本發(fā)明屬于油田開(kāi)采
技術(shù)領(lǐng)域:
,具體涉及一種防水敏傷害的粘土穩(wěn)定劑及其制備方法。
背景技術(shù):
:粘土礦物廣泛存在于油層中,當(dāng)油藏中含粘土5~20%時(shí),則認(rèn)為是粘土含量較高的油層。此類油層如果在開(kāi)發(fā)過(guò)程中采取的措施不當(dāng),就會(huì)造成粘土礦物膨脹、分散和運(yùn)移,導(dǎo)致滲透率下降,產(chǎn)生地層損害。在膨脹過(guò)程中,粘土把水吸入到晶體結(jié)構(gòu)中,導(dǎo)致粘土體積的增加,從而堵塞地層孔道;在運(yùn)移過(guò)程中,粘土物質(zhì)被外來(lái)液體分散,或?yàn)楫a(chǎn)出液所攜帶,在毛細(xì)管的孔隙喉道處形成橋阻或節(jié)流點(diǎn),然后導(dǎo)致地層滲透率的下降。而在不含見(jiàn)水膨脹型粘土礦物的砂巖地層中,由于含有可運(yùn)移的石英微粒和一些非膨脹型粘土礦物(伊利石等)其他微粒,有時(shí)也可能會(huì)造成地層損害。在低滲透油田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,注水是保持儲(chǔ)層壓力、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施,而保證注水井能夠注入水、注好水的關(guān)鍵在于注水儲(chǔ)層不被傷害。對(duì)于存在較強(qiáng)水敏性的儲(chǔ)層,有針對(duì)性地使用適合該地層特點(diǎn)的粘土穩(wěn)定劑,可減少儲(chǔ)層的水敏傷害,對(duì)于整個(gè)儲(chǔ)層的持續(xù)高效開(kāi)發(fā)有非常重要的意義。隨著油田的開(kāi)發(fā),粘土穩(wěn)定劑的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,種類越來(lái)越多,根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)及所使用的化學(xué)藥品不同,在這方面的研制大致可分為三個(gè)階段:50年代到60年代后期,主要用無(wú)機(jī)鹽類粘土穩(wěn)定劑來(lái)防膨;70年代主要用無(wú)機(jī)多核聚合物和陽(yáng)離子表面活性劑粘土穩(wěn)定劑來(lái)防膨;80年代以后,主要開(kāi)展了用陽(yáng)離子有機(jī)聚合物粘土穩(wěn)定劑來(lái)防膨。陽(yáng)離子活性劑由于在水中可以解離出有表面活性的陽(yáng)離子,能吸附在粘土顆粒的表面上中和粘土表面的負(fù)電荷,所以可作為防膨劑。但陽(yáng)離子活性劑作粘土防膨劑時(shí)易與幾種陰離子化學(xué)藥劑反應(yīng)產(chǎn)生沉淀,如石油磺酸鹽、聚丙稀酰胺及一些生物聚合物。其最大的缺點(diǎn)是能使儲(chǔ)層的水潤(rùn)濕性變?yōu)橛蜐?rùn)濕性,可使水的相對(duì)滲透率下降。專利ZL201610041585.0“油氣田壓裂用粘土穩(wěn)定劑及其制備方法”公開(kāi)了一種油氣田壓裂用粘土穩(wěn)定劑及其制備方法,該粘土穩(wěn)定劑是以多乙烯多胺為起始劑,與環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷開(kāi)環(huán)加成后,再進(jìn)行胺的陽(yáng)離子化反應(yīng)制得,可有效防止粘土、泥頁(yè)巖膨脹。但是該發(fā)明使用了大量的含氯有機(jī)化合物,具有較強(qiáng)的毒性,而且采出后的原油如果含有氯元素,容易引起后期裂解催化劑的失活。彭玉潔等人的“酯交換季胺型陽(yáng)離子大豆油表面活性劑的合成及物化性能研究”提出一種低成本和工藝簡(jiǎn)單的表面活性劑,該表面活性劑屬于季銨鹽型,根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)研究,該表面活性劑具有優(yōu)異的防膨效果、耐溫性以及無(wú)任何腐蝕性。因此,該大豆油改性表面活性劑可以用于油田的防膨粘土穩(wěn)定劑。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種具有防止粘土膨脹保護(hù)儲(chǔ)層作用的粘土穩(wěn)定劑,本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑具有耐溫抗鹽性、價(jià)格低廉和工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的防膨粘土穩(wěn)定劑,是由大豆油改性表面活性劑、乙酰基丙酮、氫氧化鈣和水復(fù)配而成,所述的大豆油改性表面活性劑是具有長(zhǎng)碳鏈烷基和季銨陽(yáng)離子的季銨鹽表面活性劑,其分子通式如下:其中R″為CnH2n+1;R′為CmH2m+1;0≤m+n≤15,m,n均為整數(shù)。所述的粘土穩(wěn)定劑各組成的組份如下:優(yōu)選地,所述的粘土穩(wěn)定劑各組成的組份如下:本發(fā)明另一個(gè)目的公開(kāi)了防膨粘土穩(wěn)定劑的制備方法,其具體步驟如下:(1)將上述比例的水加入燒杯中,并將燒杯置于60~75℃的恒溫水浴鍋內(nèi)加熱,在攪拌速率為200~300rpm條件下,加入上述比例的乙酰基丙酮,完全加入后,繼續(xù)攪拌15~30min,得到混合溶液;(2)將上述混合溶液的溫度調(diào)節(jié)至25~35℃,待溫度恒定后,在攪拌速率為500~600rpm下,緩慢加入上述比例的氫氧化鈣,完全加入后,繼續(xù)攪拌20~30min,隨后升溫至60~75℃,恒溫30~40min,得到透明溶液;(3)將上述透明溶液的溫度調(diào)節(jié)至50~60℃,在攪拌速率為200~300rpm條件下,加入上述比例的大豆油改性表面活性劑,恒溫?cái)嚢?0~30min,然后自然降溫至室溫得到最終產(chǎn)物,即本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑。