本專利涉及到一種油田泥頁巖油氣開發(fā)過程中使用的防止粘土膨脹的粘土穩(wěn)定劑，在鉆井、完井、生產(chǎn)、開發(fā)、壓裂及注水中起到防止粘土膨脹保護儲層的作用。
背景技術(shù)：
：：泥頁巖油氣是近年來油氣田開發(fā)的熱點和難點之一，泥頁巖儲層由于其高泥質(zhì)含量、低脆性礦物等特點，在開發(fā)過程中極易造成油層損害，從而對開發(fā)造成困難。特別是外來流體在進入儲層后造成的粘土膨脹是泥頁巖儲層的主要潛在傷害因素，泥頁巖用粘土穩(wěn)定劑是泥頁巖開發(fā)過程中必不可少的油層保護添加劑。國內(nèi)對泥頁巖用粘土穩(wěn)定劑的研究相對較少，近年來一些科研院校實驗小組對超低分子聚合物及有機離子化合物做了初步的室內(nèi)的探索實驗。西南石油大學(xué)李雯等人通過控制聚合度得到高效防膨劑，在1％使用濃度下防膨率達到89％，并具有相當(dāng)?shù)目s膨功能(《石油化工應(yīng)用》，2012,(31)71)。中國海洋大學(xué)劉燕等以環(huán)氧氯丙烷、二乙胺、2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(AMPS)為單體，以過硫酸鉀一亞硫酸氫鈉組成的氧化還原體系為引發(fā)劑合成低分子粘土穩(wěn)定劑(《化學(xué)與生物工程》，2012,(28)53)，該粘土穩(wěn)定劑分子量控制在1100-2300之間。西南石油大學(xué)張軒等以三乙胺和環(huán)氧氯甲烷為原料合成了有機季銨鹽類粘土穩(wěn)定劑，并介紹了其防膨效果，在使用濃度1％的情況下防膨率達到了85％以上(《石油與天然氣化工》，2012,(41)91)。國外近年來對粘土穩(wěn)定劑的研究主要集中在深層致密砂巖及頁巖開發(fā)中使用的新型粘土穩(wěn)定劑，并根據(jù)不同類型的頁巖油藏做了大量的適應(yīng)性研究，同時針對鉆井、完井及壓裂過程中的不同工藝特點開展研究，在現(xiàn)場使用效果良好。英國Ciba特殊水處理公司申請了以乙烯基四季胺鹽低聚物為主劑的頁巖用粘土穩(wěn)定劑，聚合物分子量控制在1000-3000之間。FrancoFederici等人報導(dǎo)具有雙羧酸雙脂四季銨鹽結(jié)構(gòu)的化合物對頁巖具有良好的穩(wěn)定效果，專利同時提供了17種頁巖用粘土穩(wěn)定劑的合成方法(US2009131280A)。MarkSheltonAston等人報導(dǎo)以無機硼酸鹽和單糖或者 低聚糖為主要成份的頁巖抑制劑，主要用于頁巖鉆完井過程中的儲層保護，復(fù)配后粘土保留率達到95％以上可很好的抑制鉆、完井過程中的粘土膨脹(US2005014655A1)。BJ公司報道了以咪唑化合物為主劑的頁巖粘土穩(wěn)定劑，對頁巖粘土抑制能力強。具有特殊結(jié)構(gòu)的咪唑啉類化合物對粘土具有強抑制作用，相比較KCl等無機鹽類其抑制作用大幅度提高(US2009029880A1)。ArvindD.Patel等人報道了具有烷基鏈接的環(huán)己二胺是有效的頁巖粘土穩(wěn)定劑，普通鉆井泥漿中使用KCl等無機鹽作為粘土穩(wěn)定劑，對于頁巖油藏而言，粘土膨脹能力強，在泥漿中加入高濃度的無機鹽才能防止粘土膨脹，但是由于高濃度的無機鹽的加入使得泥漿體系加重，同時嚴重影響泥漿的流變性。以環(huán)己二胺類化合物作為粘土防膨劑在防止粘土膨脹的同時，對泥漿的性能沒有明顯的影響(US20060073982A1)。ArvindD.Patel等人報道了具有特殊結(jié)構(gòu)二胺可作為頁巖粘土穩(wěn)定劑，抑制能力強，作為鉆井用頁巖粘土穩(wěn)定劑具有較好的效果(US6247543B1)。CarlKeithSmith等人報道了以油酸衍生物及不飽和脂肪酸等為單體控制聚合得到頁巖粘土穩(wěn)定劑。分子量控制范圍10000-30000，相比較高濃度的KCL,具有明顯的粘土抑制優(yōu)勢且具有長效性，主要用于頁巖水基鉆井、完井、壓裂等作業(yè)中的添加(US6706667B1)。