一種低碳烴無(wú)水壓裂液膠凝劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油化工領(lǐng)域，具體涉及一種低碳烴無(wú)水壓裂液膠凝劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)非常規(guī)油氣資源非常豐富，主要包括頁(yè)巖氣、頁(yè)巖油、致密氣、致密油和煤層氣等，總儲(chǔ)量約為1.9X1014m3，是常規(guī)油氣儲(chǔ)量的2倍。但由于我國(guó)對(duì)非常規(guī)油氣資源的研究起步較晚，開(kāi)發(fā)技術(shù)比較落后，且非常規(guī)儲(chǔ)層物性較差，故非常規(guī)油氣資源的開(kāi)發(fā)在一定程度上受到了限制。
[0003]壓裂增產(chǎn)是非常規(guī)油氣藏增產(chǎn)開(kāi)發(fā)的重要措施，壓裂液是壓裂增產(chǎn)工藝可以順利實(shí)施的關(guān)鍵，壓裂液的性能在影響壓裂成功與否的同時(shí)，還會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成極大的影響。而非常規(guī)儲(chǔ)層的滲透率、孔隙度相對(duì)較低，通常表現(xiàn)為水敏性，應(yīng)用常規(guī)的水基壓裂液極易招致水相圈閉傷害，不利于壓裂增產(chǎn)。且隨著人們對(duì)水資源和環(huán)境問(wèn)題的重視，在水資源匱乏、生態(tài)環(huán)境脆弱的中國(guó)，若要大規(guī)模開(kāi)采非常規(guī)油氣資源，必須思考并規(guī)避水力壓裂可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，配制出一種適用于非常規(guī)油氣藏壓裂施工的非常規(guī)壓裂液體系有著重要意義。
[0004]烴基無(wú)水壓裂液膠凝劑的主要成分為一種烷基磷酸酯，它是一種非常重要的油溶性表面活性劑，具有乳化、増溶、潤(rùn)濕、抗靜電以及生物降解性等許多優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，可以與Fe'Al3+等金屬離子交聯(lián)使烴類基液形成凝膠并應(yīng)用于油田的壓裂施工。
[0005]制備烴基無(wú)水壓裂液膠凝劑以磷酸三乙酯、五氧化二磷、醇1、醇2、醇3作為反應(yīng)原料，采用“兩步法”合成膠凝劑磷酸酯，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)七因素三水平“正交實(shí)驗(yàn)”對(duì)反應(yīng)影響因素進(jìn)行了考察，七個(gè)因素包括聚合溫度、聚合時(shí)間、TEP與P2O5摩爾比、縮合溫度、縮合時(shí)間、醇與P2O5摩爾比、三種醇質(zhì)量比，然后通過(guò)雙指示劑滴定(甲基紅-酚酞)以及膠凝劑交聯(lián)后形成柴油凝膠的耐溫性兩方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最終確定了膠凝劑最優(yōu)合成工藝條件。這種制備方法反應(yīng)原料選用混合醇，并且先將不同的醇進(jìn)行混合再與其它反應(yīng)物反應(yīng)，步驟繁瑣，操作麻煩；采用七因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，影響因素太多，篩選過(guò)程復(fù)雜；而且通過(guò)該膠凝劑制備出的壓裂液，其耐溫性不強(qiáng)；粘度不高，攜砂性弱；成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述存在的問(wèn)題作出改進(jìn)，即本發(fā)明的目的是提供一種低碳烴無(wú)水壓裂液膠凝劑及其制備方法，該制備方法操作簡(jiǎn)單，通過(guò)該膠凝劑制得的壓裂液的粘度、耐溫性和攜砂性均較高，成本較低。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供了一種低碳烴無(wú)水壓裂液膠凝劑制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)稱取一定量的磷酸三乙酯(TEP)和五氧化二磷(P2O5)，在通有冷凝管和溫度計(jì)的250mL三口燒瓶中加入計(jì)量好的磷酸三乙酯(TEP)，將燒瓶放入磁力攪拌器，邊攪拌邊緩慢加入稱量好的五氧化二磷(P2O5)，嚴(yán)格控溫在40min內(nèi)逐漸升溫至80°C，恒溫反應(yīng)一段時(shí)間后，降溫至50°C左右，保持恒溫，停止攪拌，得到聚磷酸酯中間體；
[0010](2)量取一定量的單一醇，將醇加入到三口燒瓶中，邊攪拌邊加熱使燒瓶在60min內(nèi)逐漸升溫至125°C，恒溫反應(yīng)一段時(shí)間，恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至80°C以下，停止攪拌，得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟(2)中的醇為單一醇，且所述醇主要在C2?C 18之間進(jìn)行選擇。
[0012]本發(fā)明提供的這種低碳烴無(wú)水壓裂液膠凝劑是利用上述方法制得的二烷基磷酸酯。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
[0014](I)首次選擇單一醇作為與磷酸三乙酯(TEP)和五氧化二磷(P2O5)進(jìn)行合成的原料，無(wú)需進(jìn)行預(yù)處理，簡(jiǎn)化了操作步驟，優(yōu)化了原料組合；
[0015](2)減少了膠凝劑影響因素，從而降低了變量對(duì)膠凝劑的影響，簡(jiǎn)化了篩選過(guò)程；
[0016](3)通過(guò)對(duì)膠凝劑的優(yōu)化提高了壓裂液的粘度、耐溫性和攜砂性；
[0017](4)降低了壓裂液成本。
【附圖說(shuō)明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019]圖1為磷酸酯膠凝劑的合成技術(shù)路線圖；
