CN1810788A - 一种化合物、其合成工艺及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化合物、其合成工艺及其应用。解决现有粘土稳定剂在实际应用过程中粘土稳定效果差的问题。其特征在于：该化合物由下述工艺合成：原料中间体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)的合成反应、中间体DMDAAC的自由基聚合反应、复配工艺可得到该化合物，该化合物用作凝灰质水敏储层粘土稳定剂。该化合物作为粘土稳定剂的应用有效解决了油田强水敏储层的伤害问题。

Description

一种化合物、其合成工艺及其应用

技术领域：

本发明涉及油田领域所用的一种化合物、其合成工艺及其应用

背景技术：

粘土稳定剂在国外已有三十多年历史。八十年代以来，我国开始重视油层保护问题，粘土稳定剂的研制工作也逐步开展。国外开发出多种粘土稳定剂并投入现场应用。大庆油田起步较晚，目前为止还没有研制出或形成特色的粘土稳定剂。粘土稳定剂根据化学组成可分为四大类，即无机盐和无机碱类，无机聚合物类，阳离子表面活性剂类和有机阳离子聚合物类。目前应用最普遍的是有机阳离子聚合物类的聚季铵盐类粘土稳定剂。在以往，小阳离子型或小阳离子复配型粘土稳定剂对于大庆的水敏油藏效果显著，但随着海拉尔强水敏油田的相继投入开发，以往用的小阳离子型粘土稳定剂在这些油藏抑制水敏效果十分不理想，其主要原因是海拉尔油层粘土含量高(尤其凝灰质含量，极易分散运移)。常规的小阳离子与这些粘土颗粒的电荷交换能力弱，小阳离子在这些粘土颗粒表面成膜能力差，对分散运移的粘土颗粒束缚力差。但是，本发明研制的聚季胺盐阳离子粘土稳定剂就是普通季铵阳离子的聚合体，与普通小阳离子相比具有分子量大，携带的疏水链、亲水链(阳离子电荷)增多，由于化学键力削弱了阳离子间的排斥作用，使得聚季铵盐阳离子电荷定向排列的更加紧密，增强了与粘土颗粒表面电荷的交换能力；由于疏水链的增加，使其分离水相的趋势更加强烈，在较低的浓度下就能成膜而起到保护粘土储层的作用。处理后的强水敏油层的粘土稳定效果理想。

发明内容：

本发明的目的是解决现有粘土稳定剂在实际应用过程中粘土稳定效果差的问题，本发明提供一种化合物及其合成工艺，该化合物作为粘土稳定剂的应用有效解决了油田强水敏储层的伤害问题。

本发明所采用的技术方案是：该化合物具有下面的化学结构式：

其中n的取值为4～100。

上述的n的取值为4～55。

上述的化合物的合成工艺包括下列步骤：

(一)、原料中间体二甲基二烯丙基氯化铵即DMDAAC的制备：

(1)、粗叔胺的合成：在30℃下，称取二甲胺0.08kmol于三口瓶中，开动搅拌，并缓慢滴入0.02kmol的氯丙烯，然后继续将0.08kmol氢氧化钠和0.06kmol的氯丙烯同时缓慢滴入反应，然后将体系冷却得到叔胺的粗混合溶液。

(2)、粗叔胺的提纯：将上述叔胺的粗混合溶液全部转移到分液漏斗，加入0.02kmol的固体氢氧化钠，同时将体系温度控制在40℃搅拌1个小时，然后静止分层，上面是叔胺，下面为氯化钠水溶液，得到较纯的叔胺溶液，再将该叔胺溶液于61℃～62℃下进行蒸馏，得到精制叔胺。

(3)、叔胺的季胺化反应：在40℃下，加入总质量60％的水到三口瓶中，然后将上述精制得到的纯叔胺与氯丙烯，按1∶1物质的量比进行反应30分钟左右，即可得到较纯的季铵盐水溶液。

(二)、中间体DMDAAC的自由基聚合反应：

(1)、合成工艺：室温下，称取250克的DMDAAC于反应釜中；并同时开动搅拌和通冷却循环水；然后将3克复合引发剂(NH₄)₂S₂O₈-Na₂SO₃，其质量配比为1.75∶1，缓慢加入釜中；最后加50克的水，这时缓慢升温至55℃恒温维持反应4个小时，然后继续将釜温升高到75℃下恒温2个小时，结束反应，最终得到淡黄色清澈液体产品A。

(2)、复配工艺：合成后的产品A与3000mg/L无机离子水B进行复配混合，复配比例A∶B为45～50∶55～50。

该化合物用作凝灰质水敏储层粘土稳定剂。

本发明的有益效果是：本发明产品针对油田的凝灰质含量高易分散运移的特点，合成出了防膨和防分散效果显著的、具有独特网络状结构的粘土稳定剂；本发明产品为聚季铵盐外向型网状粘土稳定剂，各项性能指标均优于现用产品；静态防膨率达到55％，渗透率损失率为15％；由于单体采用季铵盐类为中间体和合成反应过程转化率高，所以本发明粘土稳定剂具有无害、环保的优点。