所述的防膨粘土穩(wěn)定劑的合成路線:其中R″為CnH2n+1;R′為CmH2m+1;0≤m+n≤15,m,n均為整數(shù)。本發(fā)明提供的防膨粘土穩(wěn)定劑,其中的大豆油表面活性劑屬于季銨鹽陽(yáng)離子型表面活性劑,其在水中解離產(chǎn)生高正電價(jià)的陽(yáng)離子,可以與粘土顆粒形成多點(diǎn)吸附,可以取代粘土晶層表面的K+、Na+、Ca2+等金屬陽(yáng)離子。在吸附到粘土后會(huì)在粘土顆粒的表面形成一層有機(jī)陽(yáng)離子的吸附保護(hù)膜,將粘土顆粒保護(hù)起來(lái),防止粘土顆粒的水化、膨脹、分散和運(yùn)移。乙?;鳛橐环N螯合劑,可以捕獲和分離出特定的金屬離子,具有固定陽(yáng)離子的作用;無(wú)機(jī)鹽氫氧化鈣可進(jìn)入粘土孔穴中結(jié)合牢固,與粘土反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硅鋁酸鈣,消除粘土礦物晶層間負(fù)電荷斥力,使水分子難以進(jìn)入粘土礦物的晶層間,防止粘土的水化膨脹。同時(shí),大豆油表面活性劑由于分子適中,碳鏈不易斷裂,具有很好的耐溫性能,而且分子不需要卷曲即可與粘土緊密結(jié)合,抗鹽性能優(yōu)異,有效的提高了使用效率。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:(1)本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑原料來(lái)源廣泛,合成工藝簡(jiǎn)單,成本低廉;(2)本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑用量少,油藏適應(yīng)性強(qiáng),可滿足油田發(fā)展的需要;(3)本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑耐溫耐鹽性能好,能耐溫達(dá)到300℃,耐礦化度達(dá)到200000mg/L,且與地層水具有良好的配伍性;(4)本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑可強(qiáng)烈的吸附到粘土表面,不易分解,防膨率高,防膨率達(dá)到98%以上。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例,并參照數(shù)據(jù)進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例只是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明,而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1:粘土穩(wěn)定劑D1及其制備方法(1)粘土穩(wěn)定劑D1的組成及組份如下:根據(jù)已有文獻(xiàn),所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下:其中:R″為CnH2n+1,0≤n≤15;R′為CmH2m+1,0≤m≤15。(2)粘土穩(wěn)定劑D1的制備方法如下:①將20份的水加入燒杯中,并將燒杯置于60℃的恒溫水浴鍋內(nèi)加熱,在攪拌速率為200rpm條件下,加入0.2份的乙酰基丙酮,完全加入后,繼續(xù)攪拌15min,得到混合溶液;②將上述混合溶液的溫度調(diào)節(jié)至28℃,待溫度恒定后,在攪拌速率為500rpm下,緩慢加入0.01份的氫氧化鈣,完全加入后,繼續(xù)攪拌20min,隨后升溫至60℃,恒溫30min,得到透明溶液;③將上述透明溶液的溫度調(diào)節(jié)至50℃,在攪拌速率為200rpm條件下,加入10份的大豆油改性表面活性劑,恒溫?cái)嚢?0min,然后自然降溫至室溫得到最終產(chǎn)物,即本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑D1。實(shí)施例2:粘土穩(wěn)定劑D2及其制備方法(1)粘土穩(wěn)定劑D2的組成及組份如下:根據(jù)已有文獻(xiàn),所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下:其中:R″為CnH2n+1,0≤n≤15;R′為CmH2m+1,0≤m≤15。(2)粘土穩(wěn)定劑D2的制備方法如下:①將45份的水加入燒杯中,并將燒杯置于65℃的恒溫水浴鍋內(nèi)加熱,在攪拌速率為300rpm條件下,加入1.5份的乙?;耆尤牒?,繼續(xù)攪拌20min,得到混合溶液;②將上述混合溶液的溫度調(diào)節(jié)至32℃,待溫度恒定后,在攪拌速率為530rpm下,緩慢加入0.05份的氫氧化鈣,完全加入后,繼續(xù)攪拌25min,隨后升溫至75℃,恒溫33min,得到透明溶液;③將上述透明溶液的溫度調(diào)節(jié)至52℃,在攪拌速率為280rpm條件下,加入10份的大豆油改性表面活性劑,恒溫?cái)嚢?5min,然后自然降溫至室溫得到最終產(chǎn)物,即本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑D2。