本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙子兩性粘彈性表面活性劑及其制備方法和以其為稠化劑的清潔壓裂液。

背景技術(shù)：

當今世界，依靠地層自然能量使石油從地下汩汩而出的時代已經(jīng)終結(jié)，全球多數(shù)大型高滲透油氣田已經(jīng)進入開采后期，世界各國對石油的需求卻在持續(xù)上升，國內(nèi)外石油勘探和開發(fā)的隊伍開始向低滲、超低滲及非常規(guī)的邊際油氣藏進軍，儲層壓裂改造成為提高原油采收率的關(guān)鍵，油田生產(chǎn)對儲層動用程度和壓裂改造效率的要求不斷提高，常規(guī)的儲層改造(包括改造工藝和工作液)暴露出了種種弊端，尤其是隨著非常規(guī)頁巖氣、致密油等的開發(fā)，常規(guī)的儲層改造已不能滿足目前壓裂改造的要求，而工作液作為儲層改造的“靈魂”，它的好壞決定著改造措施的成敗，高性能工作液的研發(fā)成為目前非常規(guī)油氣藏儲層改造中亟待解決的問題。

1997年斯倫貝謝將粘彈性表面活性劑壓裂液在儲層壓裂改造中的成功應(yīng)用，掀起了清潔壓裂液的研究熱潮，對世界低品位油氣儲層高效改造提供了可能。這種壓裂液與常規(guī)聚合物壓裂液最大的區(qū)別在于，它屬于結(jié)構(gòu)流體，在剪切條件下顯示為典型的彈性流體，低粘度下具有很好的攜砂能力，打破了天然或人造聚合物壓裂液依靠流體粘度懸浮支撐劑的常規(guī)模式，從而在低粘度下有利于長裂縫的形成，而且破膠液無殘渣、具有清潔裂縫壁面的作用，可以有效提高裂縫導流能力，從而受到了油田領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

但是，由于表面活性劑在高溫、高鹽等條件下的不穩(wěn)定性，以及其用量、成本等方面的原因，清潔壓裂液在儲層改造中的應(yīng)用受到了嚴重的限制。當前清潔壓裂液存在的突出問題有:(1)使用成本高，如目前文獻報道的清潔壓裂液采用的粘彈性表面活性劑均為傳統(tǒng)單尾表面活性劑，其臨界膠束濃度較高，實際應(yīng)用中用量太大，成本高；(2)據(jù)文獻報道，適用地層溫度普遍低于120℃，現(xiàn)有清潔壓裂液技術(shù)無法在更高溫度的地層應(yīng)用；(3)在強電解質(zhì)中穩(wěn)定性差，尤其是耐2價金屬離子的能力更低，在高礦化度水中容易發(fā)生皂化或鹽析現(xiàn)象，導致清潔壓裂液無法使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種雙子兩性粘彈性表面活性劑及其制備方法和以其為稠化劑的清潔壓裂液，可以解決現(xiàn)有清潔壓裂液體系存在的耐溫性差、成本高、制備工藝復雜的問題。

本發(fā)明的一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種雙子兩性粘彈性表面活性劑，其具有以下結(jié)構(gòu)通式:

其中R為碳原子數(shù)18-21的不飽和烴鏈。

本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種雙子兩性粘彈性表面活性劑的制備方法，包括以下步驟:

(1)將10mmol的2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇加入到圓底燒瓶中，以四氫呋喃為溶劑，加入20mmol的脂肪酸酰胺丙基二甲胺，60℃回流12小時，其中n(2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇):n(脂肪酸酰胺丙基二甲胺)＝1:2，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾得到中間體A；

(2)將第一步得到的中間體A用四氫呋喃溶解，加入20～22mmol的氫化鈉，常溫攪拌15min左右，然后將20mmol的1，3-丙烷磺內(nèi)酯用50mL四氫呋喃溶解后，緩慢滴加到中間體A和氫化鈉反應(yīng)的溶液中，60℃回流12小時，其中n(中間體A):n(氫化鈉):n(1，3-丙烷磺內(nèi)酯)＝1:2～2.2:2，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸與多余的氫化鈉反應(yīng)，過濾后減壓蒸餾得到黃色粘稠膠狀雙子兩性粘彈性表面活性劑。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，反應(yīng)過程中氫化鈉的摩爾加量應(yīng)為中間體A的2～2.2倍。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述脂肪酸為硬脂酸、油酸、花生酸或芥酸。

