[发明专利]一种耐温型双羟基阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法、压裂液及其应用

说明书

本发明提供了一种耐温型双羟基阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法、压裂液及其应用，属于增产改造技术领域，本发明在表面活性剂分子结构中设计了“双苯环结构”、“双羟基结构”以及双尾结构，使其稳定性增加，本粘弹性表面活性剂可以采用地层产出水直接配制；本发明的压裂液包括上述耐超高温表面活性剂4.3～5wt％，无机盐类占3～8wt％，余量为水，可用矿化度在60000mg/L及以下的地层产出水配制的清洁压裂液，本压裂液耐温、耐剪切良好，在220℃、170s^‑1的剪切条件下，2小时后黏度维持在30mPa·s以上，可以很好地应用于干热岩大规模水力开发。

技术领域

本发明涉及表面活性剂技术领域，也涉及高温压裂液技术领域，还涉及干热岩增产改造技术领域，具体为一种耐温型双羟基阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法、压裂液及其应用。

背景技术

干热岩是无水和蒸汽的致密岩体，主要分布在地层3000m以下，此时干热岩岩体温度大约为150～650℃。在常规的未开发的干热岩岩层中，并不能直接的提取储存在岩石中的地热，这是由于在干热岩高温岩层的储层中，天然的裂隙网络发育极度匮乏，造成储层裂隙的连通性较差。如若要对储存干热岩中的高温地热进行开发和利用，就需要建立增强型地热系统，即是通过水力压裂或者爆破等人工手段，改变其极低渗的岩层条件，从而形成具有高渗的渗流通道，用注入进地层的低温工作流体将干热岩中储层的巨大热量从地底置换出来。

水力压裂技术作为一种干热岩储层改造处理技术之一，几十年来一直应用于低渗干热岩的储层改造中，该方法原理就是主要是通过往注入井的封闭井孔中注入高压水介质，使得岩层发生破裂，随后压裂介质渗入裂隙中，使得所形成的裂缝扩展，多次重复的注入高压压裂介质，让干热岩储层形成较大的裂隙网，从而将注入井和生产井联通起来。同时，压裂液是压裂储层改造工艺中至关重要的因素，其能够传递压力、破裂地层、延伸裂缝、并携带支撑剂进入裂缝防止裂缝的闭合，从而有效改善渗流条件，增加单井产热量。

根据现场施工经验总结，为满足现场压裂施工需求，压裂液必须具备性能包括:良好的黏弹性，保证压裂液有效的悬浮、携带支撑剂进入裂缝；与储层岩石及地层流体良好的配伍性；较低的滤失量，降低基质伤害；良好的降阻率，避免泵压过高以提高施工安全性和成功率，并可实现大排量压裂施工；施工后易返排及低残渣量，避免对储层的二次污染；良好的耐温耐剪切性能，避免在地层高温以及高速流动过程中压裂液的黏弹性降低至无法悬浮、携带支撑剂。

目前，水基压裂液根据使用的稠化剂类型，可以将水基压裂液划分为天然植物胶水基压裂液、纤维素衍生物水基压裂液、合成聚合物水基压裂液及(清洁压裂液)等。目前应用最为广泛的压裂液体系以瓜尔胶体系和聚合物体系为主，其稠化剂以大分子聚合物为主，这类压裂液体系虽然具有良好的耐温、耐剪切效果，但其破胶不彻底性及形成的不溶性残渣极易造成严重的二次伤害。为避免大分子聚合物对低渗储层的伤害，黏弹性表面活性剂(VES)压裂液，作为一种清洁压裂液体系，备受关注。其通过小分子VES在外界条件响应下自组装形成蠕虫状胶束(WLM)并相互缔合成网状结构，从而赋予流体良好的黏弹性，其进入储层遇烃类流体或前置破胶剂后蠕虫状结构被破坏，胶束体分解为游离小分子状态，破胶彻底，无残渣，对低渗储层伤害极其微小。

粘弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant，简称VES)压裂液有诸多优点如下：

1.现场配制步骤简单，配制时无需交联剂、破胶剂；

2.摩阻低，粘弹性好，具有良好的携砂性能；

3.表面活性剂分子量小，易返排、同时易分解对地层伤害小；

与此同时，在压裂施工过程中，VES清洁压裂液在实际工程应用中暴露出耐温能力有限，而后期发展的双子阳离子VES体系虽然大幅度提高了VES压裂液的耐温性能，但其温度在干热岩开发中是远远不够的。

发明内容