产生具有低结垢倾向的海水基高温粘弹性表面活性剂流体的方法和组合物技术

本公开的实施例针对产生粘弹性表面活性剂(VES)流体的方法，所述VES流体包含脱硫海水。产生所述VES流体的所述方法包含将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物。所述方法另外包含去除所述硫酸盐沉淀物以产生所述脱硫水。所述方法另外包含将VES和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物调节剂中的一种或多种添加到所述脱硫海水中。其它实施例针对在高于250℉的温度下维持大于10cP的粘度的VES流体。

Method and composition for producing sea water based high temperature viscoelastic surfactant fluid with low scaling tendency

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】产生具有低结垢倾向的海水基高温粘弹性表面活性剂流体的方法和组合物相关申请的交叉引用本申请要求2017年7月27日提交的美国申请第15/661,596号的优先权，所述申请的全部公开内容在此以引用的方式并入。
本公开涉及在流体注射操作中使用的流体。更具体地，本公开涉及在包括水力压裂操作的流体注射操作中使用的粘弹性表面活性剂流体。
技术介绍
粘弹性表面活性剂(VES)分子在溶液中形成细长的柔性蠕虫状胶束。这些蠕虫状胶束形成三维网络，导致水分子的运动受限，从而形成粘弹性凝胶。所得粘弹性凝胶也被称为VES流体，长期以来一直用于与烃井眼相关的流体注射操作，如压裂、完井、酸化、防砂和堵水。与其它处理流体相比，VES流体表现出优异的支撑剂悬浮、承载能力和非常低的地层损坏，使其有利于流体注射操作。在某些与烃井眼相关的操作条件下，淡水不容易供用于产生VES流体。举例来说，深海油钻井操作和一些沿海钻井操作获取淡水的途径有限，但是获取大量海水。在这种情况下，可期望用海水制备VES流体，而不是导入大量淡水。但是，由于存在不相容离子，所以用天然海水产生的流体用于注射操作中可能存在问题。海水含有与地层水(即井眼周围的地下水)不相容的离子。注射流体与地层水之间的不相容性可能导致井眼中和钻井设备上结垢。海水含有几种离子，包括但不限于钙、镁、钠、氯离子和硫酸根。地层水(井眼周围的水)通常含有钡(Ba)和锶(Sr)。海水的硫酸根浓度可大于4,000毫克/升(mg/L)。当常规的海水基VES流体在注水操作中使用时，海水中的硫酸根与地层水中的钡离子反应。此反应产生固体硫酸盐沉淀物，例如BaSO4、SrSO4或其组合。沉淀的硫酸盐可在井眼中和钻井设备上积聚；此积聚也被称为结垢。结垢可能导致井眼关闭并且缩短井眼寿命。目前的结垢解决方案涉及在发生结垢之后的处理。这些处理可增加操作成本并且永久降低井眼生产率。结垢修复不如防止结垢合乎期望。首先，修复技术可能损坏井眼并且永久降低井眼生产率并且缩短井眼寿命。其次，停止钻井操作以修复结垢损坏可能加剧结垢损坏。停止的井眼失去压力并且冷却下来，从而沉淀甚至更多的硫酸盐垢。因此，防止结垢对于在没有过多淡水的环境中操作有效井眼至关重要。另外，目前由海水制备的VES流体在大约250华氏度(℉)的最高温度下操作。在高于250℉的温度下，常规VES流体的粘度可降至低于10厘泊(cP)，从而失去设计功能。粘度低于10cP(在100秒-1的剪切速率下)的VES流体可不适于流体注射操作。
技术实现思路
因此，需要一种使用海水产生VES流体的方法，以防止结垢的发生。为了防止结垢的发生，本公开的实施例将海水脱硫，以用于产生用于流体注射操作的流体。此处，脱硫意指从水样中去除全部或部分硫酸根离子。脱硫海水可用于产生VES流体。用脱硫海水制备的VES流体具有相对低的硫酸根浓度，从而抑制BaSO4和SrSO4结垢的形成。本公开的实施例针对产生粘弹性表面活性剂(VES)流体的方法，VES流体包含脱硫海水。产生VES流体的方法包含将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物。方法另外包含去除硫酸盐沉淀物以产生脱硫水。方法另外包含将VES和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂(如聚丙烯酰胺或丙烯酰胺共聚物粘度调节剂)中的一种或多种添加到脱硫海水中。VES流体应维持至少高于约10cP的粘度，以适于流体注射操作。常规VES流体在高于250℉的温度下的粘度降低至低于10cP。需要包含海水的VES流体，其可在高于250℉、高于300℉或高于350℉的温度下维持高于约10cP的粘度。本公开的实施例还针对在高于250℉的温度下维持大于10cP的粘度的VES流体。VES流体可包含粘弹性表面活性剂、脱硫海水和至少一种稳定用钙盐。VES流体可另外包含纳米颗粒粘度调节剂或聚合物(如聚丙烯酰胺)粘度调节剂。