本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種應(yīng)用雙子兩性粘彈性表面活性劑為稠化劑的清潔壓裂液，按照質(zhì)量分數(shù)包括：1.8～4.3％的粘彈性表面活性劑，0.8～1.1％的反離子鹽或無機鹽，余量的水組成。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述反離子或無機鹽包括氯化鉀、氯化銨、水楊酸鈉、苯甲酸鈉、苯甲酸氫鉀、羧基苯磺酸鹽和磺基水楊酸鈉其中的一種或幾種的混合。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述清潔壓裂液的制備僅需將質(zhì)量分數(shù)為1.4～4.3％粘彈性表面活性劑加入到溶有質(zhì)量分數(shù)為0.8～1.1％反離子鹽的水溶液中，攪拌至完全溶解即可。

本發(fā)明提供了一種利用脂肪酸制備雙子兩性鹽粘彈性表面活性劑的方法，以及利用該粘彈性表面活性劑制備清潔壓裂液的方法，所制備的清潔壓裂液在160℃以下能夠保持優(yōu)異的粘彈性，可用于中低滲透儲層的壓裂液增產(chǎn)改造。

采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：

(1)稠化劑的制備方法簡單，產(chǎn)品收率高，普遍達到98％以上，雜質(zhì)少，對產(chǎn)品性能的影響比較小。

(2)用量少，成本低，采用上述方法制備的粘彈性表面活性劑的臨界膠束濃度為2～3×10^-4mol/L，比常規(guī)單尾粘彈性表面活性劑低1～2個數(shù)量級。

(3)耐溫性好，現(xiàn)有清潔壓裂液耐溫性普遍低于120℃，只有極少數(shù)清潔壓裂液通過添加助劑才能達到135℃，致使體系的組成比較復雜，成本增加，本發(fā)明提供的最佳清潔壓裂液在159℃、170s^-1條件下剪切1小時，粘度保持在130mPa·s以上，具有優(yōu)異的粘彈性。

(4)清潔壓裂液配制簡單，僅需將所需質(zhì)量的稠化劑加入到一定濃度的反離子鹽水溶液中，攪拌至溶解即可。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實施例一中用4.3％稠化劑+1.1％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

圖2為實施例一中用1.8％稠化劑+0.8％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

圖3為實施例二中用4.3％稠化劑+1.1％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

圖4為實施例二中用1.8％稠化劑+0.8％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

圖5為實施例三中用4.3％稠化劑+1.1％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

圖6為實施例三中用1.8％稠化劑+0.8％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

圖7為實施例四中用4.3％稠化劑+1.1％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

圖8為實施例四中用1.8％稠化劑+0.8％KCl配制的清潔壓裂液的流變曲線

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種雙子兩性粘彈性表面活性劑，其具有以下結(jié)構(gòu)通式:

其中R為碳原子數(shù)18-21的不飽和烴鏈。

實施例一:

將10mmol的2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇加入到圓底燒瓶中，以四氫呋喃為溶劑，加入20mmol的芥酸酰胺丙基二甲胺，60℃回流12小時，其中n(2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇):n(芥酸酰胺丙基二甲胺)＝1:2，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾得到中間體A。將第一步得到的中間體A用四氫呋喃溶解，加入20～22mmol的氫化鈉，常溫攪拌15min左右，然后將20mmol的1，3丙烷磺內(nèi)酯用50mL的四氫呋喃溶解后，緩慢滴加到中間體A和氫化鈉反應(yīng)的溶液中，60℃回流12小時，其中n(中間體A):n(氫化鈉):n(1，3丙烷磺內(nèi)酯)＝1:2～2.2:2，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸與多余的氫化鈉反應(yīng)，過濾后減壓蒸餾得到黃色粘稠膠狀雙子兩性粘彈性表面活性劑。得到的表面活性劑的臨界膠束濃度為3.63×10^-4mol/L，4.3％稠化劑+1.1％KCl和1.8％稠化劑+0.8％KCl配制的清潔壓裂液分別在159℃、170s^-1和119℃、170s^-1的流變性如附圖1和附圖2所示，靜態(tài)懸砂2小時無明顯沉降，用30％煤油破膠后破膠液粘度為0。

