[发明专利]一种耐高温无伤害压裂液增稠剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域：

本发明属于油气田压裂液技术领域，具体涉及耐高温无伤害压裂液用的小分子表面活性剂增稠剂及其制备方法。 

背景技术：

美国《国际石油工程师协会志》1998年第43页(文章号SPE39785)曾报道，油气田压裂增产中广泛使用的植物胶压裂液在施工结束后返排至地面的植物胶不足泵入地层的40％，残留在地层内部的大量“非支撑剂固形物”会堵塞人工导流裂缝和地层，使得地层渗透状况无法得到显著的改善，严重降低了原油的采收率。 

美国专利U.S.P.5,551,516提出的一种基于小分子表面活性剂的清洁压裂液，通过调节小分子表面活性剂自组装结构的类型来调节其粘度，不使用任何高分子，成功解决了植物胶压裂液在地层的残留问题。但由于其采用的主要有效成份瓢儿菜基二羟乙基氯化铵需要在高温、高压条件下选择性催化加氢制备，不仅工艺过程比较复杂危险，且价格昂贵、成本是通常植物胶压裂液的二十多倍，难以获得大规模的推广应用。 

中国专利CN1439691和CN1621484提出的以长碳链烷基三甲基季铵盐和油酸为主要成份的小分子表面活性剂压裂液比国外的清洁压裂液成本大幅度降低，约为植物胶压裂液成本的三倍左右，但由于其采用的表面活性剂疏水链较短，分子间的疏水作用强度较弱，在高温环境中无法形成稳定的蠕虫状聚集体，仅适用于温度低于80℃的低温地层的水力压裂作业。 

中国网《关于我国油气资源发展战略问题的建议》(陈洲其，www.china.org.cn，2002/3/5)一文指出，我国陆上很多主力油田已进入中后期开发阶段，埋深超过3500米的低渗透或特低渗透率油气藏等储层占全部可采储量一半以上，石油深采正成为中老油田所面临的必然趋势，现存的压裂液已难以满足我国能源开采的需要，开发一种耐温性能好，成本适中的无伤害压裂液是一项迫切的任务。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种耐高温无伤害压裂液增稠剂及其制备方法，以及用该增稠剂配制的耐高温无伤害压裂液，以克服现有技术的上述缺陷。 

本发明的耐高温无伤害压裂液增稠剂，特征在于其为通式R₁-X-(EO)_m(PO)_n-Y的表面活性剂；式中，R₁为选自碳原子数20至26的饱和或不饱和烷基的长链疏水基团；EO为乙氧基，PO为2-氧化丙基，m、n分别为EO和PO的平均加成摩尔数，0≤m≤10、0≤n≤10，0＜m+n≤10，优选为1≤m+n≤6；X为烷基与助溶链段(EO)_m(PO)_n之间的连接基团，所述的连接基团为醚键、酯键或酰胺键；Y为离子型亲水基团，所述的离子型亲水基团为季铵基、羧基、硫酸基或磺酸基基团。 

本发明的耐高温无伤害压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：先采用脂肪酸和低分子量的聚乙二醇或聚环氧丙烷酯化的方法，或在四级鎓盐、路易斯酸或路易斯碱的催化下使环氧乙烷或/和环氧丙烷与长链脂肪醇、脂肪酸或脂肪胺发生加成反应的方法，实现长链 疏水基和助溶链段的连接；然后将助溶链段的末端羟基转化为卤原子，进一步与过量的叔胺反应得到季铵盐型阳离子表面活性剂，或将助溶链段的末端羟基与磺化试剂氨基磺酸或氯磺酸反应制取磺酸或硫酸型阴离子表面活性剂，或将助溶链段的末端羟基与氯乙酸钠反应制取羧酸型阴离子表面活性剂；上述制备过程可用通式表示为： 

式中，R₁为选自碳原子数20～26的饱和或不饱和烷基的长链疏水基团，来自天然动植物油脂中提炼的长链脂肪酸或其衍生物，所述的脂肪酸及其衍生物为：花生烯酸、花生酸、山嵛酸、山嵛醇、二十二烷醇、二十四烷醇、二十六烷醇、山嵛酸酰胺或山嵛基胺；R₂、R₃和R₄分别为碳原子数1～3的烷基或羟乙基基团。 

粗制样品中含有无机盐及非极性有机溶剂等杂质，可采用洗涤、蒸馏或重结晶的方法除去，以使最终产品中活性成份含量不少于90％。