用于低渗透油藏注水防膨粘土稳定剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油田开采技术领域,具体涉及一种用于低渗透油藏注水防膨粘土稳定剂及其制备方法。
背景技术
改善注水开发效果是提高低渗透油藏采收率的关键技术之一。低渗透水敏储层中的粘土矿物易水化膨胀,分散运移,堵塞喉道。在低渗透油藏中,由于水敏性造成的储层伤害,会使渗透率大幅度降低,导致注入困难。与中、高渗透油藏相比,低、特低渗透油藏的水敏性对开发过程的影响更加突出。因此,在低、特低渗透水敏性油藏的注水开发过程中,尤其要注意预防粘土膨胀。
目前,防止粘土膨胀普遍采用的方法是在注入水中加入粘土稳定剂。由于不同类型的油藏中粘土矿物的组成和含量不同,因此,对于特定的油藏须选择性地使用不同种类的粘土稳定剂。目前常用的评价粘土稳定剂方法有:根据粘土在水中膨胀体积变化的静态评价方法和通过物理模拟实验过程中渗透率的变化值进行的动态评价方法。静态评价方法由于方法简单、容易操作而被广泛采用。
根据粘土矿物的水敏机理,如果在注入水中添加一些注剂,让注入水成为带正电离子的溶液,利用正电离子与粘土晶片表面负离子作用,结合成一个防膨的体系,在粘土表面形成一个憎水面,隔离粘土晶面硅氧键或氢氧键的偶极对水分子的吸引,从而起到防止粘土水化膨胀作用;其次利用这种溶液在水化的粘土体系中产生离子间排斥和聚合凝缩作用,使粘土矿物在这种分子间力作用下聚结,起到防止粘土分散运移的作用,这种能消除粘土矿物水敏性的助剂就是粘土稳定剂。
阳离子表面活性剂由于在水中可以解离出有表面活性的阳离子,能吸附在粘土颗粒的表面上中和粘土表面的负电荷,所以可作为防膨剂。但阳离子活性剂作粘土防膨剂时易与几种阴离子化学药剂反应产生沉淀,如石油磺酸盐或为提高采收率使用的部分水解聚丙稀酰胺及一些生物聚合物。
尽管在粘土稳定剂应用中选择聚合物所取得的效果较为明显,但需注意其本身具有较大的相对分子质量,一旦注水井储层处于低渗透状态,这样在防膨处理中将使注水井渗透率受到严重影响。以BY-14稳定剂的应用为例,假若在油井转注前,完成防膨处理过程,若压力保持为30MPa,可发现很难向地层注入。这就要求在筛选粘土稳定剂中,做好评定粘土稳定剂与地层适应性分析。例如,对于低渗透率储层,在进行空气渗透率测定的基础上,将BF-901、J-1稳定剂分别注入,二者都保持为20g/L质量浓度,此时可进行溶液渗透率的测定,并测定蒸馏水转注后的渗透率情况。这样便可发现,在分子质量较高时,稳定剂的应用很可能堵塞岩心,而相对分子质量较低的稳定剂,防膨处理中可保证岩心的稳定性。因此,实际筛选粘土稳定剂中,为避免低渗透储层在防膨处理时受到伤害,应保证粘土稳定剂相对分子质量较低。
专利ZL201310118314.7“一种低分子量粘土稳定剂制备方法”以含有碳碳的铵盐和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为原料在水溶液中聚合制备而成,聚合物数均分子量低于5万。该聚合物稳定剂中引入磺酸基团,增加了聚合物的水溶性和抗温性能。它在水中可以同时与多个粘土颗粒形成多点吸附,吸附后,在粘土颗粒的表面形成一层吸附保护膜,防止粘土颗粒的膨胀与运移。但是该稳定剂难以用于低渗透油田。
彭玉洁等人的“酯交换季胺型阳离子大豆油表面活性剂的合成及物化性能研究”提出一种低成本和工艺简单的表面活性剂,该表面活性剂属于季铵盐型,根据室内试验研究,该表面活性剂具有优异的防膨效果、耐温性以及无任何腐蚀性,同时该表面活性剂属于小分子阳离子表面活性剂,适用于低渗透油藏。因此,该大豆油改性表面活性剂可以用于低渗透油田的防膨粘土稳定剂。
发明内容
本发明针对目前现有技术的不足而提供一种具有保护储层作用的粘土稳定剂,本发明的粘土稳定剂可用于低渗透油藏,具有耐温抗盐性能好、价格低廉和工艺简单的粘土稳定剂。
本发明公开了用于低渗透油藏注水防膨粘土稳定剂,是由大豆油改性表面活性剂、酒石酸、氢氧化钾和水复配而成,所述的大豆油改性表面活性剂是具有长碳链烷基和季铵阳离子的季铵盐表面活性剂,其分子通式如下:
其中:R″为CnH2n+1,0≤n≤15;R′为CmH2m+1,0≤m≤15。
