阅读说明：本技术 油田用粘土缩膨剂及其制备方法 (Clay expansion and contraction agent for oil field and preparation method thereof ) 是由 李国旗 周嘉龙 冯康康 张鹏 郭娟娟 李金营 赵淑丹 孙建磊 白源松 余洋 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开油田用粘土缩膨剂及其制备方法,由如下组分组成：多乙烯多胺、氯化苄、氢氧化钠、正丁醇和有机金属催化剂。本申请合成粘土缩膨剂新材料中,胺基强力吸附粘土颗粒,带刚性基团的长链通过缠绕、包裹,固定粘土颗粒,强力压缩粘土颗粒的双电层使膨胀粘土脱水收缩。由于长链扭曲刚性结构,形成扭曲的梳状结构,在抵抗流体冲刷能力大大提高,同时本产品使用浓度有一定的降低。注入后可以快速与粘土颗粒电性吸附,强力压缩粘土双电层,使粘土颗粒收缩,增大油层孔隙度,恢复和扩大产油喉道,实现增产增注目的。防膨率可达90％、缩膨率可达35％；模拟岩心动态注水实验,持续时间150天有效；不发生颗粒运移。(The invention discloses a clay swelling and shrinking agent for oil fields and a preparation method thereof, wherein the clay swelling and shrinking agent comprises the following components: polyethylene polyamines, benzyl chloride, sodium hydroxide, n-butanol and organometallic catalysts. In the new material of the clay swelling and shrinking agent, the amino strongly adsorbs clay particles, the long chain with rigid groups fixes the clay particles by winding and wrapping, and the double electric layers of the clay particles are strongly compressed to dehydrate and shrink the swelling clay. Because the long-chain twisted rigid structure forms a twisted comb-shaped structure, the fluid scouring resistance is greatly improved, and the use concentration of the product is reduced to a certain extent. After injection, the oil can be quickly and electrically adsorbed with clay particles, the double electric layers of the clay are strongly compressed, the clay particles are shrunk, the porosity of an oil layer is increased, an oil production throat is restored and enlarged, and the purposes of increasing production and injection are achieved. The anti-swelling rate can reach 90 percent, and the shrinkage-swelling rate can reach 35 percent; simulating a dynamic water injection experiment of a rock core, wherein the duration is 150 days; no particle migration occurs.)

油田用粘土缩膨剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油田采油过程中注水作业

技术领域

专用产品。具体地说是油田用粘土缩膨剂及其制备方法。

背景技术

在油田勘探开发过程中，泥页岩水敏地层粘土遇水膨胀，造成低渗透产油喉道堵塞，造成如下问题：由于产油喉道堵塞造成有油采不出来、平衡地层压力注水达不到配注要求或者根本注不进，从而大大降低采油效率。

目前市面上的产品皆为使用二甲胺、三甲胺与不饱和环氧基、烯基取代生成的有机小阳离子或者带有不饱和键的小阳离子聚合而成的大阳离子的非刚性结构产品，该类产品为了降低成本，不同程度地复配无机盐氯化铵氯化钾之类的材料，这类产品缩膨能力低(70％)，持续时间短、流体长时间冲刷后井下粘土颗粒运移造成二次堵塞等不足(30天或者更短时间就会失去作用)。同时由于小分子胺挥发性强、闪点低，生产时对于安全、环保都是严重的挑战。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够使粘土颗粒收缩，增大油层孔隙度，恢复和扩大产油喉道，降低配注压力，实现增产增注的油田用粘土缩膨剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

油田用粘土缩膨剂，由如下组分组成：多乙烯多胺、氯化苄、氢氧化钠、正丁醇和有机金属催化剂。

上述油田用粘土缩膨剂，各组分的重量配比如下：多乙烯多胺30-60重量份、氯化苄15-25重量份、氢氧化钠7-9重量份、正丁醇15-35重量份、有机金属催化剂0.3-3.0重量份。

上述油田用粘土缩膨剂所述有机金属催化剂为叔丁醇钾。

油田用粘土缩膨剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将多乙烯多胺加入到具有热交换冷凝回流塔、夹层加热降温设施的密闭反应釜中，升温并保持，搅拌条件下，依次加入氢氧化钠、正丁醇、有机金属催化剂和氯化苄；

(2)升温后继续反应一段时间；

(3)待pH达到8-10时，降温，离心过滤出固体颗粒，过滤的液体即为缩膨剂原液；

(4)步骤(3)中过滤出的固体颗粒为氯化钠，氯化钠经过冲洗、干燥后用于工业软化水工艺离子交换使用；

(5)步骤(4)中冲洗固体颗粒氯化钠的水或步骤(3)中反应结束后冲洗反应釜的软化水，用于配制缩膨剂产品，缩膨剂产品为红棕色透明液体。

上述油田用粘土缩膨剂制备方法，在步骤(1)中，升温至50-80℃时恒温。

上述油田用粘土缩膨剂制备方法，在步骤(2)中，升温90-120℃恒温反应5-8h。

上述油田用粘土缩膨剂制备方法，在步骤(3)中，当测得反应pH为8-10时，降温至40℃以下进行过滤出料。

上述油田用粘土缩膨剂制备方法，在步骤(5)中，以缩膨剂原液为溶质，以冲洗氯化钠的水或冲洗反应结束后的反应釜的软化水为溶剂，配制缩膨剂产品，缩膨剂产品的质量分数为20％的。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

