CN114426824A - 一种防水敏伤害的粘土稳定剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油田开采技术领域，具体涉及一种防水敏伤害的粘土稳定剂及其制备方法与应用。该粘土稳定剂的组成及组份如下：AM/DMBAC共聚1份，阳离子Bola型表面活性剂20～35份，水80～100份。制备方法如下：(1)在恒定水温和带搅拌条件下，将阳离子Bola型表面活性剂加入水中，搅拌均匀得到阳离子Bola型表面活性剂的水溶液。(2)在恒定水温和带搅拌条件下，将AM/DMBAC共聚物缓慢加入上述阳离子Bola型表面活性剂的水溶液中，搅拌均匀后自然降温得到最终产物，即粘土稳定剂。本发明的粘土稳定剂可强烈地吸附到粘土表面不易分解，且长期有效，耐水洗率＞98％，防膨率高，防膨率达到98％以上。

Description

一种防水敏伤害的粘土稳定剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于油田开采技术领域，具体涉及一种防水敏伤害的粘土稳定剂及其制备方法与应用。
背景技术
目前我国石油开采多为注水开发，地层中粘土矿物在油田开采过程中碰到水基物质就会产生膨胀和分散，从而导致储层渗透率降低，损害油气储层。为了保护油气层的渗透性，在各种水基工作液中添加粘土稳定剂，可以有效的抑制粘土对油气层的损害。粘土稳定剂在水基物中电解出的阳离子可以通过静电作用吸附在粘土颗粒的表面上，减少粘土颗粒负电性，亦可包裹在粘土颗粒表面，抑制粘土膨胀。
目前油田常用的粘土稳定剂主要包括无机盐类粘土稳定剂和有机阳离子粘土稳定剂。无机盐类粘土稳定剂的初始防膨率较高，但耐冲刷能力较差，且其防膨作用只是暂时性的；有机阳离子粘土稳定剂具有长效性，能长时间的稳定粘土。然而，针对低渗透油层，相对分子质量较大的阳离子聚合物会加重对油田渗透率的伤害。面对复杂多变的地层条件，越来越多的科研工作者提出了中小分子质量粘土稳定剂的使用。
专利ZL201610041585.0“油气田压裂用粘土稳定剂及其制备方法”公开了一种油气田压裂用粘土稳定剂及其制备方法，该粘土稳定剂是以多乙烯多胺为起始剂，与环氧乙烷和环氧丙烷开环加成后，再进行胺的阳离子化反应制得，可有效防止粘土、泥页岩膨胀。但是该发明使用了大量的含氯有机化合物，具有较强的毒性，而且采出后的原油如果含有氯元素，容易引起后期裂解催化剂的失活。
CN102433110A公开了一种钻井液用胺类泥页岩稳定剂，由聚醚二胺与环氧烷烃按照摩尔比10:1～1:20反应生成，优选的，聚醚二胺为聚氧乙烯二胺、聚氧丙烯二胺或聚氧乙烯丙烯二胺，分子量小于1000。该稳定剂能有效抑制粘土水化膨胀和水化分散，但其配伍性较差，防膨性能还有待进一步提高。
王桂霞等人的“阳离子型共聚物AM/DMBAC疏水微嵌段结构的分析”提出一种疏水缔合嵌段共聚物，该共聚物属于季铵盐型，根据室内试验研究，该共聚物不仅可用于水处理等工业领域，对于低渗油藏的防水敏伤害也具有优异效果，特别在耐冲刷性能，防膨效果，耐温效果等方面均有优异的性能，因此该阳离子型聚合物可以用于油田的防膨粘土稳定剂。
刘萍萍等人的“阳离子Bola型表面活性剂的合成及在腈纶染色中的应用”提出了一种阳离子Bola型表面活性剂，该表面活性剂属于小分子型季铵盐。根据室内试验研究，该表面活性剂对于低渗水敏油藏的防膨也具有较好性能，本发明将大分子型阳离子和小分子型阳离子分子复合，既提高了防膨效果，又增强了其在地层中的作用时间，降低了成本。
发明内容
本发明针对目前现有技术的不足而提供一种防水敏伤害的粘土稳定剂及其制备方法，本发明的粘土稳定剂具有耐温抗盐性、价格低廉、工艺简单和有效期长的特点。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种低渗油藏防水敏伤害的粘土稳定剂，所述的粘土稳定剂的组成及组份如下：
AM/DMBAC共聚物 1份；
阳离子Bola型表面活性剂 20～35份；
水 80～100份。
所述的AM/DMBAC共聚物，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000031
