Вязкоупругая жидкость для гидравлического разрыва пласта Российский патент 2024 года по МПК C09K8/68 

Распространенные технологические жидкости для гидравлического разрыва пласта, главным образом представляют собой водные растворы природных или синтетических полимеров, таких как гуаровая камедь, ксантановая камедь, полиакриламид или их различные модификации. В полимерный раствор дополнительно вводят химические реагенты, такие как сшиватель, регулятор водородного показателя среды, бактерицид, стабилизатор глин и др.

Недостаток полимерных составов заключается в том, что за счет адсорбции макромолекул полимера и неполного протекания деструкции полимера происходит кольматация порового пространства с последующим ухудшением фильтрационно-емкостных свойств пласта.

Технологические жидкости на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) зарекомендовали себя как альтернатива полимерным композициям, которые позволяют провести процесс гидравлического разрыва пласта минимизируя отрицательное влияние на породу пласта и на его фильтрационно-емкостные свойства.

Известна композиция, включающая цвиттер-ионное (амфолитное) поверхностно-активное вещество, водорастворимую соль трехвалентного металла, неорганическую соль одновалентного металла и/или двухвалентного металла или их сочетание, пресную воду, а также структурообразователь - алканоламин. Недостатки данного состава заключаются в его многокомпонентности, а также в использовании таких компонентов, как, например, цвиттер-ионное поверхностно активное вещество, которое синтезируют с использованием галогенорганических соединений, способных негативно влиять на качество переработки нефти(RU №2746499, 2022).

Известна вязкоупругая жидкость для гидравлического разрыва пласта, включающая цвиттерионные/амфотерные поверхностно-активные вещества, такие как дигидроксилалкилглицинаты, алкиламфоацетат или пропионат, алкилбетаин, алкиламидопропилбетаин и алкиламино моно- или дипропионаты, полученные из некоторых восков, жиров и масел, которые используются в комбинации с неорганической водорастворимой солью или органической добавкой, такой как фталевая кислота, салициловая кислота или их соли (RU №2198906, 2003). К недостаткам данного состава, кроме его многокомпонентности, относится использование труднорастворимых в воде компонентов, которые могут привести к увеличению времени технологической операции, например, салициловая кислота, а также низкая термостабильность состава при повышенных температурах.

Более близким к изобретению является вязкоупругая жидкость для гидравлического разрыва пласта, содержащая поверхностно-активное вещество - олеиламидопропилдиметиламин, а именно, технический олеиламидопропилдиметиламин (50 л/м³) и щавелевую кислоту (6,85 кг/м³) (М.А. Силин, Л.А. Магадова и др. Комплексное исследование жидкости для гидравлического разрыва пласта на основе псевдо-димерного поверхностно-активного вещества. Химия и технология топлив и масел, 2022, №4 (632).

Недостаток известной жидкости заключается в ее пониженной эффективной вязкости при скорости 100 с^-1 и термостабильности при низких загрузках (до 5% масс.) реагентов.

Техническая задача заключается в повышении эффективной вязкости и термостабильности целевой вязкоупругой жидкости для гидравлического разрыва пласта при скорости сдвига 100 с^-1 в широком диапазоне температуры.

Поставленная задача достигается созданием вязкоупругой жидкости для гидравлического разрыва пласта, содержащей поверхностно-активное вещество - олеиламидопропилдиметиламин, лимонную кислоту или смесь лимонной кислоты и щавелевой кислоты, воду и салицилат натрия.

Вязкоупругая жидкость для гидравлического разрыва пласта, содержащая поверхностно-активное вещество олеиламидопропилдиметиламин, пресную воду, салицилат натрия, лимонную кислоту или смесь лимонной кислоты и щавелевой кислоты в массовом соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, % масс.:

поверхностно-активное вещество олеиламидопропилдиметиламин 2,70-4,80 лимонная кислота или смесь лимонной и щавелевой кислот в соотношении 1:1 0,50-0,82 салицилат натрия 0,075-0,10 пресная вода остальное

Достигаемый технический результат заключается в упрощении

образования мицеллярной системы и интенсификации межмолекулярных взаимодействий в композиции.