所述的用于低渗透油藏注水防膨粘土稳定剂各组成的组份如下:
优选地,所述的用于低渗透油藏注水防膨粘土稳定剂各组成的组份如下:
本发明另一个目的在于提供用于低渗透油藏注水防膨粘土稳定剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)将上述比例的水置于烧杯中,并在40~65℃的恒温水浴锅内加热;在搅拌速率为300~350rpm条件下,加入上述比例的酒石酸,完全加入后,继续搅拌10~20min,得到混合溶液;
(2)将上述混合溶液的温度调至25~30℃,在搅拌速率为200~300rpm下,缓慢加入上述比例的氢氧化钾,完全加入后,继续搅拌30~50min;随后升温至60~75℃,恒温10~15min,得到透明溶液;
(3)将上述透明溶液的温度调至45~50℃,搅拌速率为350~500rpm,加入上述比例的大豆油改性表面活性剂,恒温搅拌10~30min,然后自然降温至室温得到最终产物,即本发明的防膨粘土稳定剂。
根据已有文献,所述的大豆油改性表面活性剂的合成路线如下:
其中:R″为CnH2n+1,0≤n≤15;R′为CmH2m+1,0≤m≤15。
本发明提供的防膨粘土稳定剂,稳定剂中的大豆油表面活性剂属于小分子季铵盐阳离子型表面活性剂,其在水中解离产生高正电价的阳离子,可以与粘土颗粒形成多点吸附,可以取代粘土晶层表面的K+、Na+、Ca2+等金属阳离子。在吸附到粘土后会在粘土颗粒的表面形成一层有机阳离子的吸附保护膜,将粘土颗粒保护起来,防止粘土颗粒的水化、膨胀、分散和运移。酒石酸作为一种螯合剂,可以捕获和分离出特定的二价和三价金属离子,具有固定阳离子的作用,同时,其形成的盐还可用于改变岩石的润湿性,使岩石由油润湿变为水润湿;无机盐氢氧化钾易于进入粘土空穴中,与粘土结合较为牢固,起到固定粘土的作用。同时,大豆油表面活性剂由于分子适中,碳链不易断裂,具有很好的耐温性能,而且分子不需要卷曲即可与粘土紧密结合,抗盐性能优异,有效的提高了使用效率。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果:
(1)本发明的防膨粘土稳定剂原料来源广泛,合成工艺简单,成本低廉;
(2)本发明的防膨粘土稳定剂用量少,可用于低渗透油藏注水粘土防膨,满足油田发展的需要;
(3)本发明的防膨粘土稳定剂耐温耐盐性能好,能耐温达到290℃,耐矿化度达到220000mg/L,且与地层水具有良好的配伍性;
(4)本发明的防膨粘土稳定剂可强烈的吸附到粘土表面,不易分解,粘土稳定剂永久有效,防膨率高,防膨率达到98%以上。
具体实施方式
下面结合具体的实施例,并参照数据进一步详细描述本发明。应理解,这些实施例只是为了举例说明本发明,而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1:防膨粘土稳定剂E1及其制备方法
(1)防膨粘土稳定剂E1的组成及组份如下:
根据已有文献,所述的大豆油改性表面活性剂的合成路线如下:
其中:R″为CnH2n+1,0≤n≤15;R′为CmH2m+1,0≤m≤15。
(2)防膨粘土稳定剂E1的制备方法如下:
①将50份的水置于烧杯中,并在40℃的恒温水浴锅内加热;在搅拌速率为300rpm条件下,加入0.1份的酒石酸,完全加入后,继续搅拌10min,得到混合溶液;
②将上述混合溶液的温度调至25℃,在搅拌速率为200rpm下,缓慢加入0.01份的氢氧化钾,完全加入后,继续搅拌30min;随后升温至60℃,恒温10min,得到透明溶液;
③将上述透明溶液的温度调至45℃,搅拌速率为350rpm,加入15份的大豆油改性表面活性剂,恒温搅拌10min,然后自然降温至室温得到最终产物,即本发明的防膨粘土稳定剂E1。
实施例2:防膨粘土稳定剂E2及其制备方法
(1)防膨粘土稳定剂E2的组成及组份如下:
根据已有文献,所述的大豆油改性表面活性剂的合成路线如下:
其中:R″为CnH2n+1,0≤n≤15;R′为CmH2m+1,0≤m≤15。
(2)防膨粘土稳定剂E2的制备方法如下:
