CN116376528A - 一种防膨缩膨抑砂剂、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供有一种防膨缩膨抑砂剂、制备方法及其应用，属于石油钻采井筒储层保护技术领域，所述防膨缩膨抑砂剂包括以下质量百分含量的原料：18％～22.5％多乙烯多胺、20％～25％有机酸、0.2％～0.5％水质稳定剂，和，余量为水。所述防膨缩膨抑砂剂的缩膨率达到40％以上，最高可达61％，缩膨率达到91.9％～96.2％，当油储层较深、储层温度达到150℃时，其缩膨防膨效果依然优异。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻采技术领域，属于石油钻采井筒储层保护技术领域，具体公开一种防膨缩膨抑砂剂、制备方法及其应用。
背景技术
我国油藏储量70％以上都是低渗透油藏，开采这些低渗透油藏大多需压裂等方法来提高生产能力，但是在注水开发的油田中，地层中的黏土矿物遇水易膨胀、分散、运移，堵塞地层孔隙结构的喉部，造成地层伤害，严重影响原油产量及油田的采收率。
在完井、修井作业中，各种工作液，如射孔液、洗井液、压井液等进入地层，不可避免会引起地层中的黏土矿物水化膨胀、分散运移损害地层。此外，为了缓和岩层开采，提高油井生产率，油田常对油井采取激化、酸化等措施。这种处理中会向地层注入流体，造成粘土膨胀，地层损害，渗透率减小。
粘土表面具有特殊的性质：一是粘土表面带负电，可交换阳离子在水中解离、扩散形成扩散双电层；二是表面经基化，粘土表面固有的经基及其表面的氧原子与水作用产生的经基。以蒙脱石为例，蒙脱石是膨胀性、水敏性黏土矿物，可交换阳离子容量很高。当蒙脱石与水接触时，水即进入其晶层之间，晶层表面的可交换阳离子在水中解离、扩散形成扩散双电层，使表面带电，因此在晶层之间互相排斥，产生粘土膨胀，使地层的渗透性减小。膨胀后的黏土还可进一步分散，在运移过程中堵塞地层。
总之，在油气田开采的工艺措施中，只要有水基工作液进入地层，都可以对地层造成伤害，使油井产量大幅下降，甚至停产。因此，在开发过程中要求尽可能地防止粘土膨胀和分散运移。
添加粘土稳定剂抑制黏土对地层的损害是目前保护油气层最为经济有效的措施之一。通过粘土稳定剂的添加，可以在一定程度上抑制黏土矿物的膨胀，防止因粘土膨胀、运移而导致地层渗透率的下降，但该方法对已发生的粘土膨胀的地层作用不大。
缩膨技术是一种新型的黏土稳定技术，利用具有防膨缩膨作用的化学助剂，能够有效地使已发生了水化膨胀的黏土矿物产生收缩，对已发生了伤害的储层的储集性具有明显改善作用，而且具有优良的抑制黏土矿物膨胀、稳定黏土矿物、防止储层伤害的功能。
但是，现有的相关产品及技术缩膨率较低，在应用中不能达到良好的缩膨效果，仅能达到35％左右，且针对石油储层温度较高的油藏也需要耐高温效果好的防膨缩膨抑砂剂。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种耐高温且缩膨效果好的防膨缩膨抑砂剂、制备方法及其应用。
本发明的目的之一在于提供一种防膨缩膨抑砂剂，所述防膨缩膨抑砂剂包括以下质量百分含量的原料：
多乙烯多胺18％～22.5％；
有机酸20％～25％；
水质稳定剂0.2％～0.5％；
和，余量为水。
优选地，所述有机酸包括一元有机酸、二元有机酸或三元有机酸中的一种或几种。
优选地，所述有机酸为醋酸、甲二酸或柠檬酸中的一种或几种。
优选地，所述水质稳定剂包括聚丙烯酸钠PAAS和/或水解聚马来酸HPMA。
优选地，多乙烯多胺和有机酸的重量比为0.7～1.2：1。
优选地，所述防膨缩膨抑砂剂的PH值为6～7。
本发明的目的之二在于提供一种防膨缩膨抑砂剂的制备方法，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温反应后，降温至20～25℃，加入水质稳定剂搅拌均匀。
优选地，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温至65℃～75℃反应3～5小时，降温至常温，加入水质稳定剂搅拌0.5～2小时。
优选地，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温至70℃反应4小时，降温至20～25℃，加入水质稳定剂搅拌1小时。
本发明的目的之三在于提供一种所述的防膨缩膨抑砂剂在油田储层注水工艺中的应用，所述防膨缩膨抑砂剂的加药浓度为2％～4％。
本发明的有益效果包括：
(1)所述防膨缩膨抑砂剂的缩膨率达到40％以上，最高可达61％，缩膨率达到91.9％～96.2％，当油储层较深、储层温度达到150℃时，其缩膨防膨效果依然优异；
(2)有机酸自身具有一定的防膨效果，且使用有机酸可有效防止黏土的酸敏水锁，防止由于酸敏进一步导致石油储层水锁加重；
