二氧化碳发泡流体制造技术

通过添加一种或多于一种的增效辅助表面活性剂，来制备含水粘弹性表面活性剂（ＶＥＳ）流体，用二氧化碳使其发泡或赋能，在该流体内ＶＥＳ和二氧化碳能更好的相容。增效辅助表面活性剂包括季铵盐和乙氧基化羧酸盐，其具有疏水链且该疏水链短于ＶＥＳ的疏水链。对于给定的表面活性剂浓度，通过在其它方式不能产生并维持泡沫的条件下，能形成并维持泡沫，或通过给定温度下泡沫粘度更高，或给定温度下泡沫寿命更长，或在更高的温度下能产生并维持一段可用时间的流体粘度，以此来证明其能提高相容性。含水二氧化碳发泡流体可以用于酸化、酸压裂、砂砾填充、导流和清洗。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用二氧化碳发泡或赋能的(energized)粘性流体及其使用方法。
技术介绍
发泡流体(foamed fluid)在许多领域都有应用，例如在油田作为压裂液。尽管通常将这种流体叫做泡沫，但当第二相为CO2时，在大多数应用条件下，流体更像是水和超临界CO2的乳状液。而且，当非水相的比例(称为“泡沫特征值(foam quality)”，有时简写作FQ)低于约54％时，通常将这种流体称作“赋能”。当我们说“泡沫”时，就包含了任何特征值(quality)，包括了乳状液；当我们说“赋能”时，意味着特征值低于约54％。在某些条件下，相对于N2(或其它气体)发泡压裂液，CO2“发泡”压裂液通常是优选的。例如，在完成处理作业后，CO2随着压力的下降而气化，此时CO2能提供额外的清洗能量(相对于N2)。此外，对于更深和更热的井，CO2发泡流体需要的马力较少，因为其密度高于相等泡沫特征值的N2发泡流体。因此在高于约180(约82℃)时，很少泵送N2流体，在高达约240(约116℃)及更高的温度下，还照常使用CO2流体。具有与CO2相容的压裂液是所需的特征。在用于压裂(以及其它用途)时，与传统聚合物流体相比，表面活性剂基流体(“VES”或“粘弹性表面活性剂”流体)具有许多优势，但多数VES流体与CO2的相容性不是很好。不拘泥于理论，但认为这是由于超临界CO2的溶解能力破坏了胶束结构(例如但不局限于蠕虫状胶束结构(worm-like micelle structure))，而该胶束结构对于流体粘度是必需的。制备更长时间和高温稳定的VES/CO2发泡流体将是有利的。
技术实现思路
本专利技术实施方案之一是一种流体组合物，其包含粘弹性表面活性剂和增效辅助表面活性剂。另一个实施方案中，组合物还包含水；粘弹性表面活性的浓度为约0.3-10％；增效辅助表面活性剂的浓度为约0.008-4％；且表面活性剂与增效辅助表面活性剂的比为约5∶1至约15∶1。在另一个实施方案中，所述流体组合物是分离相(separate phase)中用二氧化碳发泡或赋能的，例如具有约30-80％的泡沫特征值。粘弹性表面活性剂和增效辅助表面活性剂协同使二氧化碳-水的界面稳定，并且增效辅助表面活性剂提高了粘弹性表面活性剂与二氧化碳的相容性。在另一个实施方案中，粘弹性表面活性剂是两性离子表面活性剂，其通式如下RCONH-(CH2)a(CH2CH2O)m(CH2)b-N+(CH3)2-(CH2)a’(CH2CH2O)m’(CH2)b’COO-式中，R是含约17至约23个碳原子的烷基，其可以是支链或直链的，以及可以是饱和或不饱和的；a、b、a’和b’各为0-10，m和m’各为0-13，条件是m和m’不能同时为0；当m不为0时，a和b各为1或2，当m为0时，(a+b)为2-10；当m’不为0时，a’和b’各为1或2，当m’为0时，(a’+b’)为1-5；(m+m’)为1-14；且CH2CH2O也可以是OCH2CH2。例如，表面活性剂为甜菜碱，进一步实例是油酰氨基丙基甜菜碱(oleylamidopropyl betaine)或瓢儿菜基酰氨基丙基甜菜碱(erucylamidopropyl betaine)。在另一个实施方案中，增效辅助表面活性剂是季铵表面活性剂，其中阳离子为 或 式中，R1、R2、R3和R4各为烷基、烯基、芳基烯基(arylalkenyl)或羟烷基，其各自具有1至约22个碳原子，为饱和或不饱和的支链或直链，R1也可以为烷基氨基烷基和烷基酰氨基烷基。