新型优质抗盐降阻剂的研制及评价

李春颖，张志全，林飞，盛 萍，陈晓宇

（1. 长江大学，湖北 武汉 430100； 2. 新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834008）



新型优质抗盐降阻剂的研制及评价

李春颖1，张志全1，林飞1，盛 萍2，陈晓宇1

（1. 长江大学，湖北 武汉 430100； 2. 新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834008）

摘 要：针对现有的降阻剂抗盐性能较差的问题，研制出一种新型表面活性剂类抗盐降阻剂。该降阻剂采用阴-阳离子表面活性剂复配而成，主表面活性剂为双子季铵盐阳离子表面活性剂，助表面活性剂为长碳链有机胺聚氧乙烯醚羧酸。室内实验表明，新型降阻剂抗盐性能良好，加量0.04%时，在标准盐水配制的溶液中降阻率可达63.95%。在四川地区的现场施工也取得较好效果，加量0.06%时，平均降阻率可达78.8%。

关 键 词：降阻剂；抗盐；研制；表面活性剂；合成；评价

四川地区非常规气藏压裂返排液中的Ca2+、Mg2+、Cl-和总矿化度对降阻水体系的性能有一定影响，而室内测试结果表明现有的降阻剂在盐水中的降阻率大幅下降，满足不了返排液的配置要求，因此需要研制新型抗盐降阻剂，实现非常规压裂返排液的重复利用。

现有的降阻剂主要采用高聚物，但是高聚物存在降解问题，在高剪切的机械作用下，降阻效果迅速下降，此外，高分子聚合物降阻剂的另一个缺点在于容易吸附到储层壁面上，造成水锁伤害。除了具备传统聚合物的优良特点外［1］，表面活性剂降阻剂还有以下三方面的优势：一是降阻性能优良；二是具有较高的抗剪切能力；三是可以有效降低压裂液的表面张力，抑制水锁伤害。

本项目研制的降阻剂为达到较高的降阻效果和减少原料成本目的，采用两种表面活性剂复配［2］的形式进行研制，在相关理论研究成果指导下通过实验室研制出了具有良好粘弹性能及盐水中降阻性能的表面活性剂降阻体系。

1 主表面活性剂的制备

1.1 实验原料及仪器（表1）

表1 制备主剂实验原料及仪器Table 1 Materials and equipments for main agent

1.2 合成路线（图1）

图1 主表面活性剂合成路线图Fig.1 Roadmap for main surfactant

α，ω-亚烷基胺二甲基胺和1-溴代烷在溶剂中加热回流，进行季铵化反应，合成连接基团为2的m-s-m型双子季铵盐阳离子表面活性剂［3-9］。

1.3 制备方法

按摩尔比为2.1～2.2∶1的比例在装有冷凝管和搅拌装置的l 000 mL玻璃反应装置中加入1，4-二溴丁烷与十六烷基二甲基叔胺，再加入一定量的异丙醇，开启搅拌和加热电源，调节反应温度在82～85℃之间，等待回流反应40 h。反应结束后将反应液置于旋转蒸发器中，蒸发掉溶剂得到表面活性剂粗品（淡黄色蜡状物），然后用丙酮重结晶2～3次，所得结晶物在真空烘箱内于50 ℃条件下干燥12 h，得到白色粉末成品，送红外检测并性能测试。

1.4 红外结构表征

将适量产品放入玛瑙研钵，按产品：KBr（质量比）为1∶100的比例加入一定量的KBr，研磨成细粉状后压片，将压好的片放入红外测试仪中测试。合成产物的红外图谱如图2所示。

图2 主表面活性剂红外光谱图Fig.2 Main surfactant IR spectrogram

由图2可知：2 917、2 850 cm-1处分别为甲基、亚甲基 C-H 键的对称伸缩振动频率；1 050 cm-1为C-N 键伸缩振动频率；1 486 cm-1为甲基和亚甲基的反对称弯曲振动频率；720 cm-1为长链亚甲基-（CH2）n-（n≥4）的-CH2-平面的摇摆振动频率。谱图中 3 410～3 500 cm-1处的吸收峰是由于产品吸湿性很强，在制备及储存过程中样品吸收空气中的水分导致的。证明合成的产品确实为双子季铵盐阳离子表面活性剂。