下面是该化合物用作凝灰质水敏储层粘土稳定剂的综合性能评价：

下表为该化合物用作凝灰质水敏储层粘土稳定剂性能指标：

                                                        表1

序号	项目	技术指标	分析方法
				1	色泽	淡黄色清澈液体
2	密度，g/cm3	1～1.2	GB/T 4472-1984
				3	PH	7～8	精确PH试纸
4	溶解性	和水互溶
				5	有效物含量(％)	≥45.0	GB/T 6284-1986
6	静态防膨率(％)	≥45.0	SY/T 5971-1994
				7	岩心动态伤害率(％)	≤20.0	SY/T 5971-1994

1、静态防膨率性能评价：

将浓度为1.5％的粘土稳定剂溶液放置在NP-页岩膨胀仪上进行静态防膨率测定，执行标准为SY/T5971-94：

本发明的化合物作为粘土稳定剂较好地应用到现场，室内从海拉尔现场取现用的性能较好的粘土稳定剂2#和1#进行了对比实验，静态防膨率实验对比结果见表2：                       表2

产品类别	产品代号	浓度％	防膨率％
				海拉尔油田现用粘土稳定剂	2#	1.5	10.5
1#	1.5	40.8
			聚季铵盐阳离子外向型网状粘土稳定剂		本发明聚二甲基二烯丙基氯化铵	1.5	55.7
1.5	55.3

2.稳定性能评价：

存放条件：装有本发明粘土稳定剂产品的带盖磨口三角瓶放置在50℃的恒温箱中存放32天，放置前后测定静态防膨率，实验结果见下表3。

                                              表3

时间间隔	产品代号	浓度％	防膨率％	备注
					32天	聚二甲基二烯丙基氯化铵	1.5	55.7	(聚季铵盐阳离子外向型网状粘土稳定剂)
55.3
	56.4

3.浸泡性能评价：

实验是采用凝灰质含量高的贝16区块德103-226井四油组岩心，分别用注入水、1#粘土稳定剂(现场使用粘土稳定剂，浓度1.5％)、本发明粘土稳定剂(浓度1.5％)浸泡。由附图2可以看出，用清水浸泡，岩心很快就开始分散、坍塌，一天后坍塌部分变成粉末，随着浸泡时间的增加，岩心坍塌部分加大。可以看出注入水如果不加粘土稳定剂将对海拉尔盆地贝16区块凝灰岩储层产生极大伤害。1#是目前现场正在使用的较好粘土稳定剂，由附图3可以看出，该粘土稳定剂对凝灰岩储层岩心易分散控制效果较差，岩心浸泡一天后就开始产生裂缝，岩心表面产生脱落现象，随着浸泡时间的增加，脱落现象有增加趋势。由1#粘土稳定剂浸泡实验可以看出，该粘土稳定剂不适合贝16区块储层。附图4是本发明粘土稳定剂岩心浸泡实验，由本发明粘土稳定剂的实验结果可以看出，该粘土稳定剂明显优于其它粘土稳定剂，岩心随着浸泡时间的增加，岩心外观仍保持完好。

4.渗透率损失率性能评价：

附图5是对上述三种粘土稳定剂开展的一项岩心驱替评价实验结果。实验仍采用凝灰质含量高的德106-203a井岩心，在地层温度50℃下，用地层水对岩心测水相渗透率，接着用浓度为1.5％的三种粘土稳定剂分别对岩心进行驱替实验。实验可以看出在同等条件下，各种粘土稳定剂与储层的配伍性。由实验结果看出，在不加粘土稳定剂的情况下，注入水随注入量的增加，对储层的伤害增大，当注入倍数达到30倍孔隙体积时，注入水对储层的伤害率达到51％；2#粘土稳定剂对储层的伤害率是38％。与注入水相比，2#粘土稳定剂对储层的岩心的损失率减少了13％；1#粘土稳定剂当注入倍数达到30倍孔隙体积时，对储层的伤害率是34％。与注入水相比，1#粘土稳定剂对储层的岩心渗透率损失率减少了17％；本发明粘土稳定剂当注入倍数达到30倍孔隙体积时，对储层的伤害率是15％。与注入水相比，该粘稳剂与储层的配伍性最好，储层的岩心渗透率损失率减少了36％。当浓度降低至0.8％时，本发明的粘土稳定剂对储层的伤害率仍保持在15％以下。因此，本发明的粘土稳定剂效果十分显著。