增效辅助表面活性剂也可以是乙氧基化阴离子表面活性剂，其通式如下R-(CH2CH2-O)n-COO-M+，式中R为具有约6-22个碳原子的烷基，其可以是饱和或不饱和的和直链或支链的，n为约0-30。增效辅助表面活性剂也可以包含所示铵阳离子型的一种或二者的混合物，或所述乙氧基化阴离子的混合物，或所述胺和所述阴离子的混合物。增效辅助表面活性剂也可以为上述单体实例或其它物质的低聚物或聚合物，其它物质的低聚物或聚合物的实例为具有一个或多个亲二氧化碳(carbon dioxide-philic region or regions)和一个或多个亲水段的聚合物，例如聚环氧丙烷和乙烯醇-乙烯乙酸酯共聚物。在另一个实施方案中，表面活性剂为BET-E-40，增效辅助表面活性剂为C12烷基二甲基苄基氯化铵、月桂基(聚氧乙烯)-13醚羧酸钠(sodiumlaureth-13carboxylate)或二者的混合物。本专利技术的进一步实施方案是，提高含有上述表面活性剂的含水相流体与二氧化碳相容性的方法，该方法包括添加足量的增效辅助表面活性剂。这些流体的用途之一是，处理井筒(wellbore)穿透的地层的方法，或者处理井孔自身的方法，即通过向地层或井孔中注入二氧化碳发泡流体。在这些用途中，也可以将二氯氧化锆作为粘土稳定剂使用。附图说明图1显示了合适增效辅助表面活性剂的代表性实例。图2显示了未采用增效辅助表面活性剂制成的未发泡的流体和CO2发泡流体的温度分布。图3显示了具有不同增效辅助表面活性剂与表面活性剂比例的未发泡流体的粘度温度分布。图4显示了未发泡流体的粘度温度分布，该流体由比例固定而浓度不同的增效辅助表面活性剂和表面活性剂制备。图5显示了由增效辅助表面活性剂和表面活性剂制备的未发泡流体和CO2发泡流体的粘度温度分布。图6显示了在不同的泡沫特征值和温度下，由增效辅助表面活性剂和表面活性剂制备的CO2发泡流体的粘度。图7显示了泡沫特征值和温度对CO2发泡流体的影响，该发泡流体由增效辅助表面活性剂和表面活性剂制备。图8显示了含有两种增效辅助表面活性剂的CO2发泡流体的泡沫流变性(foam rheology)。图9比较了CO2发泡流体的泡沫流变性与聚合物基流体的泡沫流变性，该CO2发泡流体由增效辅助表面活性剂和表面活性剂制备。具体实施例方式以下主要描述VES/CO2发泡流体在作为压裂液方面的用途，尽管本专利技术并不局限于压裂液和压裂。CO2压裂液的主要目标是低压井和贫井(depleted well)。对于这些井，在完成作业后，没有足够的储存压力(reservoirpressure)来将压裂液排回到表面。改进任意井的清洗可对压裂液赋能或发泡来补偿低压；当释放压力时，包含在流体体系中的气体回流到井中。作为发泡流体，N2和CO2是最常用的。与N2发泡流体相比，CO2发泡流体具有一些优势。其需要较低的水马力。CO2的分子量大于N2，且其沸点较高，因此其更容易液化。在通常的压裂条件下，CO2为液态或超临界态；该相态要比气态稠密。因此与用N2发泡相比，CO2发泡的压裂液能产生更大的静水压。事实上，N2发泡流体是如此之轻，以至于当温度高于约180(约82℃)时，泵送它们所需的马力变得经济上不利，同时处理设备压力要求变得难以实施。而且，CO2在含水介质中的溶解度更高，这使得可更容易泵送泡沫特征值更高的流体。CO2还能沿井眼(down hole)产生更多能量。因为沿井眼泵送时，CO2是液相或超临界相，当释放压力或升高温度时，CO2就被气化。当转变为气体时，少量的液相或超临界CO2就能占据较大的体积。对于回流，每单位CO2的装填量能产生更高的压力梯度。CO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体组合物，其包含粘弹性表面活性剂和增效辅助表面活性剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈依彦，杰西李，蒂莫西L波普，
申请(专利权)人：施蓝姆伯格技术公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]