其中，m＝10～500，优选50～350，更优选为100～150；
n＝20～760，优选100～550，更优选为250～350。
所述的阳离子Bola型表面活性剂，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000032
根据本发明的第二个方面，本发明提供了由本发明第一个方面所述粘土稳定剂的制备方法，该方法的步骤如下：
(1)在恒定水温和带搅拌条件下，将阳离子Bola型表面活性剂加入水中，搅拌均匀得到阳离子Bola型表面活性剂的水溶液。
(2)在恒定水温和带搅拌条件下，将AM/DMBAC共聚物缓慢加入上述阳离子Bola型表面活性剂的水溶液中，搅拌均匀后自然降温得到最终产物，即粘土稳定剂。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了由本发明第一个方面所述粘土稳定剂在低渗油藏中的应用。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的粘土稳定剂制备工艺和操作简单，使用量少，油藏适应性强的特点，因此可大规模地推广应用，满足油田发展的需要；
(2)本发明的粘土稳定剂耐温耐盐性能好，耐温达到300℃以上，耐矿化度达到200000mg/L以上，且与油藏具有良好的配伍性；
(3)本发明的粘土稳定剂可强烈地吸附到粘土表面不易分解，且长期有效，耐水洗率＞98％，防膨率高，防膨率达到98％以上。
具体实施方式
在本发明中所批露的范围的端点值和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种低渗油藏防水敏伤害的粘土稳定剂，所述的粘土稳定剂的组成及组份如下：
AM/DMBAC共聚物 1份；
阳离子Bola型表面活性剂 20～35份；
水 80～100份。
所述的AM/DMBAC共聚物，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000041
其中，m＝10～500，优选50～350，更优选为100～150；
n＝20～760，优选100～550，更优选为250～350。
所述的AM/DMBAC共聚物的分子量2000～50000，优选为10000～40000，更优选为20000～25000。
所述AM/DMBAC共聚物的合成方法参见：“阳离子型共聚物AM/DMBAC疏水微嵌段结构的分析”，王桂霞、李万刚、张玉玺等，《高分子学报》，2010年04期。
所述的阳离子Bola型表面活性剂，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000051
所述的阳离子Bola型表面活性剂的合成方法参见：“阳离子Bola型表面活性剂的合成及在腈纶染色中的应用”，刘萍萍、缪培培、王祥荣，《印染助剂》，2011年12期22-24。
在本发明中，优选地，所述的粘土稳定剂的组成及组份如下：
AM/DMBAC共聚物 1份；
阳离子Bola型表面活性剂 25-30份；
水 80-90份。
本发明提供的低渗油藏防水敏伤害的粘土稳定剂，其中的AM/DMBAC共聚物属于季铵盐阳离子型聚合物，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；由于分子链长，单分子上的阳离子基团多，因此其与地层吸附的抓手较多，吸附力强，耐冲刷能力强。同时，由于聚合物分子上的高支化结构，使其不易卷曲，不会影响其覆盖面积，耐盐性能好，引入的苯环基团可有效提高分子耐温性能。阳离子Bola型表面活性剂作为一种表面活性剂，具有强疏水性和强活性，通过与粘土颗粒或岩心孔道表面的吸附，形成不同分布特征的吸附层，将表面粘土颗粒覆盖；由于吸附层具有超/强疏水性，这种覆盖可以减少或隔离水分子与粘土矿物的接触，降低粘土膨胀以及颗粒运移对地层的伤害，从而起到防膨作用，减缓注水压力上升，达到降压增注的效果。上述两者的复合使用将显著提升粘土稳定剂的耐冲刷能力和防水敏特性。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了由本发明第一个方面所述粘土稳定剂的制备方法，该方法的步骤如下：
