CN108102099B - 一种油田用高温粘土稳定剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在高温条件下具有良好粘土防膨性能的新型粘土稳定剂，以γ‑氯丙基三乙氧基硅烷与三甲胺乙醇溶液为原料，以碘化钾为催化剂聚合反应合成了一种新型耐高温粘土稳定剂。本发明合成方法简便易行，合成的新型粘土稳定剂不但在常温下具有较好的粘土防膨效果，高温下具有更高的粘土防膨性能，并且耐冲刷性能好，可用于低渗深井地层的粘土矿物的防膨，抑制粘土矿物的膨胀运移，提高地层渗透率，增加原油产量。

Description

一种油田用高温粘土稳定剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有良好高温防膨性能的新型抗高温粘土稳定剂，可广泛用于控制低渗油田钻井开采时粘土矿物发生膨胀与分散，抑制粘土矿物发生运移，阻塞孔喉通道，提高地层渗透率，提高原油产量。

背景技术

油藏类型按驱动方式可分为两大类，即浅层天然水驱油藏和中、深层注水开发油藏。深层低渗透储层粘土矿物含量高(平均含量15.8％)，敏感性矿物含量高，酸敏、水敏性强，粘土矿物吸水膨胀，造成储层孔喉直径逐渐缩小，堵塞部分渗流通道，导致注水压力不断升高，停注后井底憋压严重。由于储层粘土矿物的高度水敏性，如果在开发过程中处理措施不当，则会对储层造成严重损害。油气层注水开发过程中，水与地层中的粘土矿物接触，导致粘土矿物水化膨胀、分散和运移，从而堵塞地层空隙结构的喉部，导致地层渗透率降低，产生地层损害。在膨胀过程中，粘土把水吸收进入到晶体结构中，导致体积增加，堵塞地层孔道；粘土矿物在运移过程中会被外来液体分散，或被产出液体携带，以致在空隙喉道处形成桥阻或节流点，从而降低了地层的渗透率。地层渗透率降低后，注水压力升高较快，注水困难，甚至导致无法注水，从而降低水驱效果，进而影响到原油产量及油田的采收率。在钻井、完井、射孔、酸化、压裂、注水、采油、提高采收率等工艺措施中，只要有水基工作液的注入，都有可能会引起水敏伤害，对于粘土矿物含量高、水敏性强的储层，通常在注水或转注水之前，先注入粘土稳定剂进行前缘保护。

为了保护油气地层的渗透性，必须使用化学处理剂稳定地层中的粘土矿物(即粘土稳定剂)。常用粘土防膨剂主要有无机酸与无机盐类、无机多核聚合物、阳离子表面活性剂、阳离子高分子聚合物以及复配型粘土防膨剂。聚胺和聚季铵等高分子型防膨剂在盐酸体系中具有较好的防膨作用，但其热稳定性较差，且耐温性随相对分子质量的增加而降低，不适用于高温条件下的粘土防膨。同时，随着中低渗透油藏的开发，聚合物型高分子防膨剂由于分子链较长，容易吸附阻塞孔道，造成油层渗透率的进一步下降，影响后期的注水开发。随着中低渗透油田的开发，井深越来越深，温度越来越高，因此非常有必要开发一种耐温性能好，分子链较短的粘土防膨剂，不仅可以大大拓宽现有防膨剂的使用范围，还可以有效提高生产效率，降低生产成本。有机硅烷及其聚合物具备突出的耐温性能，同时有机硅烷能与粘土表面缩合，形成化学键，达到有效防膨的目的，但有机硅烷及其聚合物水溶性差，与其它用剂配伍性差。本发明在有机硅烷低聚物中引入季铵基团，增强其水溶性，同时提高其在粘土矿上的吸附能力。不仅提高了有机硅烷的水溶性，又在有机硅烷化学吸附的基础上增加了季铵基的物理吸附作用，开发出一种耐高温的粘土稳定剂。

发明内容

本发明公开一种油田用耐高温粘土稳定剂的制备方法，此产品既具有较好的高温防膨性能又具有良好的耐冲洗性能。

本发明公开一种油田用耐高温粘土稳定剂的制备方法，以γ-氯丙基三乙氧基硅烷和三甲胺为反应单体，碘化钾为引发剂，以无水乙醇为反应溶剂，在均相反应器的密闭环境中进行聚合反应。反应结束后经旋蒸提纯得到淡黄色粘稠液体，用石油醚洗涤得到耐高温粘土稳定剂产品。本发明在有机硅烷分子中引入水溶性基团---季铵基，不仅提高了有机硅烷的水溶性，同时兼具化学吸附和物理吸附作用，开发出一种耐高温的粘土稳定剂。

具体实施方式

实施例：

准确称取含量为98％的γ-氯丙基三乙氧基硅烷12.49g，加入500mL的均相反应釜的聚四氟乙烯内衬内，准确称量含量为33％的三甲胺乙醇溶液9.99g，碘化钾1g加入均相反应釜的聚四氟乙烯内衬内，准确称量无水乙醇溶液120ml,加入均相反应釜的聚四氟乙烯内衬内(确保反应体系中不含水),将聚四氟乙烯内衬放入均相反应器内，拧紧反应釜盖与顶丝螺栓，升温至恒温90℃，恒温反应40h后，冷却开釜。将取出的反应混合物旋转蒸发除去溶剂，先控制温度在30℃蒸发溶剂至产物粘稠，升温至50℃继续蒸馏至产品不流动为止。然后用石油醚洗涤样品除去未反应的反应物，重复洗涤三次，最终得到新型耐高温粘土稳定剂。