Для получения заявленного состава используют следующие компоненты:

1. Поверхностно-активное вещество - олеиламидопропилдиметиламин, представляющий собой органическую вязкую жидкость от желтого до коричневого цвета без осадка и посторонних включений, характеризуемую аминным числом в пределах 90,0-105,0 мг НС1/г и кислотным числом не более 5,0 мг (ТУ 2413-027-04706205-2015).

2. Щавелевая кислота - бесцветные кристаллы, растворимые в воде и спирте. Выпускается по ГОСТ 22180-76.

3. Лимонная кислота - бесцветные кристаллы или белый порошок, легкорастворимый в воде и этиловом спирте. Выпускается по ГОСТ 3652-69.

4. Салицилат натрия- натриевая соль салициловой кислоты. По физическим свойствам натрий салициловокислый - белый кристаллический порошок или мелкие чешуйки без запаха, сладковато-солёного вкуса, легко растворимые в воде и спирте. Выпускается фармакологическими компаниями по всему миру. Содержание основного вещества: 99,5%.CAS номер: 54-21-7.

5. Пресная вода.

Функции реагентов заключаются в следующем.

Многоосновные кислоты, растворяясь в воде, генерируют протоны. Олеиламидопропилдиметиламин присоединяет протон и превращается в катион олеиламидопропилдиметиламмония, растворимость в воде которого значительно выше, чем исходного вещества. Катионы олеиламидопропилдиметиламмония взаимодействуют с анионами многоосновных кислот по электростатическому механизму и по водородным связям.

Совокупность этих факторов ведет к тому, что в растворе молекулы ПАВ выстраиваются в цилиндрические мицеллы, которые переплетаются между собой и в результате образуется вязкоупругий гель. Введение в раствор салицилата натрия способствует упрощению образования мицеллярной системы, так как в составе молекулы имеются бензольное кольцо и функциональные группы в виде гидроксила и карбоксила, что обосновывает множество механизмов взаимодействия салицилата как с молекулами многоосновных карбоновых кислот, так и с молекулами ПАВ.

Использование смеси кислот способствует усилению вязкостных и термостабильных свойств за счет интенсивных межмолекулярных взаимодействий в композициях.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие заявленное изобретение.

Пример 1.

В стеклянный стакан на 250 мл помещают 94,625 г пресной воды. При перемешивании на лопастной мешалке (500 об/мин) в стакан с водой последовательно вводят смесь 0,50 г лимонной кислоты и 0,075 г салицилата натрия. После полного растворения кислоты вводят 4,80 г поверхностно-активного вещества - олеиламидопропилдиметиламина. Перемешивание продолжают 10 минут со скоростью 300 об/мин. В результате получают жидкость для гидравлического разрыва пласта состава, % масс.

олеиламидопропилдиметиламин 4,80 лимонная кислота 0,50 салицилат натрия 0,075 пресная вода остальное, до 100

Проведены исследования эффективной вязкости состава на реометре GraceM5600 при температурах скорости сдвига 100 с^-1. Получены следующие значения эффективной вязкости: при 25°С - 307 мПа*с; при 60°С - 394 мПа*с.

Пример 2.

В стеклянный стакан на 250 мл помещают 94,305 г пресной воды. При перемешивании на лопастной мешалке (500 об/мин) в стакан с водой последовательно вводят смесь 0,82 г лимонной кислоты и 0,075 г салицилата натрия. После полного растворения кислот вводят 4,80 г поверхностно-активного вещества - олеиламидопропилдиметиламина. Перемешивание продолжают 10 минут со скоростью 300 об/мин. В результате получают жидкость для гидравлического разрыва пласта состава, % масс.