1、本申请的粘土缩膨剂采用吸附性强的多乙烯多胺，引入疏水性强的刚性六环状基团的苯基衍生物为原料、正丁醇为溶剂、有机金属材料为催化剂，在一定温度和时间内反应，合成的长链新材料。

2、本申请合成刚性梳状的粘土缩膨剂新材料中，胺基强力吸附粘土颗粒，带刚性基团的长链通过缠绕、包裹，固定粘土颗粒，强力压缩粘土颗粒的双电层使膨胀粘土脱水收缩。由于长链扭曲刚性结构，形成扭曲的梳状结构，在抵抗流体冲刷能力大大提高，同时本产品使用浓度有一定的降低。另外接入苄基基团后，其刚性有机极性更强，排斥水性更强，综合协同效果更好。

3、本产品注入后可以快速与粘土颗粒电性吸附，强力压缩粘土双电层，使粘土颗粒收缩，增大油层孔隙度，恢复和扩大产油喉道，实现增产增注目的。

4、本申请的缩膨剂，其防膨率可达90％、缩膨率可达35％；模拟岩心动态注水实验，持续时间150天有效；不发生颗粒运移。

5、本申请制备工艺中，投入原料中，氢氧化钠和氯化苄等摩尔稍微过量，以尽可能中合掉产生的酸。

冲洗氯化钠的水或冲洗反应结束后的反应釜的软化水，用于配制缩膨剂稀释液，没有三废产生。

具体实施方式

实施例

本实施例中的油田用粘土缩膨剂中多乙烯多胺、氯化苄、氢氧化钠、正丁醇、有机金属催化剂(XOR)的质量分数分别为51.70％、25.00％、8.00％、15.00％和0.30％。

有机金属催化剂(XOR)为叔丁醇钾，上海德茂化工有限公司，CAS865-47-4。

采用如下步骤进行制备：该产品为常压一定温度下，在特种催化剂催化条件下密闭反应完成。

(1)加入多乙烯多胺，升温至50-80℃时恒温、搅拌条件下依次加入定量的氢氧化钠、溶剂正丁醇、催化剂和刚性材料氯化苄；

(2)加完后升温90-120℃恒温反应5h后，开始间断性检测pH；

(3)监测过程中，当pH＝8-10时，表明反应完成，开始降温，当温度降至40℃以下时，过滤出固体颗粒，过滤液体即为缩膨剂原液。

(4)上述过滤出的固体颗粒为氯化钠，反应原料中加入氢氧化钠，可以中合反应过程中逐步产生的酸，直接结晶析出氯化钠。过滤出的氯化钠固体，经过冲洗、干燥后用于工业软化水工艺离子交换使用；

(5)冲洗氯化钠的水或冲洗反应结束后的反应釜的软化水，用于配制缩膨剂稀释液，缩膨剂稀释液为红棕色透明液体。

可以说在整个反应工艺过程中没有三废产生。

(6)以缩膨剂原液为溶质，以冲洗氯化钠的水或冲洗反应结束后的反应釜的软化水为溶剂，配制质量分数为20％的缩膨剂产品，缩膨剂产品为红棕色透明液体。

采用本实施例制备的缩膨剂进行试验，测定缩膨剂性能时，均是以质量分数为20％的缩膨剂产品来配制现场应用浓度进行评。

试验方法：

防膨率测定：分别称取2.00g、3.00g质量分数为20％的缩膨剂产品于两个250ml烧杯中，分别加入98.00g、97.00g蒸馏水搅匀得2％、3％缩膨剂溶液备用。按SY/T5971-1994《注水用粘土稳定剂性能评价方法》之第4条款规定测定2％压裂酸化用缩膨剂溶液的防膨率。

缩膨率测定：分别称取0.5g膨润上，装入6支10ml离心管中，2支加入10mL蒸馏水，另两支加入质量分数为3％的缩膨剂(质量分数为20％的缩膨剂产品)水溶液充分摇匀，另2支加入10ml煤油，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1550r/min下离心15min，读出膨润土在水中的体积V₁、V₂和V₃。

计算缩膨率式中：

X——缩影率，％；

V₁——膨润土在蒸馏水中的沉降体积，mL：

V₂—膨润土在加入压裂酸化用缩膨剂后的沉降体积，mL；

V₃——膨润土在煤油中的沉降体积，mL

持续有效评价：岩心流动试验仪模拟地层流体实验，持续150天检测岩心渗透率变化情况；

试验结果：防膨率可达90％、缩膨率可达35％；模拟岩心动态注水实验，持续时间150天有效；不发生颗粒运移。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。