[0020]圖中R 為 CnH2n+1, m = 2 ?18，Rn R2、R3分別為 H 或 C nH2n+1o
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]明確了影響膠凝劑性能的三個(gè)主要因素，依次為:磷酸三乙酯(TEP)和五氧化二磷(P2O5)的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、加入醇的類型。
[0023]向含有交聯(lián)劑的己烷基液中加入膠凝劑，用玻璃攪拌棒攪拌，觀察成膠狀態(tài)，并將得到的樣品放在NDJ-8S型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的圓軸套筒測(cè)試系統(tǒng)中進(jìn)行表觀粘度的測(cè)定，測(cè)試條件為:溫度22°C，剪切速率1.5r/min，剪切時(shí)間lOmin。
[0024]實(shí)施例1:
[0025](I)按照摩爾比為1.3:1稱取TEP和P205。在通有冷凝管和溫度計(jì)的250mL三口燒瓶中加入計(jì)量好的TEP，將燒瓶放入磁力攪拌器，邊加熱邊緩慢加入稱量好的P2O5,嚴(yán)格控溫使燒瓶在40min內(nèi)逐漸升溫至80°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至50°C左右，保持恒溫，停止攪拌。得到聚磷酸酯中間體。
[0026](2)按照P2O5與醇摩爾比為1:3量取辛醇，將醇加入到三口燒瓶中。開(kāi)始攪拌，控溫使燒瓶在60min內(nèi)逐漸升溫至125°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至80°C以下，停止攪拌。得到目標(biāo)產(chǎn)物，即二烷基磷酸酯。
[0027](3)向含有交聯(lián)劑的己烷基液中按照摩爾比為100:4加入膠凝劑，發(fā)現(xiàn)挑掛性差，成稀膠，表觀粘度為336mPa.S。
[0028]實(shí)施例2:
[0029](I)按照摩爾比為1:1稱取TEP和P205。在通有冷凝管和溫度計(jì)的250mL三口燒瓶中加入計(jì)量好的TEP，邊加熱邊緩慢加入稱量好的P2O5，控溫使燒瓶在40min內(nèi)逐漸升溫至80°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至50°C左右，保持恒溫，停止攪拌。得到聚磷酸酯中間體。
[0030](2)按照P2O5與醇摩爾比為1:3量取辛醇，將醇加入到三口燒瓶中。開(kāi)始攪拌，控溫使燒瓶在60min內(nèi)逐漸升溫至125°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至80°C以下，停止攪拌。得到目標(biāo)產(chǎn)物，即二烷基磷酸酯。
[0031](3)向含有交聯(lián)劑的己烷基液中按照摩爾比為100:4加入膠凝劑，發(fā)現(xiàn)挑掛性好，流動(dòng)性較強(qiáng)，表觀粘度為3060mPa.S。
[0032]實(shí)施例3:
[0033](I)按照摩爾比為1.3:1稱取TEP和P205。在通有冷凝管和溫度計(jì)的250mL三口燒瓶中加入計(jì)量好的TEP，將燒瓶放入磁力攪拌器，邊加熱邊緩慢加入稱量好的P2O5,控溫使燒瓶在40min內(nèi)逐漸升溫至80°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至50°C左右，保持恒溫，停止攪拌。得到聚磷酸酯中間體。
[0034](2)按照P2O5與醇摩爾比為1:3量取己醇，將醇加入到三口燒瓶中。邊攪拌邊加熱使燒瓶在60min內(nèi)逐漸升溫至125°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至80°C以下，停止攪拌。得到目標(biāo)產(chǎn)物，即二烷基磷酸酯。
[0035](3)向含有交聯(lián)劑的己烷基液中按照摩爾比為100:4加入膠凝劑，發(fā)現(xiàn)挑掛性差，成凍膠，表觀粘度為3700mPa.S。
[0036]實(shí)施例4:
[0037](I)按照摩爾比為1:1稱取TEP和P205。在通有冷凝管和溫度計(jì)的250mL三口燒瓶中加入計(jì)量好的TEP，邊攪拌邊加熱，然后緩慢加入稱量好的P2O5,調(diào)節(jié)水龍頭開(kāi)關(guān)使水流量減小，控溫使燒瓶在40min內(nèi)逐漸升溫至80°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至50°C左右，保持恒溫，停止攪拌。得到聚磷酸酯中間體。
[0038](2)按照P2O5與醇摩爾比為1:3量取己醇，將醇加入到三口燒瓶中。開(kāi)始攪拌，控溫使燒瓶在60min內(nèi)逐漸升溫至125°C，恒溫反應(yīng)2h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至80°C以下，停止攪拌。得到目標(biāo)產(chǎn)物，即二烷基磷酸酯。
[0039](3)向含有交聯(lián)劑的己烷基液中按照摩爾比為100:4加入膠凝劑，發(fā)現(xiàn)挑掛性差，成稀膠，表觀粘度為240mPa.S。
[0040]實(shí)施例5:
[0041](I)按照摩爾比為1:1稱取TEP和P205。在通有冷凝管和溫度計(jì)的250mL三口燒瓶中加入計(jì)量好的TEP，邊攪拌邊加熱，然后緩慢加入稱量好的P2O5,控溫使燒瓶在40min內(nèi)逐漸升溫至80°C，恒溫反應(yīng)4h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至50°C左右，保持恒溫，停止攪拌。得到聚磷酸酯中間體。
[0042](2)按照P2O5與醇摩爾比為1:3量取己醇，將醇加入到三口燒瓶中。開(kāi)始攪拌，控溫使燒瓶在60min內(nèi)逐漸升溫至125°C，恒溫反應(yīng)4h。恒溫反應(yīng)完畢后，降溫至80°C以下，停止攪