2 助表面活性剂的制备

2.1 实验原料（表2）

表2 制备助表面活性剂实验原料Table 2 Materials for co-surfactant

2.2 合成路线

助表面活性剂采用长碳链有机胺聚氧乙烯醚羧盐，结构通式为：

反应方程式如下：

步骤一：

步骤二：

2.3 制备方法

目标化合物以长碳链脂肪胺为起始剂，经过乙氧基化、羧甲基化等步骤合成。

（1）脂肪胺氧乙烯醚的合成

在反应釜中加入适量的长碳链脂肪胺和少量的KOH水溶液，加热至90 ℃后抽真空，脱水60 min后，氮气吹扫系统4次，升温至130 ℃，通入计算量的EO进行聚合反应，聚合反应时压力控制在0.30～0.35 MPa之间，温度控制在125～135 ℃之间，物料加完待体系压力不变后，继续熟化30～60分钟，然后降温至60 ℃后加入冰醋酸中和KOH催化剂，取样分析羟值合格后，再加热至90 ℃，抽真空，脱除低沸点物质60 min后趁热出料，产品为乳白色固体物。参照《GB/T7384-1996》中规定的羟值分析法测定EO聚合度。

（2）脂肪胺聚氧乙烯醚羧酸钠的合成

把（1）中制得的脂肪胺聚氧乙烯醚与氯乙酸钠、有机溶剂、在碱性催化剂存在下，按一定的配比在60～90 ℃温度范围内反应6～8 h，反应结束后，反应液经酸化、水洗、脱水脱溶剂、中和等步骤后，得到目标产物脂肪胺聚氧乙烯醚羧酸钠。

3 降阻剂性能评价

3.1 室内实验

室内对新型抗盐降阻剂的降阻性能进行了实验，结果如表3所示。

表3 新型降阻剂在清水和盐水中的降阻性能（0.04%浓度）Table 3 Reducing resistance of new friction reducer in waterand saline （0.04% in concentration）

由表3可知，加量0.04%，剪切速率4 000 s-1时，新研制的降阻剂在清水配置液体中的降阻率达到72%，而在相同条件下，在标准盐水配制的溶液中降阻率也达到了63.95%。

3.2 现场试验

现场试验见表4。

表4 新型降阻剂在四川地区部分井压裂中的应用Table 4 New friction reducer application in some wells fracturing of Sichuan

四川地区的现场试验表明，新研制的降阻剂在加量0.06%时，平均降阻率可达78.8%。

4 结 论

（1）新型抗盐降阻剂采用两种表面活性剂复配的形式研制而成。主表面活性剂为m-s-m型双子季铵盐阳离子表面活性剂，通过季铵化反应合成；助表面活性剂为长碳链有机胺聚氧乙烯醚羧酸盐，经过乙氧基化、羧甲基化等步骤合成。

（2）室内实验及现场试验均表明，该表面活性剂降阻剂有较好的抗盐性能，且与其他商品化高分子降阻剂相比，具有降阻性能优良、对储层吸附小、低伤害的特点，在页岩气等非常规气藏压裂改造中具有很好的应用前景。

参考文献：

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Development and Evaluation of New High Quality Salt-resisting Friction Reducer

LI Chun-ying1，ZHANG Zhi-quan1，LIN Fei1，SHENG Ping2，CHEN Xiao-yu1
（1.Yangtze University， Hubei Wuhan 430100， China；2. Xinjiang Oilfield Branch， Xinjiang Karamay 834008， China）

Abstract:Aiming at the poor salt resistance of current friction reducers， a novel salt-resisting friction reducer was developed， which was prapared from anionic-cationic surfactants. The main surfactant is Gemini quaternary ammonium cationic surfactant，and the co-surfactant is long carbon chain organic amine polyoxyethylene ether carboxylate. Indoor experiments show that new salt-resisting friction reducer has good performance. When adding amount is 0.04%， the resistance-reducing rate is 63.95% in the solution. Field construction has also achieved preferable results in Sichuan:with an average resistance-reducing rate of 78.8% under 0.06% adding amount.

Key words:Friction reducer； Salt-resisting； Development； Surfactants； Composition； Evaluation

中图分类号：TE 624.8

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）02-0285-03

收稿日期：2015-11-07

作者简介：李春颖（1992-），女，江苏扬州人，在读研究生，研究方向：油气田开发方向。E-mail：1062103893@qq.com。