所描述的实施例的额外的特征和优点将在下面的具体实施方式中予以阐述，并且部分地从那些描述中对本领域技术人员而言将变得显而易见，或者通过实践所描述的实施例(包括下面的具体实施方式、权利要求书以及附图)而被认识附图说明图1为与地层水混合的天然海水和脱硫海水的四张照片的比较：(a)示出的溶液为已经在300℉下静置一天的80总体积百分比(vol％)的脱硫海水和20vol％的地层水；(b)示出的溶液为已经在300℉下静置一天的80vol％的天然海水和20vol％的地层水；(c)示出的溶液为已经在300℉下静置七天的总vol％为80百分比的脱硫天然海水和20vol％的地层水；(d)示出的溶液为已经在300℉下静置七天的总vol％为80百分比的天然海水和20vol％的地层水。图2为粘度-温度曲线的图形描述，其说明：(i)不具有纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂的VES流体，和(ii)每千加仑(ppt)VES流体包含约79磅阴离子聚丙烯酰胺聚合物的VES流体。图式中阐述的实施例在本质上为说明性的，并且不旨在对权利要求书进行限制。此外，鉴于具体实施方式，图式的个别特征将更充分地显而易见和理解。具体实施方式本公开的实施例针对用于与烃井眼相关的流体注射操作中的VES流体。流体注射操作包括对地下含油气地层的处理，如压裂、完井、酸化、防砂和堵水。本公开总体上涉及包含海水的VES流体以及其配制方法。本公开描述在高于250℉的温度下维持合适粘度的VES流体。在本公开的上下文中，合适粘度为大于或等于约10cP的粘度，如由标题为“《交联水基压裂流体粘性特性测定推荐做法(Recommendedpracticesonmeasuringtheviscouspropertiesofacross-linkedwater-basedfracturingfluid)》”的美国石油学会推荐做法39(AmericanPetroleumInstituteRecommendedPractice39)(“APIRP39”)所测量。为了在被设计成模拟高温和高压地下储层地层中的那些条件的条件下测量VES流体样品的粘度，将52mL流体样品放置到Fann50型粘度计(如GraceM5600HPHT流变仪)中。根据APIRP39计划并且在约400psi的氮气下，在井底温度下执行测试。井底温度是指测量时井眼中总深度处的温度。APIRP39计划由在100/秒的剪切速率下的连续流体剪切和当流体温度在井底温度的5℉以内时并且每30分钟周期性发生的在100、75、50、25、50、75和100/秒下的一系列剪切斜坡组成。在一个实施例中，方法可包括产生包含脱硫海水的粘弹性流体。方法可包含将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物。方法可另外包含去除硫酸盐沉淀物以产生脱硫海水。方法可另外包含将粘弹性表面活性剂和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种添加到脱硫海水中。粘弹性表面活性剂可具有通式(I)：其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生包含脱硫海水的粘弹性表面活性剂流体的方法，所述方法包含：/n将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物；/n去除所述硫酸盐沉淀物以产生所述脱硫海水；/n将粘弹性表面活性剂和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种添加到所述脱硫海水中以产生所述粘弹性表面活性剂流体，其中/n所述粘弹性表面活性剂的通式为：/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170727 US 15/661,5961.一种产生包含脱硫海水的粘弹性表面活性剂流体的方法，所述方法包含：
将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物；
去除所述硫酸盐沉淀物以产生所述脱硫海水；
将粘弹性表面活性剂和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种添加到所述脱硫海水中以产生所述粘弹性表面活性剂流体，其中
所述粘弹性表面活性剂的通式为：



其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱土金属卤化物包含一种或多种卤化钙或CaCl2。


3.根据权利要求1所述的方法，其另外包含将CaO添加到所述碱土金属卤化物中以产生硫酸盐沉淀物。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.1vol％至20vol％的粘弹性表面活性剂。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物粘度调节剂的重均分子量为250,000g/mol至40,000,000g/mol，更优选地2,000,000g/mol至8,000,000g/mol。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.001wt％至5wt％的纳米颗粒粘度调节剂。


7.一种粘弹性表面活性剂流体，其包含：
包含以下通式的粘弹性表面活性剂：



其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雷鸣，梁枫，陈涛，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA