CN103497288A - 一种AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物及其制备方法 - Google Patents

一种AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于油田钻井和开发中抑制粘土膨胀的AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物及其制备方法。它能解决油井高温条件下因粘土膨胀、分散和运移而造成油气层伤害的问题。其技术方案是：该共聚物由烯丙基β-环糊精A-β-CD、丙烯酰胺AM、丙烯酸AA、十六烷基甲基二烯丙基氯化铵HMDAAC四种单体聚合而成；单体的摩尔比为A-β-CD：AM：AA：HMDAAC=10：30－40：20－25：30－35；螯合剂用乙二胺四乙酸二钠、氧化剂用过硫酸钾、还原剂用亚硫酸氢钠；先在容器中加入四种单体，再加螯合剂、氧化剂和还原剂，40－50℃下用气浴摇床培养3－4h，即得本共聚物。该共聚物防膨时效性好，防膨抗高温性佳，能有效抑制粘土在高温下膨胀、分散和运移。

Description

一种AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种在油气田钻井和开发过程中抑制粘土水化膨胀，作为粘土稳定剂的AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物及其制备方法。
技术背景
在油气开采的过程中，粘土矿物的水化膨胀及分散运移会造成储层的堵塞，从而降低储层的渗透率，进而影响最终采收率。为了控制由于粘土矿物引起的储层损害，在过去的几十年里，国内外学者研发了许多粘土稳定剂（陈大均.油气田应用化学[M].北京：石油工业出版社，2006；Anderson et al.Clay swelling—A challenge in the oilfield.Earth-ScienceReviews2010,98(3–4),201–216）。至今，粘土稳定剂已广泛地应用于酸化、压裂、防砂、修井以及提高采收率等技术中。但是在粘土稳定剂的使用过程，常用粘土稳定剂在高温储层温度条件下的存在防膨效果差、时效性低等问题。本发明提供了可在高温条件下使用的粘土稳定剂，解决其在高温储层条件下粘土稳定效果不佳，造成地层堵塞，储层渗透率降低等技术问题。
发明内容
本发明的目的是：为了解决高温油气井条件一般粘土稳定剂在高温条件下防膨效果差、时效性短，不能有效地抑制粘土的水化膨胀和分散的问题，特提供一种AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物，是由烯丙基β-环糊精代号A-β-CD、丙烯酰胺代号AM、丙烯酸代号AA、十六烷基甲基二烯丙基氯化铵代号HMDAAC四种单体聚合而成；所用单体的摩尔百分比分别为：A-β-CD的摩尔百分比为10%、AM的摩尔百分比为30－40%、AA的摩尔百分比为20－25%、HMDAAC的摩尔百分比为30－35%；螯合剂用乙二胺四乙酸二钠代号EDTA，用量为反应单体总质量的0.15%－0.25%；氧化剂用过硫酸钾代号KPS，用量为反应单体总质量的0.15－0.25%；还原剂用亚硫酸氢钠代号NaHSO3，用量为反应单体总质量的0.35－0.60%。
上述共聚物中由AM、AA、HMDAAC、A-β-CD四种单体聚合而得的AM/AA/HMDAAC/A-β-CD聚合物，其结构式为：
Figure BDA0000398798470000011
其中X的摩尔百分比为10%，Y的摩尔百分比为30—40%，Z的摩尔百分比为20—25%，w的摩尔百分比为30—35%。
Figure BDA0000398798470000012
表示环糊精结构单元。
一种AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物的制备方法包括以下步骤：先在反应容器中加入浓度为0.01g/ml的A-β-CD水溶液100ml，然后再往上述容器中加入浓度为0.1g/ml的AM溶液1.8－2.4ml、浓度为0.1g/ml的AA溶液1.2－1.5ml、浓度为0.2g/ml的HMDAAC溶液4.7－5.5ml，四种单体的摩尔比为：A-β-CD：AM：AA：HMDAAC=10：30－40：20－25：30－35，搅拌均匀；接着在不断搅拌下，往上述单体混合物中依次加入浓度为0.3g/ml的EDTA溶液1ml，浓度为0.3g/ml的KPS溶液1ml和浓度为1.0g/ml NaHSO3溶液0.7ml。最后将上述反应容器置于温度为40－50℃下气浴摇床上培养反应3－4h，得到AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物作为粘土稳定剂，其制备方法简便可行，反应条件温和；该方法制备的共聚物能够在粘土表面形成含环糊精的双重疏水保护层，同时通过电荷和氢键双重吸附，从而提高其抗温性和时效性，进一步减少粘土的膨胀、分散和运移。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步说明。
实例1AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物作为粘土稳定剂的制备方法
将配制好的浓度为0.01g/ml的A-β-CD水溶液100ml加入到250ml的烧杯中，然后再依次往上述容器中加入浓度为0.1g/ml的AM溶液1.8ml、浓度为0.1g/ml的AA溶液1.5ml、浓度为0.2g/ml的HMDAAC溶液5.5ml，搅拌均匀；接着在不断搅拌下，往上述单体混合物中依次加入浓度为0.3g/ml的EDTA溶液1ml，浓度为0.3g/ml的KPS溶液1ml和浓度为1.0g/mlNaHSO3溶液0.7ml，最后将上述反应器置于温度为45℃下气浴摇床培养反应4h，得到AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物。
实例2AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物作为粘土稳定剂的防膨时效性考察
依据中国石油天然气行业标准SY/T5971294注水用粘土稳定剂性能评价方法中页岩膨胀仪测定防膨率，将上述四元共聚物配制成浓度为3000mg/L的溶液，用智能页岩膨胀仪（WZ-2型）测定5g钠蒙脱土的在不同时间（1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h）的膨胀高度，通过计算得出该四元共聚物溶液对钠基膨润土的防膨率。结果表明，随着时间的延长，防膨效果有所降低，但该试剂的防膨效果持久性好，8h内防膨率稳定维持在90.1%以上。
实例3AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物作为粘土稳定剂的防膨耐温性考察
将浓度3000mg/L的上述共聚物溶液，在不同温度条件下（20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃），用智能页岩膨胀仪（WZ-2型）测定5g钠蒙脱土的膨胀高度，结果表明，随着温度的上升，防膨率有所下降，但当温度升高到200℃时，防膨率仍然维持在85.3%以上。