олеиламидопропилдиметиламин 4,80 лимонная кислота 0,82 салицилат натрия 0,075 пресная вода остальное, до 100

Проведены исследования эффективной вязкости состава на реометре GraceM5600 при температурах скорости сдвига 100 с^-1. Получены следующие значения эффективной вязкости: при 25°С - 322 мПа*с; при 60°С - 384 мПа*с.

Пример 3.

В стеклянный стакан на 250 мл помещают 96,38 г пресной воды. При перемешивании на лопастной мешалке (500 об/мин) в стакан с водой последовательно вводят смесь 0,41 г лимонной кислоты и 0,41 щавелевой кислоты, а также 0,10 г салицилата натрия. После полного растворения кислот вводят 2,7 г поверхностно-активного вещества олеиламидопропилдиметиламина. Перемешивание продолжают 10 минут со скоростью 300 об/мин. В результате получают жидкость для гидравлического разрыва пласта состава, % масс.

олеиламидопропилдиметиламин 2,7 смесь лимонной и щавелевой кислот в соотношении 1:1 0,82 салицилат натрия 0,10 пресная вода остальное, до 100

Проведены исследования эффективной вязкости состава на реометре GraceM5600 при температурах скорости сдвига 100 с^-1. Получены следующие значения эффективной вязкости: при 25°С - 279 мПа*с; при 60°С - 360 мПа*с.

Пример 4.

В стеклянный стакан на 250 мл помещают 94,6 г пресной воды. При перемешивании на лопастной мешалке (500 об/мин) в стакан с водой последовательно вводят смесь 0,25 г щавелевой кислоты и 0,25 г лимонной кислоты (вместе составляет 0,5 г) и 0,10 г салицилата натрия. После полного растворения кислот вводят 4,8 г поверхностно-активного вещества -олеиламидопропилдиметиламина. Перемешивание продолжают 10 минут со скоростью 300 об/мин. В результате получают жидкость для гидравлического разрыва пласта состава, % масс.

олеиламидопропилдиметиламин 4,80 смесь лимонной и щавелевой кислот в соотношении 1:1 0,5 салицилат натрия 0,10 пресная вода остальное, до 100

Проведены исследования эффективной вязкости состава на реометре GraceM5600 при температурах скорости сдвига 100 с^-1. Получены следующие значения эффективной вязкости: при 25°С - 340 мПа*с; при 60°С - 412 мПа*с.

Как следует из представленных данных, предлагаемая композиция -вязкоупругая жидкость для гидравлического разрыва пласта обладает более высокой вязкостью в широком интервале температур, что говорит о более высокой термостабильности по сравнению прототипом (при 25°С 270 мПа*с, при 60°С 183 мПа*с).

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение эффективной вязкости и термостабильности вязкоупругой жидкости для гидравлического разрыва пласта при скорости сдвига 100 с^-1 в широком диапазоне температуры и возможность использования заявленного состава в качестве отклонителей при направленных кислотных обработках и при гидроразрыве пласта в более широком диапазоне условий.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к загущенным составам на водной основе для проведения гидравлического разрыва пласта. Технический результат - повышенная эффективная вязкость состава при скорости сдвига 100 с^-1 и термостабильности в широком интервале температур от 25 до 60°С. Вязкоупругая жидкость для гидравлического разрыва пласта содержит, мас.%: поверхностно-активное вещество - олеиламидопропилдиметиламин 2,70-4,80; лимонную кислоту или смесь лимонной кислоты и щавелевой кислоты в массовом соотношении 1:1 0,50-0,82; салицилат натрия 0,075-0,10; пресную воду – остальное. 4 пр.

Вязкоупругая жидкость для гидравлического разрыва пласта, содержащая поверхностно-активное вещество - олеиламидопропилдиметиламин, пресную воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит салицилат натрия, лимонную кислоту или смесь лимонной кислоты и щавелевой кислоты в массовом соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олеиламидопропилдиметиламин 2,70-4,80 лимонная кислота или смесь лимонной и щавелевой кислот в массовом соотношении 1:1 0,50-0,82 салицилат натрия 0,075-0,10 пресная вода остальное