(1)在恒定水温和带搅拌条件下，将阳离子Bola型表面活性剂加入水中，搅拌均匀得到阳离子Bola型表面活性剂的水溶液。
(2)在恒定水温和带搅拌条件下，将AM/DMBAC共聚物缓慢加入上述阳离子Bola型表面活性剂的水溶液中，搅拌均匀后自然降温得到最终产物，即粘土稳定剂。
优选地，步骤(1)中恒定水温为50-65℃，更优选为55-62℃。
优选情况下，步骤(1)中搅拌速度为200～300rpm、搅拌时间为10-30min，更优选为搅拌速度为200～250rpm、搅拌时间为15-20min。
优选情况下，步骤(2)中恒定水温为40-55℃，更优选为45-50℃。
优选地，步骤(2)中搅拌速度为300～600rpm、搅拌时间为90-180min。
为了提高粘土稳定剂性能指标的稳定性，优选情况下，步骤(2)中的恒定水温和带搅拌包括依次进行的两阶段，第一阶段条件包括：水温为40-45℃、搅拌速度为300～500rpm、搅拌时间为60-120min；第二阶段条件包括：水温为45-55℃、搅拌速度为500～600rpm、搅拌时间为30-60min。
另外，按照一种更加具体优选的实施方式，所述防水敏伤害的粘土稳定剂的制备方法包括以下步骤：
(1)在50～65℃的恒温水浴锅内，将水置于烧杯中，在搅拌速率200～300rpm下，快速加入阳离子Bola型表面活性剂，搅拌10～30min，得到阳离子Bola型表面活性剂的水溶液；
(2)将上述水溶液的温度调整至40～45℃，待温度恒定后，在搅拌速率为300～500rpm条件下，缓慢加入AM/DMBAC共聚物，搅拌60～120min，随后升温至45～55℃，搅拌速率为500～600rpm，恒温30～60min，然后自然降温至室温得到最终产物，即粘土稳定剂。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了由本发明第一个方面所述粘土稳定剂在低渗油藏中的应用。
所述的应用，粘土稳定剂现场使用浓度为0.2-1.0％。
所述的应用，低渗透油藏的渗透率小于50×10-3um2。
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。
在本发明中，所用的装置或设备均为所属领域已知的常规装置或设备，均可购得。
以下实施例和对比例中，在没有特别说明的情况下，所使用的各种试剂均为来自商购的化学纯试剂。
产品的性能测试采用以下方法进行：
防膨率的测试方法参考《SY/T5971-94注水用粘土稳定剂性能评价方法》。
实施例1
本实施例用于说明本发明的防水敏伤害粘土稳定剂及其制备方法。
(1)在50℃的恒温水浴锅内，将69.5份的水置于烧杯中，在搅拌速率200rpm下，快速加入30份的阳离子Bola型表面活性剂，搅拌10min，得到混合溶液A；
(2)将上述混合溶液A的温度调整至40℃，待温度恒定后，在搅拌速率为300rpm下，缓慢加入0.5份的AM/DMBAC共聚物，搅拌45min，随后升温至45℃，恒温30min，然后自然降温至室温得到最终产物，即本发明的粘土稳定剂C1。经测试粘土稳定剂C1的最高耐温达到350℃，最高耐矿化度达到235000mg/L。
所述的AM/DMBAC共聚物，分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000081
其中；m＝10～50；n＝20～50。
所述的阳离子Bola型表面活性剂，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000082
实施例2
本实施例用于说明本发明的防水敏伤害粘土稳定剂及其制备方法。
(1)在55℃的恒温水浴锅内，将54.35份的水置于烧杯中，在搅拌速率220rpm下，快速加入45份的阳离子Bola型表面活性剂，搅拌13min，得到混合溶液A；
(2)将上述混合溶液A的温度调整至44℃，待温度恒定后，在搅拌速率为400rpm下，缓慢加入0.65份的AM/DMBAC共聚物，搅拌60min，随后升温至48℃，恒温45min，然后自然降温至室温得到最终产物，即本发明的粘土稳定剂C2。经测试粘土稳定剂C2的最高耐温达到382℃，最高耐矿化度达到258000mg/L。
