低凝点多功能压裂液水剂及其制备方法与流程

本发明涉及压裂液水剂，是一种低凝点多功能压裂液水剂及其制备方法。

背景技术：

1、目前，国内大部分油气田开发已进入中后期开发阶段，冬季上产保供任务越来越紧迫，苏里格气田、新疆油田等冬季气温最低达到-35℃，现有常规压裂液水剂基本全部上冻，迫于极端严寒天气，部分地区被迫停止压裂施工。

2、现有市面上的压裂液防冻水剂多添加氯化钠、乙二醇等防冻剂，不但价格昂贵，而且防冻性能一般，一般温度低于-25℃时，现有的压裂液防冻水剂开始上冻，并丧失流动性，必须依靠蒸汽锅炉等进行解冻作业，另一方面，随着油气行业低成本开发战略的执行，压裂化工材料配伍性差异也越来越大，不同压裂液防冻水剂进行压裂施工时出现了絮体、沉淀等不配伍现象。

技术实现思路

1、本发明提供了一种低凝点多功能压裂液水剂及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有压裂液防冻水剂存在的防冻性能弱且配伍性能差的问题。

2、本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种低凝点多功能压裂液水剂，原料按重量百分比计包括30%至40%分散剂、15%至25%甜菜碱组合物、25%至35%阳离子组合物和余量的水。

3、下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

4、上述分散剂由质量比为1:1:（9.5至10.5）的低聚物多元醇、聚羧酸防冻剂和低碳醇混合而成，低聚物多元醇为聚乙二醇、低支化度聚酯多元醇和聚酯二醇中的一种，低碳醇为甲醇、乙二醇、甘油和异丙醇中的一种。

5、上述分散剂中，聚羧酸防冻剂按下述方法得到：在搅拌下，向去离子水中加入烯丙基聚氧乙烯醚混匀，然后，再依次滴加质量浓度为10%的双氧水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和质量浓度为10%的引发剂溶液发生反应后，得到反应产物，调节反应产物ph值后，得到质量浓度为30%的聚羧酸防冻剂。

6、上述聚羧酸防冻剂的制备方法中，去离子水与烯丙基聚氧乙烯醚的质量比为2:5，烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的物质的量之比为1:2:0.6。

7、上述聚羧酸防冻剂的制备方法中，质量浓度为10%的双氧水与质量浓度为10%的引发剂溶液的添加量为烯丙基聚氧乙烯醚总质量的3.0%至3.5%，引发剂为亚硫酸氢钠。

8、上述聚羧酸防冻剂的制备方法中，滴加时间为1h至2h，反应时间为2h,调节反应产物ph值为7。

9、上述甜菜碱组合物由质量比为5:1的月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱与椰油酰胺丙基甜菜碱混合而成。

10、上述阳离子组合物由质量比为6:1:1的双子季铵盐表面活性剂、小阳离子表面活性剂和无机盐混合而成，小阳离子表面活性剂为二甲基二烯丙基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种及以上，无机盐为氯化钾。

11、上述阳离子组合物中，双子季铵盐表面活性剂为头基区含有五个羟基的季铵盐阳离子型gemini表面活性剂，头基区含有五个羟基的季铵盐阳离子型gemini表面活性剂为2-羟基-1,3双[二（2-羟乙基）十二烷基溴化铵]丙烷，该2-羟基-1,3双[二（2-羟乙基）十二烷基溴化铵]丙烷，按下述方法得到：

12、s1,向无水乙醇中加入480mmol溴代十二烷、2.08mol二乙醇胺发生回流反应10h至12h，得到产物一，将产物一冷却至室温，再向产物一中加入0.7mol氢氧化钠继续反应1.0h至1.5h，得到产物二；

13、s2,将产物二依次经过旋蒸、乙醚溶解和抽滤后，得到滤液，将滤液经过旋蒸、减压蒸馏后，得到十二烷基二乙醇胺；

14、s3,向十二烷基二乙醇胺中依次加入1,3-二溴异丙醇和无水乙醇进行回流反应70h至72h后，得到产物三，将产物三冷却至室温，再经过旋蒸后，得到残余物；

15、s4,将残余物依次经过无水乙醇溶解、混合溶剂重结晶和干燥后，得到2-羟基-1,3双[二（2-羟乙基）十二烷基溴化铵]丙烷。

16、上述步骤s3中，十二烷基二乙醇胺与1,3-二溴异丙醇的质量比为13:1。

17、上述步骤s1中，回流反应温度为55℃至60℃，步骤s3中，回流反应温度为115℃至120℃。

18、上述混合溶剂由体积比为1:2的无水乙醇和乙酸乙酯混合而成，重结晶次数为3次，干燥方式为真空干燥，干燥温度为40℃至45℃，干燥时间为48h至50h。

19、上述低凝点多功能压裂液水剂，按下述方法得到：在搅拌转速为1000r/min下，向所需量的水中加入所需量的分散剂混匀，再加入所需量的甜菜碱混合物混匀，继续加入所需量的阳离子组合物混匀后，得到低凝点多功能压裂液水剂。