(3)有机酸与多乙烯多胺的反应得到带正电荷的+NH3(CH2CH2NH)nCH2CH2NH3 +，其极易进入黏土晶层之间和晶格内部，达到良好的防膨缩膨效果。所述防膨缩膨抑砂剂具有一定的分子链长度，可以缠绕、抓取已分散、运移的黏土颗粒，通过桥接、交联作用防止黏土晶层滑移和微粒移动，并包裹在粘土表面从而更好地抑制黏土的膨胀和运移；
(4)所述防膨缩膨抑砂剂还具有缓蚀剂的作用，防止油田井筒腐蚀；
(5)水质稳定剂的加入，一方面可以延长防膨缩膨抑砂剂的存储稳定性，另一方面可以抑制防膨缩膨抑砂剂使用时与地层水反应生成沉淀而导致油储层堵塞。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。
第一方面，本发明提供了一种防膨缩膨抑砂剂，包括以下质量百分含量的原料：
多乙烯多胺18％～22.5％；
有机酸20％～25％；
水质稳定剂0.2％～0.5％，和；
余量为水。
在本发明中，所述有机酸自身具有一定的防膨效果，且使用有机酸可有效防止黏土的酸敏水锁，防止由于酸敏进一步导致地层损害加重。所述有机酸含量为20％～25％，例如为20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％或25％。
在本发明中，所述多乙烯多胺含量为18％～22.5％，例如为18％、18.5％、19％、19.5％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％或22.5％。
有机酸RCOOH与多乙烯多胺的反应机理为：
其中R为取代或未取代的有机基团。
有机酸与多乙烯多胺反应得到带正电荷的+NH3(CH2CH2NH)nCH2CH2NH3 +，其极易进入黏土晶层之间和晶格内部，粘土带负电荷，其与黏土之间的范德华力大于水分子与黏土之间的范德华力，且可以将已经占领黏土晶层之间和晶格内部的部分水分子挤出，从而达到良好的缩膨效果。同时，对于还未发生膨胀的粘土，所述防膨缩膨抑砂剂与黏土接触后，充分中和粘土的负电性，并包裹在粘土表面，起到良好的防膨效果。所述防膨缩膨抑砂剂进入黏土晶层之间可通过桥接、交联作用防止黏土晶层滑移和微粒移动，从而更好地抑制黏土的膨胀和运移。+NH3(CH2CH2NH)nCH2CH2NH3 +具有一定的分子链长度，可以缠绕、抓取已分散、运移的黏土颗粒，起到较好的缩膨效果。
所述防膨缩膨抑砂剂结构稳定，耐高温，当油储层较深、储层温度达到150℃时，其缩膨防膨效果依然优异。
+NH3(CH2CH2NH)nCH2CH2NH3 +中含有大量的-NH-，-NH-中的N含有孤对电子，可以与铁作用吸附于井筒内壁，形成保护膜，因此，还具有缓蚀剂的作用，防止油田井筒腐蚀。
水质稳定剂的加入，一方面可以延长防膨缩膨抑砂剂的存储稳定性，另一方面可以抑制防膨缩膨抑砂剂使用时与地层水反应生成沉淀而导致油储层堵塞。
在本发明中，所述水质稳定剂含量为0.2％～0.5％，例如为0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％。
在本发明中，除多乙烯多胺、有机酸、水质稳定剂、水以及任选地可以加入的组分外，余量为水。不管所述防膨缩膨抑砂剂包括什么原料，各原料的质量百分比之和为100％。
在本发明一种优选的实施方案中，所述的防膨缩膨抑砂剂，包括以下质量百分含量的原料：
多乙烯多胺20％；
有机酸22.5％；
水质稳定剂0.3％，和；
余量为水。
上述防膨缩膨抑砂剂的缩膨率达到40％以上，最高可达61％，缩膨率达到91.9％～96.2％，且150℃老化16个小时后，几乎不影响防膨缩膨抑砂剂的防膨缩膨效果。
在本发明一种优选的实施方案中，所述有机酸包括一元有机酸、二元有机酸或三元有机酸中的一种或几种。
在本发明中，所述有机酸例如为一元有机酸，二元有机酸，三元有机酸，一元有机酸和二元有机酸，一元有机酸和三元有机酸，二元有机酸和三元有机酸，或一元有机酸、二元有机酸和三元有机酸的组合。
在本发明的一种优选实施方案中，所述有机酸为醋酸、甲二酸或柠檬酸中的一种或几种。
在本发明中，所述有机酸例如为醋酸，甲二酸，柠檬酸，醋酸和甲二酸，醋酸和柠檬酸，甲二酸和柠檬酸，或醋酸、甲二酸和柠檬酸的组合。
在本发明一种优选的实施方案中，所述水质稳定剂包括聚丙烯酸钠PAAS和/或水解聚马来酸HPMA。
在本发明中，所述水质稳定剂例如为PAAS，HPMA，或PAAS和HPMA的组合。
在本发明一种优选的实施方案中，多乙烯多胺和有机酸的重量比为0.7～1.2：1。
在本发明中，多乙烯多胺和有机酸的重量比例如为0.7：1、0.75：1、0.8：1、0.85：1、0.9：1、0.95：1、1:1、1.05:1、1.1:1、1.15:1或1.2：1。
在本发明的一种优选实施方案中，所述防膨缩膨抑砂剂的pH值为6～7。如果PH值过低会显著抑制阳离子的产生及其对黏土矿物的缩膨性能。
在本发明中，所述pH值例如为6、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9或7。