所述的AM/DMBAC共聚物，分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000091
其中；m＝50～150；n＝60～150。
所述的阳离子Bola型表面活性剂，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000092
实施例3
本实施例用于说明本发明的防水敏伤害粘土稳定剂及其制备方法。
(1)在62℃的恒温水浴锅内，将64.2份的水置于烧杯中，在搅拌速率230rpm下，快速加入35份的阳离子Bola型表面活性剂，搅拌12min，得到混合溶液A；
(2)将上述混合溶液A的温度调整至42℃，待温度恒定后，在搅拌速率为350rpm下，缓慢加入0.8份的AM/DMBAC共聚物，搅拌90min，随后升温至52℃，恒温50min，然后自然降温至室温得到最终产物，即本发明的粘土稳定剂C3。经测试粘土稳定剂C3的最高耐温达到325℃，最高耐矿化度达到232000mg/L。
所述的AM/DMBAC共聚物，分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000101
其中；m＝150～200；n＝180～250。
所述的阳离子Bola型表面活性剂，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000102
实施例4
本实施例用于说明本发明的防水敏伤害粘土稳定剂及其制备方法。
(1)在65℃的恒温水浴锅内，将49份的水置于烧杯中，在搅拌速率250rpm下，快速加入50份的阳离子Bola型表面活性剂，搅拌15min，得到混合溶液A；
(2)将上述混合溶液A的温度调整至45℃，待温度恒定后，在搅拌速率为500rpm下，缓慢加入1份的AM/DMBAC共聚物，搅拌120min，随后升温至55℃，恒温60min，然后自然降温至室温得到最终产物，即本发明的粘土稳定剂C4。经测试粘土稳定剂C4的最高耐温达到370℃，最高耐矿化度达到227000mg/L。
所述的AM/DMBAC共聚物，分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000111
其中；m＝200～250；n＝300～360。
所述的阳离子Bola型表面活性剂，其分子通式如下：
Figure BDA0002697664470000112
实施例5
分别准确称取5.0g上述C1、C2、C3、C4粘土稳定剂样品以及阳离子Bola型表面活性剂和AM/DMBAC共聚物，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300℃和矿化度为200000mg/L条件下的防膨率。本实验所用粘土稳定剂溶液为实施例6中所配溶液，试验结果见表1。
表1粘土稳定剂C1～C4防膨率的评价结果
Figure BDA0002697664470000113
Figure BDA0002697664470000121
从表1可以看出，粘土稳定剂C1～C4的防膨率均大于98.0％，其中，粘土稳定剂C2的防膨率最高，达到99.3％。而单一的阳离子Bola型表面活性剂和AM/DMBAC共聚物的防膨率分别为87.4％和53.6％，明显低于C1～C4。说明本发明研制的粘土稳定剂在300℃和矿化度为200000mg/L条件下具有良好的防膨能力，而单一的阳离子Bola型表面活性剂和AM/DMBAC共聚物防膨能力较差，不具备现场应用条件。
实施例7
按照中国石油天然气行业标准评价Q/SH10201966-2018《高温粘土稳定剂通用技术条件》进行耐水洗能力测试，粘土稳定剂配制浓度为100ppm，搅拌均匀后备用。采用离心法测定清水冲刷三次后的防膨效果。实验结果如表2所示。
表2粘土稳定剂C1～C4耐水洗能力测试结果
产品 耐水洗率，％
C<sub>1</sub> 98.3
C<sub>2</sub> 98.9
C<sub>3</sub> 98.1
C<sub>4</sub> 98.6
阳离子Bola型表面活性剂 46.9
AM/DMBAC共聚物 86.5
