化剂的清洁压裂液

说明书

本发明提出了一种β‑环糊精(β‑CD)双子粘弹性表面活性剂的制备方法和以其为稠化剂的清洁压裂液的配方，采用该方法制备清洁压裂液用料简单、成本低、微观网状结构明显、粘弹性好、悬砂性优越、破胶彻底，其最大的优点是耐温性好，最佳产品在150℃、170s^‑1下的剪切粘度不小于120mPa·s，远大于清洁压裂液现场施工要求的25mPa·s。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，尤其是涉及一种双子粘弹性表面活性剂的制备方法和以其为稠化剂的清洁压裂液的研发。

背景技术

清洁压裂液又称为粘弹性表面活性剂压裂液(VES)或无聚合物压裂液，是水基压裂液的一种。其作用机理如下：在表面活性剂溶液中，初始以单分子状态存在的表面活性剂随浓度的增长依次团结为球形胶束、棒状胶束或蠕虫状胶束，逐步形成交联的网状结构，从而实现携带支撑剂和压裂造缝的目的；在表面活性剂溶液体系中加入适量的反离子盐，可促进胶束结构的形成。当这种胶束溶液遇到大量水或者油，由于亲水或亲油基团的特性会使双子表面活性剂分子大大增溶，胶束结构解链或打散，胶束溶液则自动破胶。与传统的水基植物胶压裂液相比，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。但是传统的清洁压裂液以单链表面活性剂为稠化剂，耐温性能较差，因此其使用受到一定限制。双子表面活性剂含有两个亲水性基团(离子头基或极性基团)和两个疏水性基团(脂肪链、碳硅链或碳氟链)，并在两极性基团处由连接基团将它们相连接。这种特殊结构决定了双子表面活性剂很多独特的性质，如高表面活性、低临界胶束浓度、优良的润湿性、独特的流变特性等。将双子表面活性剂作为稠化剂来配制清洁压裂液，可以解决传统清洁压裂液所存在的缺陷。

发明内容

本发明提出一种β-CD双子粘弹性表面活性剂的制备方法和以其为稠化剂的清洁压裂液配方，可以解决现有清洁压裂液体系存在的耐温性差、成本高、制备工艺复杂的问题。

本发明的一种技术方案是这样实现的：一种β-CD双子粘弹性表面活性剂，其具有以下结构通式:

其中R为碳原子数17或21的不饱和烃链。

该双子表面活性剂合成路线按以下三步化学反应进行：

(1)单-6-对甲苯磺酰基-β-环糊精的合成

(2)中间体B的合成

(3)季胺化反应

其中R为碳原子数17或21的不饱和烃链

一种双子粘弹性表面活性剂的具体制备方法，包括以下步骤:

(1)冰盐浴环境中碱性条件下将β-环糊精溶解于有机溶剂混合物中，滴加对甲苯磺酰氯反应2小时后抽滤；40℃真空干燥得到单-6-对甲苯磺酰基-β-环糊精；其中配料比为摩尔比为β-环糊精:对甲苯磺酰氯＝1:2～1:3；

(2)在三口烧瓶中将单-6-对甲苯磺酰基-β-环糊精和N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷照摩尔比1:15均匀混合后密封条件下于65～75℃反应7小时，产物在丙酮中重结晶过滤干燥，得到中间产物B。

(3)产物B与长链叔胺按照摩尔比2:1的比例在氮气保护下进行反应，过滤，干燥制得β-CD双子表面活性剂。

本发明的另一种技术方案是这样实现的：一种应用β-CD双子两性粘弹性表面活性剂为稠化剂的清洁压裂液，按照质量分数包括：3.6～4.2％的粘弹性表面活性剂，0.7～1.3％的反离子盐或无机盐，余量的水组成。