高温防膨性能评价：

测试方法：按照高温粘土稳定剂通用技术条件Q/SH1020 1966-2013，采用离心法。

(一)称取0.50g钠膨润土，精准至0.01g，装入10mL离心管中，加入10mL煤油，充分摇匀，在室温下存放24h，装入离心机，在转速为1500r/m下离心分离15min，读出钠膨润土的体积V₀。

(二)称取0.50g钠膨润土两份，精准至0.01g，分别置于高温高压密闭反应器内，依次加入蒸馏水10mL、4％高温粘土稳定剂样品水溶液10mL，充分摇匀混合，放入温度(150±1/300±1)℃恒温干燥箱中静置24h，自然冷却至室温。将高温高压密闭反应器内的粘土混合液分别转入两只不同的离心管中，装入离心机，在转速为1500r/m下离心分离15min，读出膨润土的体积V_m、V₁。

(三)将高温粘土稳定剂水溶液所在的离心管中的上层清液吸出，加蒸馏水至10mL刻度线，摇匀，静置24h。重复该操作两次，记录量筒中钠膨润土的最终体积V₂。

(四)数据处理使用下述公式：

式中：

F₁——防膨率；

F₂——高温粘土稳定剂水洗后的防膨率；

N——耐水洗率；

V₀——钠膨润土在煤油中的体积，单位为毫升(mL)；

V_m——钠膨润土在蒸馏水中的体积，单位为毫升(mL)；

V1——水洗前钠膨润土在高温粘土稳定剂水溶液中的体积，单位为毫升(mL)；

V₂——水洗后钠膨润土在高温粘土稳定剂水溶液中的体积，单位为毫升(mL)。

表1实验数据记录表

温度	V<sub>0</sub>	V<sub>m</sub>	V1	V<sub>2</sub>
					150℃	0.6ml	9.5ml	1.2ml	1.6ml
300℃	0.6ml	6.4ml	1.3ml	1.4ml

经高温防膨性能测试得到，本发明所合成的耐高温粘土稳定剂在150oC恒温24h后防膨率为93.26％，耐水洗率为95.18％；300℃恒温24h后防膨率为87.93％，耐水洗率为98.04％，实验结果均高于《高温粘土稳定剂通用技术标准Q\SH1020 1966-2013》的防膨性能指标，即300℃恒温24h防膨率大于等于80％，耐水洗率大于等于95％。

Claims (3)

1.一种油田用高温粘土稳定剂的制备方法，以γ-氯丙基三乙氧基硅烷和三甲胺乙醇溶液为前驱物，合成了季铵盐类的新型高温粘土稳定剂，所述具体步骤如下：

(1)准确称取一定量的含量＞98％的γ-氯丙基三乙氧基硅烷和三甲胺浓度为33％的三甲胺乙醇溶液，加入500mL的均相反应釜的聚四氟乙烯内衬内，充分混合；

(2)准确称量一定量的催化剂加到均相反应釜的聚四氟乙烯内衬中，充分搅拌混合均匀；

(3)量取一定量的无水乙醇，加入均相反应釜的聚四氟乙烯内衬内，混合均匀；

(4)将聚四氟乙烯内衬放入均相反应器拧紧反应釜盖与顶丝螺栓，升温至反应温度并恒温反应一段时间；

(5)反应结束后，冷却开釜，将反应得到的混合物旋转蒸发脱除溶剂；

(6)步骤(5)中脱溶剂后的产物经有机溶剂反复洗涤3次除去未反应的反应物，再放置于烘箱中干燥3h，即得到高温粘土稳定剂；

步骤(1)中反应物γ-氯丙基三乙氧基硅烷与33％的三甲胺乙醇溶液摩尔比为1:1.1～1:1.5；步骤(2)所述的催化剂为碘化钾，其用量为反应物的5％～10％；步骤(3)中无水乙醇的体积为100-150ml，且要确保反应体系中零含水；步骤(4)中反应温度为90℃-120℃，反应时间为40h。

2.根据权利要求1所述的高温粘土稳定剂的制备 方法，其特征在于：步骤(5)中旋蒸温度首先设定在30℃旋蒸至溶液粘稠，然后升温至50～80℃旋蒸至溶液不流动为止，压力设定为-0.1MPa以确保完全去除反应溶剂。

3.根据权利要求1所述的高温粘土稳定剂的制备 方法，其特征在于：步骤(6)中用石油醚作为有机溶剂洗涤除去未反应的反应物，石油醚在使用前需用分子筛除去水份，保证洗涤过程完全无水，石油醚用量为每次洗涤8g产品需加8ml石油醚，保证石油醚浸没产品，洗涤后产品的干燥温度在70～100℃为最佳。