由表2可见，粘土稳定剂C1～C4耐水洗率均大于98％，最高达到98.9％。而而单一的阳离子Bola型表面活性剂和AM/DMBAC共聚物的耐水洗率分别为46.9％和86.5％，明显低于C1～C4。说明本发明的粘土稳定剂具有良好的耐水洗能力。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种低渗油藏防水敏伤害的粘土稳定剂，所述的粘土稳定剂的组成及组份如下：
AM/DMBAC共聚物 1份；
阳离子Bola型表面活性剂 20～35份；
水 80～100份；
所述的AM/DMBAC共聚物，其分子通式如下：
Figure FDA0002697664460000011
其中，m＝10～500，n＝20～760；
所述的阳离子Bola型表面活性剂，其分子通式如下：
Figure FDA0002697664460000012
2.根据权利要求1所述的粘土稳定剂，其特征在于，所述的粘土稳定剂的组成及组份如下：
AM/DMBAC共聚物 1份；
阳离子Bola型表面活性剂 25-30份；
水 80-90份。
3.根据权利要求1或2所述的粘土稳定剂，其特征在于，所述的AM/DMBAC共聚物，其分子通式如下：
Figure FDA0002697664460000021
其中，m＝50～350；n＝100～550。
4.根据权利要求1所述的粘土稳定剂，其特征在于，所述的AM/DMBAC共聚物的分子量2000～50000。
5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述粘土稳定剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)在恒定水温和带搅拌条件下，将阳离子Bola型表面活性剂加入水中，搅拌均匀得到阳离子Bola型表面活性剂的水溶液；
(2)在恒定水温和带搅拌条件下，将AM/DMBAC共聚物缓慢加入上述阳离子Bola型表面活性剂的水溶液中，搅拌均匀后自然降温得到最终产物，即粘土稳定剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的搅拌速度为200～300rpm、搅拌时间为10-30min，所述的恒定水温为50-65℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的搅拌速度为200～250rpm、搅拌时间为15-20min，所述的恒定水温为55-62℃。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的搅拌速度为300～600rpm、搅拌时间为90-180min，所述的恒定水温为40-55℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的恒定水温和带搅拌包括依次进行的两阶段，第一阶段条件包括：水温为40-45℃、搅拌速度为300～500rpm、搅拌时间为60-120min；第二阶段条件包括：水温为45-55℃、搅拌速度为500～600rpm、搅拌时间为30-60min。
10.根据权利要求5所述的制备方法，该制备方法具体步骤如下：
(1)在50～65℃的恒温水浴锅内，将水置于烧杯中，在搅拌速率200～300rpm下，快速加入阳离子Bola型表面活性剂，搅拌10～30min，得到阳离子Bola型表面活性剂的水溶液；
(2)将上述水溶液的温度调整至40～45℃，待温度恒定后，在搅拌速率为300～500rpm条件下，缓慢加入AM/DMBAC共聚物，搅拌60～120min，随后升温至45～55℃，搅拌速率为500～600rpm，恒温30～60min，然后自然降温至室温得到最终产物，即粘土稳定剂。
11.根据权利要求1-4任一项权利要求所述粘土稳定剂在低渗油藏中的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，所述粘土稳定剂现场使用浓度为0.2-1.0％。
13.根据权利要求11所述的应用，所述低渗透油藏的渗透率小于50×10-3um2。
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