本發(fā)明屬于石油開采，涉及一種耐溫粘土穩(wěn)定劑及其合成方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在油田開發(fā)過程中，地層中存在大量的粘土礦物，如高嶺石、蒙脫石、伊利石和綠泥石等。當(dāng)遇到外來(lái)水或水基物質(zhì)時(shí)，這些粘土礦物會(huì)發(fā)生膨脹、分散、運(yùn)移，進(jìn)而堵塞孔隙喉道，導(dǎo)致地層滲透率降低，影響油氣在地層的流動(dòng)，進(jìn)而損害油氣儲(chǔ)層，影響油田的開采效率和產(chǎn)量。

2、在鉆井、固井、注水、壓裂、酸化、修井和壓井等油田工藝措施中，不可避免地會(huì)使用水基工作液，這就容易引發(fā)水敏傷害。因此，在這些工藝過程中添加粘土穩(wěn)定劑是保護(hù)水敏地層的有效手段。

3、粘土穩(wěn)定劑一般帶正電荷，利用陽(yáng)離子與粘土晶層表面的負(fù)離子作用，兩者結(jié)合形成防膨體系，從而在粘土表面形成一層憎水的保護(hù)膜，隔離粘土晶層氧鍵或氨氧鍵的偶極對(duì)水分子的吸引，這樣就起到了防止粘止水化膨脹的作用。同時(shí)，在水化粘土體系中產(chǎn)生了離子間排斥力，起到聚合凝縮作用，使粘止微粒聚結(jié)為粘土顆粒，最終達(dá)到防止粘土分散運(yùn)移的作用。

4、cn114106795a公開了一種粘土穩(wěn)定劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于粘土穩(wěn)定劑技術(shù)領(lǐng)域。所述粘土穩(wěn)定劑，按重量份數(shù)計(jì)，包括：雙吲哚甲烷類化合物2-8份、喹唑啉酮類化合物2-8份、甲醇5-15份和水80-85份。該粘土穩(wěn)定劑的分子量較小，利于分散在粘土表面，防膨效率高，并且該粘土穩(wěn)定劑易于排出，在壓裂或開采作業(yè)之后能夠降低殘留，降低對(duì)地層的傷害。該發(fā)明屬于非離子型有機(jī)物，對(duì)于帶負(fù)電的粘土吸附較差，防止粘土水化、膨脹、運(yùn)移的效果有限。

5、cn104098738b公開了一種低分子量聚合物粘土穩(wěn)定劑制備方法，該粘土穩(wěn)定劑是以含有碳碳的銨鹽和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)為原料，在引發(fā)劑存在的條件下，在水溶液中聚合制備而成，聚合物數(shù)均分子量低于5萬(wàn)。該聚合物穩(wěn)定劑中引入了磺酸基團(tuán)，增加了聚合物的水溶性和抗溫性能。它在水中可以同時(shí)與多個(gè)粘土顆粒形成多點(diǎn)吸附，吸附后，在粘土顆粒的表面形成一層吸附保護(hù)膜，防止粘土顆粒的膨脹與運(yùn)移；但存在著耐溫性較差，限制了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種耐溫粘土穩(wěn)定劑及其合成方法與應(yīng)用。本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑具有原料來(lái)源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)副產(chǎn)品；同時(shí)具有防膨率高、耐水洗、泥巖損失率低的優(yōu)點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的：

3、第一個(gè)方面，本發(fā)明公開了一種耐溫粘土穩(wěn)定劑，所述粘土穩(wěn)定劑的分子結(jié)構(gòu)式如下：

4、

5、其中，m＝100-1000；

6、n＝50-1000；

7、p＝50-1000；

8、x＝100-1000；

9、y＝50-1000；

10、z＝50-1000。

11、優(yōu)選地，所述粘土穩(wěn)定劑的粘均分子量為200000-1000000。

12、另一個(gè)方面，本發(fā)明公開了上述粘土穩(wěn)定劑的合成方法，所述合成方法的具體步驟如下：

13、(1)在反應(yīng)器中加入2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇、氨基磺酸，用氮?dú)獯祾叻磻?yīng)器及管路，后期合成保證反應(yīng)器充滿氮?dú)?，加熱?10-120℃，維持1-2h，自然冷卻到50℃以下，加入蒸餾水，攪拌溶解；

14、(2)在上述在反應(yīng)器中加入1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、緩沖鹽，攪拌均勻，用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)ph7-8；

15、(3)向上述反應(yīng)器中滴加引發(fā)劑，滴加完畢后，攪拌反應(yīng)，直到溶液開始變得粘稠，升溫到70℃，繼續(xù)保溫反應(yīng)1-2h，得到粘稠的混合液，降溫到40℃以下，用氨水調(diào)節(jié)ph7-8；

16、(4)將上述粘稠的混合液烘干造粒，得到粘土穩(wěn)定劑。

17、在本發(fā)明中，優(yōu)選地，基于1摩爾份的2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇，所述的氨基磺酸、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿的用量分別為0.8-1.2摩爾份、1-2摩爾份、1-2摩爾份。