BJ公司報道了兩種離子型季銨鹽化合物(甲基磺酸四季銨鹽化合物、環(huán)狀四季胺化合物)作為頁巖膨脹抑制劑的實驗評價，相對傳統(tǒng)的無機鹽類有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。同時BJ公司以北美8個典型頁巖為研究對象，評價了不同的粘土穩(wěn)定劑體系對頁巖的穩(wěn)定性能，為同類相似頁巖開發(fā)過程中選取防膨劑提供了借鑒。Schlumberger公司針對具有不同敏感性的頁巖及深層砂巖開展了鉆井過程中井壁穩(wěn)定的鉆井泥漿的篩選，主要工作是對防膨劑體系適應(yīng)性評價。對于粘土含量較高頁巖油藏，以Alaska頁巖(粘土含量60％)為例，采用低聚合聚合物體系作為粘土穩(wěn)定劑可以達到較好的穩(wěn)定粘土的效果。對于粘土含量較低的頁巖油藏，以Mozambique頁巖(粘土含量18％)為例，采用混合無機鹽體系作為粘土穩(wěn)定劑即可達到穩(wěn)定粘土的效果。對頁巖氣藏，以飽和鹽水作為穩(wěn)定體系可以起到穩(wěn)定作用。Halliburton公司J.D.Weaver等人報道了以超低聚合物體系為防膨劑在美國Berea砂巖、Castlegate砂巖等強水敏為開發(fā)實例介紹了粘土穩(wěn)定劑選用評價及應(yīng)用。并介紹了應(yīng)用工藝優(yōu)化方案。常規(guī)壓裂措施中使用較低濃度的防膨劑添加在壓裂液中入井，在流體經(jīng)過地層的過程中由于防膨劑吸附在巖石表面，致使壓裂液前端濃度低，導(dǎo)致粘土膨脹。改進后壓裂措施中使用高濃度防膨劑段塞壓裂液前端，在流體經(jīng)過地層的過程中保持防膨劑有效濃度，較之傳統(tǒng)工藝更好的保護儲層。MichaelConway等人報道了以有機大分子季銨鹽為防膨劑在北美頁巖氣壓裂等工藝中替代KCl等無機鹽類 作為防膨劑的應(yīng)用實例。以美國MarcellusShale頁巖為例，在使用新型防膨劑替代混合無機鹽類作為防膨劑后天然氣產(chǎn)量提高20％以上。技術(shù)實現(xiàn)要素：；本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的之一是提供一種適用于泥頁巖開發(fā)過程中起到防止粘土膨脹保護儲層的粘土穩(wěn)定劑，有效防止泥頁巖粘土膨脹，保護油層；目的之二是提供該適用于泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑的使用方法。本發(fā)明的目的之一可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：該適用于泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)式為：其中：R1為C1-C3的烷基；R2為C1-C6的烷基。本發(fā)明的目的之一還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：進一步講，所述的R1為甲基、乙基或丙基。進一步講，于所述的R2為甲基或乙基。本發(fā)明的適用于泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑是一種離子液體型化合物，本發(fā)明的目的之二可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：取本發(fā)明的適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑與KCl或者NH4Cl和H2O按如下重量百分比復(fù)配后使用；KCl或者NH4Cl2～4％適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑0.3～2％H2O余量。實驗1：申請人室內(nèi)評價了各種頁巖用粘土穩(wěn)定劑對頁巖的穩(wěn)定能力，由性能比較可以看出，常規(guī)聚季銨鹽在2％的使用濃度下防膨率(用J表示)可達到70％以上，而本發(fā)明的離子液體型粘土穩(wěn)定劑在2％KCl配合下使用，表現(xiàn)出了良好的防膨效果(用L表示)，在使用濃度為0.5％時防膨率可達到88％左右，可較好的穩(wěn)定頁巖儲層。