實施例二:

將10mmol的2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇加入到圓底燒瓶中，以四氫呋喃為溶劑，加入20mmol的花生酸酰胺丙基二甲胺，60℃回流12小時，其中n(2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇):n(花生酸酰胺丙基二甲胺)＝1:2，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾得到中間體A。將第一步得到的中間體A用四氫呋喃溶解，加入20～22mmol的氫化鈉，常溫攪拌15min左右，然后將20mmol的1，3丙烷磺內(nèi)酯用50mL的四氫呋喃溶解后，緩慢滴加到中間體A和氫化鈉反應(yīng)的溶液中，60℃回流12小時，其中n(中間體A):n(氫化鈉):n(1，3丙烷磺內(nèi)酯)＝1:2～2.2:2，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸與多余的氫化鈉反應(yīng)，過濾后減壓蒸餾得到黃色粘稠膠狀雙子兩性粘彈性表面活性劑。得到的表面活性劑的臨界膠束濃度為3.63×10^-4mol/L，4.3％稠化劑+1.1％水楊酸鈉和1.8％稠化劑+0.8％水楊酸鈉配制的清潔壓裂液分別在159℃、170s^-1和119℃、170s^-1的流變性如附圖3和附圖4所示，靜態(tài)懸砂2小時無明顯沉降，用30％煤油破膠后的破膠液粘度為0。

實施例三:

將10mmol的2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇加入到圓底燒瓶中，以四氫呋喃為溶劑，加入20mmol的油酸酰胺丙基二甲胺，60℃回流12小時，其中n(2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇):n(油酸酰胺丙基二甲胺)＝1:2，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾得到中間體A。將第一步得到的中間體A用四氫呋喃溶解，加入20～22mmol的氫化鈉，常溫攪拌15min左右，然后將20mmol的1，3丙烷磺內(nèi)酯用50mL的四氫呋喃溶解后，緩慢滴加到中間體A和氫化鈉反應(yīng)的溶液中，60℃回流12小時，其中n(中間體A):n(氫化鈉):n(1，3丙烷磺內(nèi)酯)＝1:2～2.2:2，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸與多余的氫化鈉反應(yīng)，過濾后減壓蒸餾得到黃色粘稠膠狀雙子兩性粘彈性表面活性劑。得到的表面活性劑的臨界膠束濃度為3.63×10^-4mol/L，4.3％稠化劑+0.8％KCl和1.8％稠化劑+1.1％水楊酸鈉配制的清潔壓裂液分別在159℃、170s^-1和119℃、170s^-1的流變性如附圖5和附圖6所示，靜態(tài)懸砂2小時無明顯沉降，用30％煤油破膠后破膠液粘度為0。

實施例四:

將10mmol的2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇加入到圓底燒瓶中，以四氫呋喃為溶劑，加入20mmol的硬脂酸酰胺丙基二甲胺，60℃回流12小時，其中n(2，2雙(溴甲基)-1，3-丙二醇):n(硬脂酸酰胺丙基二甲胺)＝1:2，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾得到中間體A。將第一步得到的中間體A用四氫呋喃溶解，加入20～22mmol的氫化鈉，常溫攪拌15min左右，然后將20mmol的1，3丙烷磺內(nèi)酯用50mL的四氫呋喃溶解后，緩慢滴加到中間體A和氫化鈉反應(yīng)的溶液中，60℃回流12小時，其中n(中間體A):n(氫化鈉):n(1，3丙烷磺內(nèi)酯)＝1:2～2.2:2，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸與多余的氫化鈉反應(yīng)，過濾后減壓蒸餾得到黃色粘稠膠狀雙子兩性粘彈性表面活性劑。得到的表面活性劑的臨界膠束濃度為3.63×10^-4mol/L，4.0％稠化劑+1.0％水楊酸鈉和2.2％稠化劑+0.8％KCl配制的清潔壓裂液分別在159℃、170s^-1和119℃、170s^-1的流變性如附圖7和附圖8所示，靜態(tài)懸砂2小時無明顯沉降，用30％煤油破膠后的破膠液粘度為0。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。