一种粘土稳定剂及其制备方法与流程

本发明属于石油开采，具体涉及一种粘土稳定剂及其制备方法。

背景技术：

1、注水开采是目前油田开发常用的采油方法，成本低，收益高，见效快，注入地下的水有利于稳定储层压力。但是随着注水时间的延长，一部分注水井的注水压力越来越高，有的井甚至注不进水，从而降低水驱效果，影响原油产量及油田的采收率。引起这种现象的主要原因是地层中含有一定的粘土矿物，具有高度水敏性，在注水开发实施中，粘土矿物易遇水膨胀、分散运移，从而堵塞地层孔隙结构，降低地层渗透率，给油气储层造成极大危害导致渗透率下降。

2、根据粘土矿物的水敏性损害机理，若在注入水中加入一些助剂，使注入水成为带阳离子的溶液，利用阳离子与粘土晶层表面的负离子作用，两者结合形成防膨体系，从而在粘土表面形成一层憎水的保护膜，隔离粘土晶层氧键或氨氧键的偶极对水分子的吸引，这样就起到了防止粘土水化膨胀的作用。同时，在水化粘土体系中产生了离子间排斥力，起到聚合凝缩作用，使粘土微粒聚结为粘土颗粒，最终达到防止粘土分散运移的作用，这种助剂就是粘土稳定剂。

3、通常情况下，注水用的粘土稳定剂不仅要求具有防膨胀效果高、有效使用浓度低的特点，而且需要与地层水配伍性良好，对地层中粘土的膨胀抑制效果稳定持久、耐各种流体冲刷。

4、cn109456748b公开了一种储层改造压裂用粘土稳定剂及其制备方法。其包括以下步骤：以对氨基苯酚和环氧氯丙烷为原料，在醇钠的催化下，得到中间产物；以中间产物和氨气为原料，得到储层改造压裂用粘土稳定剂。该发明粘土稳定剂含有极性较高的苯环，就使得其存在一般聚醚胺粘土稳定剂优点的同时又具有很高的极性，使得在做为压裂液添加剂所使用之后，更容易对其进行反排，对环境有着更好的保护，且在防膨率评价方面也更有优势，对油气田开采方面更具有发展前景。但是该发明粘土稳定剂分子中没有阳离子，粘土表面是带负电荷的，导致粘土无法很好地吸附稳定剂，因此导致了防膨效果不理想。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术存在的不足而提供一种粘土稳定剂及其制备方法。本发明粘土稳定剂具有原料来源广泛、价格低廉、制备工艺简单；同时具有防膨率高、耐水洗、泥岩损失率低的优点。

2、本发明一个目的公开了一种粘土稳定剂，所述粘土稳定剂的分子结构式如下：

3、

4、其中，n＝500-5000。

5、优选地，所述粘土稳定剂的粘均分子量为1000000-5000000。

6、本发明的另一个目的公开了上述粘土稳定剂的制备方法，所述制备方法的具体步骤如下：

7、(1)在反应器中加入2,2'-二吡啶甲基胺、异丙醇、1,4-二氯-2丁烯，用氮气吹扫反应器3-5min，用氢氧化钠调节ph 9-10，加热到90-100℃，维持1-2h，反应过程中不定期加入氢氧化钠维持ph 9-10。降温到40℃以下，用硫酸调节ph3-4，加入无水氯化钙，过滤；

8、(2)滤液缓慢滴加硫酸二甲酯，滴加完毕，在80-90℃条件下保温反应4-6h，减压蒸馏得到粘稠固体；

9、(3)加入蒸馏水溶解，加入磷酸二氢钾，用氢氧化钠调节ph6-7，用氮气吹扫反应器3-5min，缓慢滴加引发剂溶液，滴加完毕后，升温到60-65℃，保温2-3h，得到粘稠液体，用氢氧化钠溶液调节ph6-7；