18、在本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟(1)中所述的蒸餾水與2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇的重量比為12-15：1。

19、在本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟(2)中所述的緩沖鹽為磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫二銨中的一種，更優(yōu)選地，所述的緩沖鹽為磷酸氫二鉀、磷酸氫二銨中的一種，與2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇的重量比為0.1-0.2：1。

20、在本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟(3)中所述的引發(fā)劑為過硫酸鹽與亞硫酸氫鹽的混合溶液，其中，過硫酸鹽的濃度為8-12wt％，亞硫酸氫鹽的濃度為3-5wt％，引發(fā)劑與2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇的重量比為0.1-0.4：1。

21、優(yōu)選情況下，所述的過硫酸鹽為過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種。

22、優(yōu)選情況下，所述的亞硫酸氫鹽為亞硫酸氫鈉或亞硫酸氫鉀。

23、本發(fā)明的耐溫粘土穩(wěn)定劑合成反應(yīng)方程式如下：

24、

25、

26、本發(fā)明第三個(gè)目的公開了上述粘土穩(wěn)定劑在油氣田開發(fā)中的應(yīng)用。

27、本發(fā)明的耐溫粘土穩(wěn)定劑為高分子聚合物。銨根、咪唑、季銨官能團(tuán)都帶有正電荷，可以吸附帶負(fù)電荷的粘土，中和負(fù)電荷，使得粘土晶層間的斥力減小，起到防膨作用；本發(fā)明制備過程中引入的鉀離子直徑為266pm，銨離子半徑286pm，非常接近粘土的構(gòu)造孔穴280pm，易進(jìn)入孔穴空間不易釋出，結(jié)合牢固；磷酸基為親水基團(tuán)，可以與空穴內(nèi)的水結(jié)合；主鏈為為憎水的聚合烷基鏈，可以阻止水分子與粘土接觸而抑制膨脹；本發(fā)明帶有大量的正電荷，可以同時(shí)與多個(gè)粘土顆粒形成多點(diǎn)吸附，吸附之后在粘土顆粒的表面形成一層聚合物保護(hù)膜，將粘土顆粒保護(hù)起來(lái)，防止粘土顆粒的水化、膨脹、運(yùn)移。

28、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

29、(1)本發(fā)明的耐溫粘土穩(wěn)定劑的原料來(lái)源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)單，合成方法為一鍋法，無(wú)副產(chǎn)品；

30、(2)本發(fā)明的耐溫粘土穩(wěn)定劑具有防膨率高的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到97.5％及以上；

31、(3)本發(fā)明的耐溫粘土穩(wěn)定劑具有耐溫性好的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到320℃及以上；

32、(4)本發(fā)明的耐溫粘土穩(wěn)定劑具有泥巖損失率低的優(yōu)點(diǎn)，泥巖損失率不高于7％。

技術(shù)特征：

1.一種耐溫粘土穩(wěn)定劑的合成方法，其特征在于，所述合成方法的具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，步驟(1)中所述的蒸餾水與2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇的重量比為12-15：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，步驟(2)中所述的緩沖鹽為磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫二銨中的一種，與2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇的重量比為0.1-0.2：1。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述的緩沖鹽為磷酸氫二鉀、磷酸氫二銨中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，步驟(3)中所述的引發(fā)劑為過硫酸鹽與亞硫酸氫鹽的混合溶液，引發(fā)劑與2,2-雙(烯丙氧基甲基)-1-丁醇的重量比為0.1-0.4：1。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述過硫酸鹽的濃度為8-12wt％，亞硫酸氫鹽的濃度為3-5wt％。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述的過硫酸鹽為過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述的亞硫酸氫鹽為亞硫酸氫鈉或亞硫酸氫鉀。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意所述合成方法制備得到的粘土穩(wěn)定劑，其特征在于，所述粘土穩(wěn)定劑的分子結(jié)構(gòu)式如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述粘土穩(wěn)定劑在油氣田開發(fā)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種耐溫粘土穩(wěn)定劑及其合成方法與應(yīng)用。所述合成方法如下：在反應(yīng)器中加入2,2?雙(烯丙氧基甲基)?1?丁醇、氨基磺酸，加熱，自然冷卻到50℃以下，攪拌溶解；加入1?乙烯基?3?乙基咪唑溴鹽、2?甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、緩沖鹽，攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH7?8；滴加引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)，升溫，繼續(xù)保溫反應(yīng)，得到粘稠的混合液，降溫，調(diào)節(jié)pH7?8；將上述粘稠的混合液烘干造粒，得到粘土穩(wěn)定劑。本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑具有原料來(lái)源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)副產(chǎn)品；同時(shí)具有防膨率高、耐水洗、泥巖損失率低的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳文婷,郭鳳華,成文佳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：勝利油田華濱化工有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6