CN107629779A - 高温油田酸化用粘土防膨剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田开发技术领域，具体涉及一种高温油田酸化用粘土防膨剂，该粘土防膨剂是由1‑萘酚与丙烯酸反应生成丙烯酸萘酚酯，随后与苯胺通过酰胺化反应生成，其中1‑萘酚、丙烯酸以及苯胺的摩尔比为1:0.9～1.5:1.1～1.3，优选为1:1.1:1.2。该粘土防膨剂具有制备工艺简单、成本低廉、适应性强、稳定性强、产率高、耐高温和防膨效果好的特点，产率大于90％，最高耐温达到210℃，防膨率可达到90％以上。因此，本发明可广泛地应用于油田酸化用粘土防膨工艺中。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，具体涉及一种高温油田酸化用粘土防膨剂。
背景技术
酸化用粘土防膨剂是指在酸化过程中能够抑制粘土膨胀的添加剂。油田酸化过程可加剧粘土膨胀。首先，酸流经粘土矿物时，会溶解矿物的胶结物，加剧了粘土矿物的膨胀和分散。其次，粘土膨胀会造成孔隙堵塞，由于膨胀而分散稀释的粘土颗粒和碎屑运移至裂缝的弯曲处而沉积或桥接、架桥，将进一步引起孔隙的减少和渗透率的降低；对于非膨胀性的粘土，酸能促进其分解，且分散颗粒易和其它微粒一起随流体流动而运移，从而堵塞了有效的流动通道，降低产油率；粘土膨胀不利于乏酸的排出，还会缩短酸化有效期。
1969年Carl D.最早提出了带有多个电荷的阳离子用作粘土防膨剂。1971年Young首次对有机硅的防膨性能作了研究，有机硅可以有效地固化砂岩地层，抑制砂岩疏松，防止粘土膨胀。1979年Robert W.Anderson,Bob G.K annenberg对氧化聚胺的防膨作用作了研究。聚胺可通过多个附着点强烈吸附在粘土表面。吸附后，聚胺将有效中和粘土的负电荷，从而减弱了粘土的膨胀性。2003年王正良、肖传敏对季铵盐阳离子聚合物粘土防膨剂作了研究，进行了粘土抑制性静态试验和岩心流动试验。结果表明，季铵盐阳离子聚合物粘土防膨剂具有很强的抑制粘土水化膨胀能力，可用于油田开发中注水井或采油井的注入水、酸化液、压裂液等工作液中。
阳离子聚合物可有效抑制粘土膨胀和运移，在酸化防膨和注入水防膨中起了重要作用，但是由于阳离子聚合物具有明显的桥接作用和导致粘土或岩屑聚集，使残酸不易将微粒携带出油层，对酸化效果有较大影响。
专利ZL200510044926“高温酸化用粘土防膨剂”发明了一种抗高温，对酸化不造成二次污染的高效粘土防膨剂，由2,3环氧丙基三甲基氯化铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、盐酸胍和水四部分组成，防膨率大于50％。该发明所使用的2,3环氧丙基三甲基氯化铵由于含有环氧键，高温下易于与水发生反应，难以持续。
专利ZL201410103056“一种高温粘土防膨剂及其制备方法和应用”发明了一种抗高温的高效粘土防膨剂，由四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠、氨基磺酸、软脂酸以及十八烷酸等部分组成。该发明主要应用于辽河油田稠油开采过程中，解除油层粘土高温伤害，提高单井产量，特别是解除各轮次吞吐过程中所造成油层堵塞。但是该发明的粘土防膨剂对于高温酸化环境不适用。
发明内容
本发明针对目前现有技术的不足而提供高温油田酸化用粘土防膨剂，该粘土防膨剂具有抗高温、对酸化不会造成二次污染和可长久保持效果的优点；同时具有制备工艺简单、成本低廉、适应性强、产率高、稳定性强和防膨效果好的特点。
本发明的目的在于提供高温油田酸化用粘土防膨剂，该粘土防膨剂是由1-萘酚与丙烯酸反应生成丙烯酸萘酚酯，随后与苯胺通过酰胺化反应生成。其分子式如下：
所述的1-萘酚、丙烯酸以及苯胺的摩尔比为1:0.9～1.5:1.1～1.3，优选为1:1.1:1.2。
本发明的另一个目的在于提供高温油田酸化用粘土防膨剂的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：
(1)在装有氮气保护、回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中，首先按照上述比例加入1-萘酚和丙烯酸，升温至80～90℃，在搅拌速率200～400rpm条件下，随后缓慢加入氢氧化钠，待氢氧化钠完全加入后，以每分钟7～10℃的速度升温至120～145℃，保持搅拌速率不变，恒温反应2～8h，然后关闭热源，自然降温至室温，加入6mol/L盐酸调节溶液pH＝7，得到黄色溶液。
(2)在上述黄色溶液中加入上述比例的苯胺和溶剂乙醇，搅拌速率为200～500rpm，加入阻聚剂，然后在氮气保护下反应，反应温度为20～25℃，反应3～8h后得到红棕色液体。