20、本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种低凝点多功能压裂液水剂的制备方法，按下述方法进行：在搅拌转速为1000r/min下，向所需量的水中加入所需量的分散剂混匀，再加入所需量的甜菜碱混合物混匀，继续加入所需量的阳离子组合物混匀后，得到低凝点多功能压裂液水剂。

21、本发明通过具有与水分子形成多氢键及高能化学键的表面活性剂（甜菜碱组合物）来打破水分子之间的晶体结构，以及具有高能化学键的表面活性剂（阳离子组合物）使得体系每降低1℃能释放更大热量，从而保持低凝点多功能压裂液水剂的流动状态，本发明各原料混配得到性能优异的低凝点多功能压裂液水剂，其凝点-52℃，且具有助排、起泡和粘稳的特点，有效解决了大部分现有油气井压裂液水剂冬季结晶及不配伍的难题。

技术特征：

1.一种低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于原料按重量百分比计包括30%至40%分散剂、15%至25%甜菜碱组合物、25%至35%阳离子组合物和余量的水。

2.根据权利要求1所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于分散剂由质量比为1:1:9.5至10.5的低聚物多元醇、聚羧酸防冻剂和低碳醇混合而成，低聚物多元醇为聚乙二醇、低支化度聚酯多元醇和聚酯二醇中的一种，低碳醇为甲醇、乙二醇、甘油和异丙醇中的一种。

3.根据权利要求2所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于分散剂中，聚羧酸防冻剂按下述方法得到：在搅拌下，向去离子水中加入烯丙基聚氧乙烯醚混匀，然后，再依次滴加质量浓度为10%的双氧水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和质量浓度为10%的引发剂溶液发生反应后，得到反应产物，调节反应产物ph值后，得到质量浓度为30%的聚羧酸防冻剂。

4.根据权利要求3所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于聚羧酸防冻剂的制备方法中，去离子水与烯丙基聚氧乙烯醚的质量比为2:5，烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的物质的量之比为1:2:0.6；或/和，质量浓度为10%的双氧水与质量浓度为10%的引发剂溶液的添加量为烯丙基聚氧乙烯醚总质量的3.0%至3.5%，,引发剂为亚硫酸氢钠；或/和，滴加时间为1h至2h，反应时间为2h,调节反应产物ph值为7。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于甜菜碱组合物由质量比为5:1的月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱与椰油酰胺丙基甜菜碱混合而成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于阳离子组合物由质量比为6:1:1的双子季铵盐表面活性剂、小阳离子表面活性剂和无机盐混合而成，小阳离子表面活性剂为二甲基二烯丙基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种及以上，无机盐为氯化钾。

7.根据权利要求6所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于阳离子组合物中，双子季铵盐表面活性剂为头基区含有五个羟基的季铵盐阳离子型gemini表面活性剂，头基区含有五个羟基的季铵盐阳离子型gemini表面活性剂为2-羟基-1,3双[二（2-羟乙基）十二烷基溴化铵]丙烷，该2-羟基-1,3双[二（2-羟乙基）十二烷基溴化铵]丙烷，按下述方法得到：

8.根据权利要求7所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于步骤s3中，十二烷基二乙醇胺与1,3-二溴异丙醇的质量比为13:1；或/和，步骤s1中，回流反应温度为55℃至60℃，步骤s3中，回流反应温度为115℃至120℃；或/和，混合溶剂由体积比为1:2的无水乙醇和乙酸乙酯混合而成，重结晶次数为3次，干燥方式为真空干燥，干燥温度为40℃至45℃，干燥时间为48h至50h。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的低凝点多功能压裂液水剂，其特征在于按下述方法得到：在搅拌转速为1000r/min下，向所需量的水中加入所需量的分散剂混匀，再加入所需量的甜菜碱混合物混匀，继续加入所需量的阳离子组合物混匀后，得到低凝点多功能压裂液水剂。

10.一种根据权利要求1至8中任一项所述的低凝点多功能压裂液水剂的制备方法，其特征在于按下述方法进行：在搅拌转速为1000r/min下，向所需量的水中加入所需量的分散剂混匀，再加入所需量的甜菜碱混合物混匀，继续加入所需量的阳离子组合物混匀后，得到低凝点多功能压裂液水剂。

技术总结
本发明涉及压裂液水剂技术领域，是一种低凝点多功能压裂液水剂及其制备方法，前者由分散剂、甜菜碱组合物、阳离子组合物和水按比例混合而成，本发明通过具有与水分子形成多氢键及高能化学键的表面活性剂（甜菜碱组合物）来打破水分子之间的晶体结构，以及具有高能化学键的表面活性剂（阳离子组合物）使得体系每降低1℃能释放更大热量，从而保持低凝点多功能压裂液水剂的流动状态，本发明各原料混配得到性能优异的低凝点多功能压裂液水剂，其凝点‑52℃，且具有助排、起泡和粘稳的特点，有效解决了大部分现有油气井压裂液水剂冬季结晶及不配伍的难题。

技术研发人员：蒲松龄,张贵仪,韩世豪,张立朋,刘伟,王肃凯,王海波,张思雨
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10