10、(4)将粘稠液体用乙醇沉淀、抽提、干燥、粉粹，得到类白色固体颗粒即粘土稳定剂。

11、在本发明中，优选地，基于1摩尔份的2,2'-二吡啶甲基胺，所述的1,4-二氯-2丁烯、硫酸二甲酯的用量分别为0.4-0.6摩尔份、2.5-3.5摩尔份；更优选地，基于1摩尔份的2,2'-二吡啶甲基胺，所述的1,4-二氯-2丁烯、硫酸二甲酯的用量分别为0.45-0.55摩尔份、2.7-3.3摩尔份。

12、在本发明中，优选地，步骤(1)中所述异丙醇、无水氯化钙与2,2'-二吡啶甲基胺的重量比为10-15：0.5-2：1。

13、在本发明中，优选地，步骤(3)中所述蒸馏水、磷酸二氢钾与2,2'-二吡啶甲基胺的重量比为4-6：0.01-0.02：1。

14、在本发明中，优选地，步骤(3)中所述引发剂为过硫酸盐与亚硫酸氢钠混合物。

15、优选情况下，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种。

16、优选情况下，所述过硫酸盐、亚硫酸氢钠与2,2'-二吡啶甲基胺的重量比为0.02-0.05：0.01-0.02：1。

17、本发明粘土稳定剂合成的反应方程式如下：

18、

19、

20、本发明的粘土稳定剂为高分子聚合物。分子中有大量的季铵盐、吡啶铵盐，带有强烈的正电荷，可以吸附带负电荷的粘土，中和负电荷，使得粘土间的斥力减小，起到防膨作用；外侧为憎水的聚合烷基链，可以阻止水分子与粘土接触而抑制膨胀；本发明可以同时与多个粘土颗粒形成多点吸附，吸附之后在粘土颗粒的表面形成一层聚合物保护膜，将粘土颗粒保护起来，防止粘土颗粒的水化、膨胀、运移。

21、本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

22、(1)本发明的粘土稳定剂的原料来源广泛，价格低廉、合成及制备工艺简单的特点；

23、(2)本发明的粘土稳定剂具有防膨率高、耐水洗、泥岩损失率低的优点，使用浓度为5000mg/l时，防膨率最高达到98.6％，水洗防膨率最高达到96.2％，泥岩损失率最低达到4.6％。

技术特征：

1.一种粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述一种粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，基于1摩尔份的2,2'-二吡啶甲基胺，所述的1,4-二氯-2丁烯、硫酸二甲酯的用量分别为0.45-0.55摩尔份、2.7-3.3摩尔份。

3.根据权利要求1所述一种粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述异丙醇、无水氯化钙与2,2'-二吡啶甲基胺的重量比为10-15：0.5-2：1。

4.根据权利要求1所述一种粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述蒸馏水、磷酸二氢钾与2,2'-二吡啶甲基胺的重量比为4-6：0.01-0.02：1。

5.根据权利要求1所述一种粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述引发剂为过硫酸盐与亚硫酸氢钠混合物。

6.根据权利要求5所述一种粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种。

7.根据权利要求6所述一种粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，所述过硫酸盐、亚硫酸氢钠与2,2'-二吡啶甲基胺的重量比为0.02-0.05：0.01-0.02：1。

8.一种粘土稳定剂，其特征在于，所述粘土稳定剂的分子结构式如下：

9.根据权利要求8所述一种粘土稳定剂，其特征在于，所述粘土稳定剂的粘均分子量为1000000-5000000。

技术总结
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种粘土稳定剂及其制备方法。所述制备方法如下：在反应器中加入2,2'‑二吡啶甲基胺、异丙醇、1,4‑二氯‑2丁烯，调节pH值，加热，维持，降温到40℃以下，调节pH3‑4，加入无水氯化钙，过滤；滤液缓慢滴加硫酸二甲酯，保温反应，减压蒸馏得到粘稠固体；加入蒸馏水溶解，加入磷酸二氢钾，调节pH值，滴加引发剂溶液，升温，保温，得到粘稠液体，沉淀、抽提、干燥、粉粹，得到粘土稳定剂。本发明粘土稳定剂具有原料来源广泛、价格低廉、制备工艺简单；同时具有防膨率高、耐水洗、泥岩损失率低的优点。

技术研发人员：宋月晴,史海滨,李齐,王俊德,王鲁燕
受保护的技术使用者：山东滨州昱诚化工科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10