(3)将上述红棕色液体进行旋转除去溶剂乙醇，反应物分成两层，过滤得到液体物质，即为高温油田酸化用粘土防膨剂。
所述的氢氧化钠的用量为1-萘酚质量的2～3倍；所述的溶液乙醇的用量为1-萘酚质量的10～30倍；所述的阻聚剂为对苯二酚，用量为1-萘酚质量的1.2～4％。
所述的反应方程式如下：
本发明提供的高温油田酸化用粘土防膨剂，其属于非离子型有机化合物，含有两个芳香环基团和N元素，其中芳香环属于刚性结构，具有很好的耐温性能，而N元素有3个成单电子和一对孤电子，可与粘土表面的负电荷形成共价键，减小粘土晶片之间的静电斥力。同时该化合物可使强亲水的岩石表面转化为接近中性润湿，使得水进入粘土晶片的阻力加大，从而进一步阻止粘土膨胀。此外，该化合物具有一定的柔性结构，在与粘土接触时，可形成一层保护膜，避免了酸化液与粘土的聚结。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的粘土防膨剂的原料来源广泛、合成工艺简单和产率高的优点，产率大于90％，且产物易于获得和运输保存；
(2)本发明的粘土防膨剂适应性强，用量少，可满足环境保护和油田发展的需要；
(3)本发明的粘土防膨剂抗温性能好，最好能耐温210℃，且对酸化不会造成二次污染；
(4)本发明的粘土防膨剂具有防膨率高和稳定强的特点，防膨率可达到90％以上，且长期有效。
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：粘土防膨剂A1及其制备方法
(1)粘土防膨剂A1的组成、组份及分子式如下：
粘土防膨剂A1由1mol的1-萘酚与0.9mol的丙烯酸反应生成丙烯酸萘酚酯，随后与1.1mol的苯胺通过酰胺化反应生成。其分子式如下：
(2)粘土防膨剂A1的制备方法如下：
①在装有氮气保护，回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中，首先加入1mol的1-萘酚和0.9mol丙烯酸，升温至80℃，在搅拌速率200rpm条件下，随后缓慢加入288.34g氢氧化钠，待氢氧化钠完全加入后，以每分钟7℃的速度升温至120℃，保持搅拌速率不变，恒温反应2h，然后关闭热源，自然降温至室温，加入6mol/L盐酸调节溶液pH＝7，得到黄色溶液。
②在上述黄色溶液中加入1.1mol的苯胺和1441.7g溶剂乙醇，搅拌速率为200rpm，加入1.73g阻聚剂对苯二酚，然后在氮气保护下反应，反应温度为20℃，反应3h后得到红棕色液体。
③将上述红棕色液体进行旋转除去溶剂乙醇，反应物分成两层，过滤得到液体物质，即为高温油田酸化用粘土防膨剂A1，产率为95.6％。
制备A1的反应方程式如下：
实施例2：粘土防膨剂A2及其制备方法
(1)粘土防膨剂A2的组成、组份及分子式如下：
粘土防膨剂A2由1mol的1-萘酚与1.1mol的丙烯酸反应生成丙烯酸萘酚酯，随后与1.2mol的苯胺通过酰胺化反应生成。其分子式如下：
(2)粘土防膨剂A2的制备方法如下：
①在装有氮气保护，回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中，首先加入1mol的1-萘酚和1.1mol丙烯酸，升温至85℃，在搅拌速率320rpm条件下，随后缓慢加入360.43g氢氧化钠，待氢氧化钠完全加入后，以每分钟8℃的速度升温至130℃，保持搅拌速率不变，恒温反应5h，然后关闭热源，自然降温至室温，加入6mol/L盐酸调节溶液pH＝7，得到黄色溶液。
②在上述黄色溶液中加入1.2mol的苯胺和2883.4g溶剂乙醇，搅拌速率为350rpm，加入3.25g阻聚剂对苯二酚，然后在氮气保护下反应，反应温度为22℃，反应5h后得到红棕色液体。
③将上述红棕色液体进行旋转除去溶剂乙醇，反应物分成两层，过滤得到液体物质，即为高温油田酸化用粘土防膨剂A2，产率为97.2％。
制备A2的反应方程式见实施例1：
实施例3：粘土防膨剂A3及其制备方法
(1)粘土防膨剂A3的组成、组份及分子式如下：
粘土防膨剂A3由1mol的1-萘酚与1.5mol的丙烯酸反应生成丙烯酸萘酚酯，随后与1.3mol的苯胺通过酰胺化反应生成。其分子式如下：
(2)粘土防膨剂A3的制备方法如下：
①在装有氮气保护，回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中，首先加入1mol的1-萘酚和1.5mol丙烯酸，升温至90℃，在搅拌速率400rpm条件下，随后缓慢加入432.51g氢氧化钠，待氢氧化钠完全加入后，以每分钟10℃的速度升温至145℃，保持搅拌速率不变，恒温反应8h，然后关闭热源，自然降温至室温，加入6mol/L盐酸调节溶液pH＝7，得到黄色溶液。