①将80份的水置于烧杯中,并在45℃的恒温水浴锅内加热;在搅拌速率为320rpm条件下,加入0.5份的酒石酸,完全加入后,继续搅拌12min,得到混合溶液;
②将上述混合溶液的温度调至28℃,在搅拌速率为250rpm下,缓慢加入0.08份的氢氧化钾,完全加入后,继续搅拌40min;随后升温至65℃,恒温13min,得到透明溶液;
③将上述透明溶液的温度调至48℃,搅拌速率为400rpm,加入15份的大豆油改性表面活性剂,恒温搅拌15min,然后自然降温至室温得到最终产物,即本发明的防膨粘土稳定剂E2。
实施例3:防膨粘土稳定剂E3及其制备方法
(1)防膨粘土稳定剂E3的组成及组份如下:
根据已有文献,所述的大豆油改性表面活性剂的合成路线如下:
其中:R″为CnH2n+1,0≤n≤15;R′为CmH2m+1,0≤m≤15。
(2)防膨粘土稳定剂E3的制备方法如下:
①将150份的水置于烧杯中,并在55℃的恒温水浴锅内加热;在搅拌速率为330rpm条件下,加入1.0份的酒石酸,完全加入后,继续搅拌15min,得到混合溶液;
②将上述混合溶液的温度调至26℃,在搅拌速率为220rpm下,缓慢加入0.05份的氢氧化钾,完全加入后,继续搅拌45min;随后升温至70℃,恒温12min,得到透明溶液;
③将上述透明溶液的温度调至46℃,搅拌速率为460rpm,加入15份的大豆油改性表面活性剂,恒温搅拌20min,然后自然降温至室温得到最终产物,即本发明的防膨粘土稳定剂E3。
实施例4:防膨粘土稳定剂E4及其制备方法
(1)防膨粘土稳定剂E4的组成及组份如下:
根据已有文献,所述的大豆油改性表面活性剂的合成路线如下:
其中:R″为CnH2n+1,0≤n≤15;R′为CmH2m+1,0≤m≤15。
(2)防膨粘土稳定剂E4的制备方法如下:
①将200份的水置于烧杯中,并在65℃的恒温水浴锅内加热;在搅拌速率为350rpm条件下,加入2份的酒石酸,完全加入后,继续搅拌20min,得到混合溶液;
②将上述混合溶液的温度调至30℃,在搅拌速率为300rpm下,缓慢加入0.1份的氢氧化钾,完全加入后,继续搅拌50min;随后升温至75℃,恒温15min,得到透明溶液;
③将上述透明溶液的温度调至50℃,搅拌速率为500rpm,加入15份的大豆油改性表面活性剂,恒温搅拌30min,然后自然降温至室温得到最终产物,即本发明的防膨粘土稳定剂E4。
实施例5
分别准确称取5.0g上述E1~E4防膨粘土稳定剂样品,溶解于995.0g蒸馏水中,搅拌30min,形成均匀溶液,待用。
实施例6
按照《SY/T5971-94注水用粘土稳定剂性能评价方法》评价了产品在290℃和矿化度为220000mg/L条件下的防膨率。本实验所用粘土稳定剂溶液为实施例5中所配溶液,试验结果见表1。
表1防膨粘土稳定剂E1~E4的评价结果
从表1可以看出,防膨粘土稳定剂E1~E4的防膨率均大于98.0%,其中,粘土稳定剂E2的防膨率最高,达到99.6%。说明本发明研制的粘土稳定剂在290℃和矿化度为220000mg/L条件下具有良好的防止膨润土水化膨胀的能力。
实施例7
按照中国石油天然气行业标准《钻井液用页岩抑制剂评价方法》SY/T6335-1997进行样品线性膨胀性实验。所用仪器为NP-01页岩膨胀测试仪。称取8.00g在105℃下烘干4h的二级膨润土(直径为0.01~0.05mm),在压力机上制得压片(压力10MPa,时间5min)。把压片放入页岩膨胀仪中,加入配制好的一定浓度的稳定剂溶液(实施例6中所配溶液),测定试液浸泡后泥页岩压片的膨胀率。泥页岩压片的膨胀率越小,说明产品的抑制粘土水化膨胀的能力越强;反之则越差。实验结果如表2所示。
表2线性膨胀率试验测试结果
产品 |
16h相对清水的降低率,% |
E<sub>1</sub> |
20.5 |
E<sub>2</sub> |
19.7 |
E<sub>3</sub> |
20.0 |
E<sub>4</sub> |
21.2 |
由表2可见,粘土稳定剂E1~E4 16h相对清水的降低率均低于22%,其中,粘土稳定剂E2 16h相对清水的降低率最低,达到19.7%,说明本发明制备的粘土稳定剂产品能有效地抑制粘土的水化膨胀。