實(shí)施例3:粘土穩(wěn)定劑D3及其制備方法(1)粘土穩(wěn)定劑D3的組成及組份如下:根據(jù)已有文獻(xiàn),所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下:其中:R″為CnH2n+1,0≤n≤15;R′為CmH2m+1,0≤m≤15。(2)粘土穩(wěn)定劑D3的制備方法如下:①將80份的水加入燒杯中,并將燒杯置于70℃的恒溫水浴鍋內(nèi)加熱,在攪拌速率為220rpm條件下,加入2.0份的乙?;?,完全加入后,繼續(xù)攪拌25min,得到混合溶液;②將上述混合溶液的溫度調(diào)節(jié)至25℃,待溫度恒定后,在攪拌速率為550rpm下,緩慢加入0.02份的氫氧化鈣,完全加入后,繼續(xù)攪拌20min,隨后升溫至65℃,恒溫37min,得到透明溶液;③將上述透明溶液的溫度調(diào)節(jié)至56℃,在攪拌速率為250rpm條件下,加入10份的大豆油改性表面活性劑,恒溫?cái)嚢?2min,然后自然降溫至室溫得到最終產(chǎn)物,即本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑D3。實(shí)施例4:粘土穩(wěn)定劑D4及其制備方法(1)粘土穩(wěn)定劑D4的組成及組份如下:根據(jù)已有文獻(xiàn),所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下:其中:R″為CnH2n+1,0≤n≤15;R′為CmH2m+1,0≤m≤15。(2)粘土穩(wěn)定劑D4的制備方法如下:①將100份的水加入燒杯中,并將燒杯置于75℃的恒溫水浴鍋內(nèi)加熱,在攪拌速率為260rpm條件下,加入2.5份的乙酰基丙酮,完全加入后,繼續(xù)攪拌30min,得到混合溶液;②將上述混合溶液的溫度調(diào)節(jié)至35℃,待溫度恒定后,在攪拌速率為600rpm下,緩慢加入0.1份的氫氧化鈣,完全加入后,繼續(xù)攪拌30min,隨后升溫至70℃,恒溫40min,得到透明溶液;③將上述透明溶液的溫度調(diào)節(jié)至60℃,在攪拌速率為300rpm條件下,加入10份的大豆油改性表面活性劑,恒溫?cái)嚢?0min,然后自然降溫至室溫得到最終產(chǎn)物,即本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑D4。實(shí)施例5分別準(zhǔn)確稱取5.0g上述D1~D4防膨粘土穩(wěn)定劑樣品,溶解于995.0g蒸餾水中,攪拌30min,形成均勻溶液,待用。實(shí)施例6按照《SY/T5971-94注水用粘土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》評(píng)價(jià)了產(chǎn)品在300℃和礦化度為200000mg/L條件下的防膨率。本實(shí)驗(yàn)所用粘土穩(wěn)定劑溶液為實(shí)施例5中所配溶液,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。表1防膨粘土穩(wěn)定劑D1~D4的評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)品防膨率,%D199.4D299.5D398.7D499.0從表1可以看出,防膨粘土穩(wěn)定劑D1~D4的防膨率均大于98.0%,其中,粘土穩(wěn)定劑D2的防膨率最高,達(dá)到99.5%。說(shuō)明本發(fā)明研制的粘土穩(wěn)定劑在300℃和礦化度為200000mg/L條件下具有良好的防止膨潤(rùn)土水化膨脹的能力。實(shí)施例7按照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鉆井液用頁(yè)巖抑制劑評(píng)價(jià)方法》SY/T6335-1997進(jìn)行樣品線性膨脹性實(shí)驗(yàn)。所用儀器為NP-01頁(yè)巖膨脹測(cè)試儀。稱取8.00g在105℃下烘干4h的二級(jí)膨潤(rùn)土(直徑為0.01~0.05mm),在壓力機(jī)上制得壓片(壓力10MPa,時(shí)間5min)。把壓片放入頁(yè)巖膨脹儀中,加入配制好的一定濃度的穩(wěn)定劑溶液(實(shí)施例6中所配溶液),測(cè)定試液浸泡后泥頁(yè)巖壓片的膨脹率。泥頁(yè)巖壓片的膨脹率越小,說(shuō)明產(chǎn)品的抑制粘土水化膨脹的能力越強(qiáng);反之則越差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。表2線性膨脹率試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)品16h相對(duì)清水的降低率,%D120.6D219.0D320.2D419.5由表2可見(jiàn),粘土穩(wěn)定劑D1~D416h相對(duì)清水的降低率均低于21%,其中,粘土穩(wěn)定劑D216h相對(duì)清水的降低率最低,達(dá)到19.0%,說(shuō)明本發(fā)明制備的粘土穩(wěn)定劑產(chǎn)品能有效地抑制粘土的水化膨脹。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3