Claims (3)

1.一种AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物，其特征在于：该共聚物由烯丙基β-环糊精代号A-β-CD、丙烯酰胺代号AM、丙烯酸代号AA、十六烷基甲基二烯丙基氯化铵代号HMDAAC四种单体聚合而成；所用单体的摩尔百分比为：A-β-CD的摩尔百分比为10%、AM的摩尔百分比为30%－40%、AA的摩尔百分比为20－25%、HMDAAC的摩尔百分比为30－35%；螯合剂用乙二胺四乙酸二钠代号EDTA，用量为反应单体总质量的0.15%－0.25%；氧化剂用过硫酸钾代号KPS，用量为反应单体总质量的0.15－0.25%；还原剂用亚硫酸氢钠代号NaHSO3，用量为反应单体总质量的0.35－0.60%。
2.一种如权利要求1所述共聚物的制备方法，其特征在于：先在反应容器中加入浓度为0.01g/ml的A-β-CD水溶液100ml，然后再往上述容器中加入浓度为0.1g/ml的AM溶液1.8－2.4ml、浓度为0.1g/ml的AA溶液1.2－1.5ml、浓度为0.2g/ml的HMDAAC溶液4.7－5.5ml，四种单体的摩尔比为：A-β-CD：AM：AA：HMDAAC=10：30－40：20－25：30－35，搅拌均匀；接着在不断搅拌下，往上述单体混合物中依次加入浓度为0.3g/ml的EDTA溶液1ml，浓度为0.3g/ml的KPS溶液1ml和浓度为1.0g/ml NaHSO3溶液0.7ml；最后将上述反应容器置于温度为40－50℃下气浴摇床上培养反应3－4h，得到AM/AA/HMDAAC/A-β-CD共聚物。
3.根据权利要求1所述的共聚物，其特征是：该共聚物的应用，将上述制得的共聚物配制成浓度为3000mg/L的水溶液，用智能页岩膨胀仪（WZ-2型）测定5g钠蒙脱土在不同时间内的膨胀高度，结果表明，随着时间的延长，防膨率有所降低，但该共聚物的防膨效果持久性好，8h内防膨率稳定维持在90.1%以上；在不同温度条件下，将浓度为3000mg/L的上述共聚物溶液，用智能页岩膨胀仪（WZ-2型）测定5g钠蒙脱土的膨胀高度，结果表明，随着温度的上升，防膨率有所下降，但在20－200℃温度内，防膨率仍维持在85.3%以上。
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