相對常規(guī)粘土穩(wěn)定劑表現(xiàn)出良好的防膨效果。表1合成頁巖粘土穩(wěn)定劑的性能實驗2：申請人在室內(nèi)通過侵泡換液的方法評價本發(fā)明的離子液體型粘土穩(wěn)定劑的耐沖刷能力，即在粘土侵泡防膨劑溶液后，通過多次換蒸餾水侵泡液具體實驗結(jié)果如表2。通過實驗可以看出，本發(fā)明的離子液體型粘土穩(wěn)定劑(用L表示)對粘土的吸附性能好，在多次更換蒸餾水侵泡后無明顯變化，粘土繼續(xù)保持未水化狀態(tài)，以2％氯化鉀+0.5％離子液體型粘土穩(wěn)定劑即可達到較好的防膨效果，且具有長效型，可作為泥頁巖油氣藏勘探開發(fā)過程中的油層保護配方對儲層起到保護作用。表2合成頁巖粘土穩(wěn)定劑的長效性能評價KCL2％KCl+L12％KCl+L22％KCl+L32％KCl+L42％KCl+L52％KCl+L6初始80.5％86.5％88.7％87.3％86.9％82.4％82.3％一次換水45.3％86.3％86.7％86.8％85.4％80.4％81.5％二次換水24.1％85.9％86.4％86.1％84.4％79.3％81.1％三次換水完全膨脹85.8％86.2％85.5％82.5％78.4％80.6％四次換水完全膨脹85.3％85.5％84.6％81.1％76.9％80.1％五次換水完全膨脹85.1％85.3％83.1％80.6％75.2％78.4％具體實施方式：實施例1：該適用于泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)式為：其中：R1為甲基、R2為甲基，粘土穩(wěn)定劑記為L1。取本發(fā)明的適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑L1與KCl和H2O按如下重量百分比復(fù)配后使用；KCl2％適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑2％H2O余量。R1為甲基、R2為甲基，粘土穩(wěn)定劑記為L1，實施例2：該適用于泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)式為：其中：R1為甲基、R2為甲基，粘土穩(wěn)定劑記為L1。取本發(fā)明的適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑L1與KCl和H2O按如下重量百分比復(fù)配后使用；KCl4％適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑0.3％H2O余量。實施例3：該適用于泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)式為：其中：R1為甲基、R2為甲基，粘土穩(wěn)定劑記為L1。取本發(fā)明的適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑L1與KCl和H2O按如下重量百分比復(fù)配后使用；KCl3％適合泥頁巖油氣開發(fā)的粘土穩(wěn)定劑1％H2O余量。實施例4：用NH4Cl替代KCl，其它分別同實施例1-3。實施例5：用“R1為乙基、R2為甲基，”替代“R1為甲基、R2為甲基，”，用“L2”替代“L1”，其它分別同實施例1-:4。實施例6：用“R1為乙基、R2為乙基，”替代“R1為甲基、R2為甲基，”，用“L3”替代“L1”，其它分別同實施例1-4。實施例7：用“R1為甲基、R2為乙基，”替代“R1為甲基、R2為甲基，”，用“L4”替代“L1”，其它分別同實施例1-4。實施例8：用“R1為丙基、R2為甲基，”替代“R1為甲基、R2為甲基，”，用“L5”替代“L1”，其它分別同實施例1-4。實施例9：用“R1為丙基、R2為乙基，”替代“R1為甲基、R2為甲基，”，用“L6”替代“L1”，其它分別同實施例1-4。當(dāng)前第1頁1 2 3