②在上述黄色溶液中加入1.3mol的苯胺和4325.1g溶剂乙醇，搅拌速率为500rpm，加入5.76g阻聚剂对苯二酚，然后在氮气保护下反应，反应温度为25℃，反应8h后得到红棕色液体。
③将上述红棕色液体进行旋转除去溶剂乙醇，反应物分成两层，过滤得到液体物质，即为高温油田酸化用粘土防膨剂A3，产率为96.3％。
制备A3的反应方程式见实施例1。
实施例4：粘土防膨剂A4及其制备方法
(1)粘土防膨剂A4的组成、组份及分子式如下：
粘土防膨剂A4由1mol的1-萘酚与1.3mol的丙烯酸反应生成丙烯酸萘酚酯，随后与1.2mol的苯胺通过酰胺化反应生成。其分子式如下：
(2)粘土防膨剂A4的制备方法如下：
①在装有氮气保护，回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中，首先加入1mol的1-萘酚和1.3mol丙烯酸，升温至85℃，在搅拌速率350rpm条件下，随后缓慢加入352.32g氢氧化钠，待氢氧化钠完全加入后，以每分钟9℃的速度升温至140℃，保持搅拌速率不变，恒温反应5h，然后关闭热源，自然降温至室温，加入6mol/L盐酸调节溶液pH＝7，得到黄色溶液。
②在上述黄色溶液中加入1.2mol的苯胺和3856.2g溶剂乙醇，搅拌速率为450rpm，加入4.95g阻聚剂对苯二酚，然后在氮气保护下反应，反应温度为23℃，反应6h后得到红棕色液体。
③将上述红棕色液体进行旋转除去溶剂乙醇，反应物分成两层，过滤得到液体物质，即为高温油田酸化用粘土防膨剂A4，产率为96.8％。
制备A4的反应方程式见实施例1。
实施例5粘土防膨剂A1、A2、A3和A4防膨率和散失率的测定
用安丘膨润土，按照SY/T5762-1995《压裂酸化用粘土稳定剂性能测定方法》和SY/T6486-2000《注水井酸化中粘土防膨与微粒防运移工艺规范》，测定粘土防膨剂A1、A2、A3和A4的防膨率和90℃散失率，测定结果见表1。
表1粘土防膨剂A1、A2、A3和A4的防膨率和90℃散失率测定值
| 防膨剂 | A1 | A2 | A3 | A4 | 平均值 |
| 防膨率，％ | 93.5 | 97.6 | 94.7 | 96.2 | 95.5 |
| 散失率，％ | 11.2 | 10.8 | 12.3 | 11.5 | 11.45 |
从表1可以看出防膨剂A1、A2、A3和A4的防膨率均大于93％，平均为95.5％，最大A2为97.6％，防膨效果良好。90℃散失率平均为11.45％，最低A2为10.8％。
Claims (7)
1.高温油田酸化用粘土防膨剂，其特征在于，该粘土防膨剂是由1-萘酚与丙烯酸反应生成丙烯酸萘酚酯，随后与苯胺通过酰胺化反应生成，其分子式如下：
2.根据权利要求1所述的高温油田酸化用粘土防膨剂，其特征在于，所述的1-萘酚、丙烯酸以及苯胺的摩尔比为1:0.9～1.5:1.1～1.3。
3.根据权利要求2所述的高温油田酸化用粘土防膨剂，其特征在于，所述的1-萘酚、丙烯酸以及苯胺的摩尔比为1:1.1:1.2。
4.高温油田酸化用粘土防膨剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(1)在装有氮气保护、回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中，首先按照上述比例加入1-萘酚和丙烯酸，升温至80～90℃，在搅拌速率200～400rpm条件下，随后缓慢加入氢氧化钠，待氢氧化钠完全加入后，以每分钟7～10℃的速度升温至120～145℃，保持搅拌速率不变，恒温反应2～8h，然后关闭热源，自然降温至室温，加入6mol/L盐酸调节溶液pH＝7，得到黄色溶液；
(2)在上述黄色溶液中加入上述比例的苯胺和溶剂乙醇，搅拌速率为200～500rpm，加入阻聚剂，然后在氮气保护下反应，反应温度为20～25℃，反应3～8h后得到红棕色液体；
(3)将上述红棕色液体进行旋转除去溶剂乙醇，反应物分成两层，过滤得到液体物质，即为高温油田酸化用粘土防膨剂。
5.根据权利要求4所述的高温油田酸化用粘土防膨剂的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化钠的用量为1-萘酚质量的2～3倍。
6.根据权利要求4或5所述的高温油田酸化用粘土防膨剂的制备方法，其特征在于，所述的溶液乙醇的用量为1-萘酚质量的10～30倍。
7.根据权利要求4或5所述的高温油田酸化用粘土防膨剂的制备方法，其特征在于，所述的阻聚剂为对苯二酚，用量为1-萘酚质量的1.2～4％。
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