附图说明：

图1为现场注入水的岩心浸泡实验照片；

图2为1#粘土稳定剂的岩心浸泡实验照片；

图3为本发明粘土稳定剂的岩心浸泡实验照片；

图4为粘土稳定剂浓度1.5％岩心渗透率损失率实验结果对比图；

图5为粘土稳定剂浓度0.8％岩心渗透率损失率实验结果对比图。

具体实施方式：

下面将对本发明作进一步的说明：该化合物如下式所示：

聚二甲基二烯丙基氯化铵

其中n的取值为4～100，聚合度大的适合地层孔隙大的，聚合度小的适合地层孔隙小的，本发明中优选n的取值为4～55。

本发明的化合物的制备方法是：

一、原料中间体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)的制备：

1.粗叔胺的合成：30℃下，称取二甲胺(40％水溶液)0.08kmol于三口瓶中，开动搅拌(150rpm)，并缓慢滴入(滴入时间大于等于15分钟为好)0.02kmol的氯丙烯，然后继续将0.08kmol氢氧化钠(50％水溶液)和0.06kmol的氯丙烯同时缓慢滴入反应，然后将体系冷却得到叔胺的粗混合溶液，整个过程一定要缓慢反应，以免发生爆炸。

2.粗叔胺的提纯：将上述叔胺的粗混合溶液全部转移到分液漏斗，加入0.02kmol的固体氢氧化钠，同时将体系温度控制在40℃搅拌1个小时，然后静止分层得到较纯的叔胺溶液，上面是叔胺，下面为氯化钠水溶液，再将该叔胺溶液于61℃(例62℃)下进行蒸馏，得到精制叔胺。

3.叔胺的季胺化反应(DMDAAC的制备)：40℃下，加入总质量60％的水(使反应比较缓和)到三口瓶中，然后将上述精制得到的纯叔胺与氯丙烯(也要蒸馏得到)，按1∶1物质的量比进行反应30分钟左右，即可得到较纯的季铵盐水溶液(即60％的DMDAAC水溶液中间体)。

二、中间体DMDAAC的自由基聚合反应：

1、原料：上述合成的DMDAAC(60％水溶液)和过硫酸铵-亚硫酸钠复合型引发剂。

该化合物的中间体DMDAAC技术指标            表4

序号	项目	技术指标	分析方法
				1	色泽	无色或微黄色清澈液体
2	有效含量(％)	＞60.0	GB/T 6284-1986
				3	pH(1％水溶液)：	6.0-7.0	精确PH试纸
4	氯化物	＜2.0	GB/T 15337-1994

2.合成工艺：室温下，称取250克的DMDAAC(上述制备的60％水溶液)于反应釜中；并同时开动搅拌(300rpm)和通冷却循环水；然后将3克复合引发剂(NH₄)₂S₂O₈-Na₂SO₃(质量配比为1.75∶1)缓慢加入釜中；最后加50克的水。这时缓慢升温至55℃恒温维持反应4个小时，然后继续将釜温升高到75℃下恒温2个小时，结束反应，最终得到淡黄色清澈液体产品A(用来复配)。

3.复配工艺：合成后的产品A与约3000mg/L无机离子水B进行复配混合。要求在充分搅拌的条件下，使产品充分溶解混溶，色泽均匀透明。具体配比(wt％)A∶B为45∶50(例45∶55、50∶50或50∶55)。

该化合物用作凝灰质水敏储层粘土稳定剂。

Claims (4)

1、一种化合物，其特征是：该化合物具有下面的化学结构式：

其中n的取值为4～100。

2、根据权利要求1所述的化合物，其特征是：其中n的取值为4～55。

3、权利要求1或2所述的化合物的合成工艺，其特征是：包括下列步骤：

(一)、原料中间体二甲基二烯丙基氯化铵即DMDAAC的制备：

(1)、粗叔胺的合成：在30℃下，称取二甲胺0.08kmol于三口瓶中，开动搅拌，并缓慢滴入0.02kmol的氯丙烯，然后继续将0.08kmol氢氧化钠和0.06kmol的氯丙烯同时缓慢滴入反应，然后将体系冷却得到叔胺的粗混合溶液；

(2)、粗叔胺的提纯：将上述叔胺的粗混合溶液全部转移到分液漏斗，加入0.02kmol的固体氢氧化钠，同时将体系温度控制在40℃搅拌1个小时，然后静止分层，上面是叔胺，下面为氯化钠水溶液，得到较纯的叔胺溶液，再将该叔胺溶液于61℃～62℃下进行蒸馏，得到精制叔胺；

(3)、叔胺的季胺化反应：在40℃下，加入总质量60％的水到三口瓶中，然后将上述精制得到的纯叔胺与氯丙烯，按1∶1物质的量比进行反应30分钟左右，即可得到较纯的季铵盐水溶液；

(二)、中间体DMDAAC的自由基聚合反应：

(1)、合成工艺：室温下，称取250克的DMDAAC于反应釜中；并同时开动搅拌和通冷却循环水；然后将3克复合引发剂(NH₄)₂S₂O₈-Na₂SO₃，其质量配比为1.75∶1，缓慢加入釜中；最后加50克的水，这时缓慢升温至55℃恒温维持反应4个小时，然后继续将釜温升高到75℃下恒温2个小时，结束反应，最终得到淡黄色清澈液体产品A；

(2)、复配工艺：合成后的产品A与3000mg/L无机离子水B进行复配混合，复配比例A∶B为45～50∶55～50。

4、权利要求1所述的化合物用作凝灰质水敏储层粘土稳定剂。

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