第二方面，本发明提供了一种防膨缩膨抑砂剂的制备方法，包括：将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温反应后，降温至常温，加入水质稳定剂搅拌均匀。
在本发明一种优选的实施方案中，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温至65℃～75℃反应3～5小时，降温至20～25℃，加入水质稳定剂搅拌0.5～2小时。
在本发明中升温至65℃～75℃，例如为65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃或75℃。
在本发明中反应3～5小时，例如为3小时、3.2小时、3.5小时、3.7小时、4小时、4.2小时、4.5小时、4.7小时或5小时。
在本发明中搅拌0.5～2小时，例如为0.5小时、0.7小时、0.9小时、1小时、1.2小时、1.5小时、1.7小时、1.9小时或2小时。
在本发明一种优选的实施方案中，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温至70℃反应4小时，降温至20～25℃，加入水质稳定剂搅拌1小时。
第三方面，所述的防膨缩膨抑砂剂在油田储层注水工艺中的应用，所述防膨缩膨抑砂剂的加药浓度为2％～4％。加药浓度低于2％时，缩膨效果较现有技术增加不明显，加药浓度高于4％后，缩膨效果开始下降。
在本发明一种优选的实施方案中，所述加药浓度例如为2％、2.2％、2.5％、2.7％、3％、3.2％、3.5％、3.7％或4％。
实施例
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
将22.5重量份多乙烯多胺、20重量份醋酸溶于57重量份的水中，加热至70℃反应4小时，降温至常温，然后加入0.5重量份的PAAS搅拌1小时。
实施例2～7的制备方法与实施例1相同，实施例2～7的原料配比如表1所示。
表1实施例1～7的原料配比
将实施例1～7制得的防膨缩膨抑砂剂配制成1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％和4％的加药浓度，进行缩膨率和防膨率的评价试验。缩膨率的评价方法采用《SY/T 5971-1994注水用粘土稳定剂性能评价方法》；防膨率的评价方法采用《SY/T 5971-1994注水用粘土稳定剂性能评价方法》。表2为常温、常压、未老化的实施例1～7的防膨缩膨抑砂剂的缩膨率和防膨率测试结果，表1为常压、150℃、老化16小时的实施例1～7的防膨缩膨抑砂剂的缩膨率和防膨率测试结果。
表2常温常压未老化防膨缩膨抑砂剂的缩膨率和防膨率测试结果
表3常压、150℃、老化16小时的防膨缩膨抑砂剂的缩膨率和防膨率测试结果
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种防膨缩膨抑砂剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的原料：
多乙烯多胺18％～22.5％；
有机酸20％～25％；
水质稳定剂0.2％～0.5％；和
余量为水。
2.根据权利要求1所述的防膨缩膨抑砂剂，其特征在于，所述有机酸包括一元有机酸、二元有机酸或三元有机酸中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的防膨缩膨抑砂剂，其特征在于，所述有机酸包括醋酸、甲二酸或柠檬酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的防膨缩膨抑砂剂，其特征在于，所述水质稳定剂包括聚丙烯酸钠PAAS和/或水解聚马来酸HPMA。
5.根据权利要求1所述的防膨缩膨抑砂剂，其特征在于，多乙烯多胺和有机酸的重量比为0.7～1.2：1。
6.根据权利要求1所述的防膨缩膨抑砂剂，其特征在于，所述防膨缩膨抑砂剂的pH值为6～7。
7.根据权利要求1-6任一项所述的防膨缩膨抑砂剂的制备方法，其特征在于，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温反应后，降温至20～25℃，加入水质稳定剂搅拌均匀。
8.根据权利要求7所述的防膨缩膨抑砂剂的制备方法，其特征在于，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温至65℃～75℃反应3～5小时，降温至常温，加入水质稳定剂搅拌0.5～2小时。
9.根据权利要求8所述的防膨缩膨抑砂剂的制备方法，其特征在于，将多乙烯多胺和有机酸溶于水中，升温至70℃反应4小时，降温至20～25℃水质，加入水质稳定剂搅拌1小时。
10.根据权利要求1-6任一项所述的防膨缩膨抑砂剂在油田储层注水工艺中的应用，所述防膨缩膨抑砂剂的加药浓度为2％～4％。
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