[发明专利]三子阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法、应用以及清洁压裂液

说明书

本发明公开了一种三子阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法、应用以及清洁压裂液。本发明利用N,N'‑二甲基‑1,3‑丙二胺和环氧氯丙烷制备出中间体A，再以中间体A和脂肪酸酰胺丙基二甲胺制备三子阳离子粘弹性表面活性剂，制备过程简单，并且，本发明的具有该表面活性剂的清洁压裂液具有优良的耐温耐剪切性能，悬砂性能强，现场配制简单，自动破胶，地层伤害小，成本低，制备工艺简单；而且耐温性强，产品在180℃，170s^‑1下80分钟后粘度能维持在42mPa·s，高于现场施工对清洁压裂液的粘度要求(25mPa·s)。

技术领域

本发明涉及石油储层用压裂液技术领域，具体涉及一种三子阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法、应用以及清洁压裂液。

背景技术

随着油气勘探事业的快速发展，大量非常规油气藏进入人们的视线中，这类油气藏的开采难度远大于常规油气藏。而在历经近七十年发展后，水力压裂技术逐渐成为提高油气田生产效率的主要措施之一。在水力压裂中，压裂液的性能对整个施工过程影响很大，因此，如何提高压裂液的性能受到国内外广泛关注。

粘弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant，简称VES)压裂液，业内一般称为清洁压裂液，于1997年由斯伦贝谢首次提出并成功应用于压裂施工中。VES压裂液以粘弹性表面活性剂为稠化剂，有机盐或无机盐为反离子复配而得。在反离子的作用下，溶液中的表面活性剂形成杆状或蠕虫状结构并纠缠在一起，形成三维网状结构，这也使得配制VES压裂液无需交联剂。与以瓜胶为主要稠化剂的水基压裂液体系相比，VES压裂液有诸多优点，如：①现场配制工作简单，配制时无需交联剂；②低摩阻，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，与地层中烃类流体接触能自行破胶，无需破胶剂；④不形成滤饼，对地层伤害小，因此在油气田增产中的许多领域和环节得到了应用。

VES压裂液在国外已应用于大量压裂施工中，而在国内研究以及相关应用较少。究其原因，主要是：(1)成本高，由于稠化剂的制备工艺复杂及加量较大，相比瓜胶及聚合物压裂液，VES压裂液的应用成本要高近10倍。(2)高温下VES压裂液的使用效果不甚理想，其通常在低于120℃的井温条件下施工，无法应对超深超高温油气藏的开发。因此，研制耐温性能强、价格低廉的VES压裂液具有很大的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三子阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法、应用，以及包括该三子阳离子粘弹性表面活性剂的清洁压裂液，以解决现有压裂液稠化剂制备工艺复杂、生产成本高、耐高温性差的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种三子阳离子粘弹性表面活性剂，其具有如下结构：

其中，R为碳原子数17-21的饱和或不饱和烃链。

该三子阳离子粘弹性表面活性剂的分子式为R₃C₃₂H₆₉N₈O₆。R的碳原子数可以是17或21。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，R为芥酸、油酸或硬脂酸的疏水碳链。

其中，芥酸的疏水碳链结构式为：

其中，油酸的疏水碳链结构式为：

其中，硬脂酸的疏水碳链结构式为：

上述三子阳离子粘弹性表面活性剂的制备方法，包括：