一种耐高温粘土稳定剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温粘土稳定剂及其制备方法，该粘土稳定剂是由环氧氯丙烷、二甲胺、不饱和季铵盐与含有磺酸根阴离子单体在一定条件下通过引发剂的引发反应，并在反应过程中通过加入链转移剂控制其分子量，反应完毕得到主链与侧链均含阳离子且侧链还含有阴离子的粘土稳定剂，该粘土稳定剂具有耐温、抗盐、耐污染的能力；且用量少、耐冲刷、防膨效果好；分子量在1500～6000，适用于低渗透储层。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温粘土稳定剂及其制备方法
本专利技术涉及一种耐高温粘土稳定剂及其制备方法。
技术介绍
地层中含有一定量的粘土矿物，主要有高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石等，在油田开发过程（注水、酸化、压裂）当这些粘土遇到外来水或水基物质时就会发生膨胀、分散、运移、堵塞孔隙吼道，造成地层渗透率降低，对于低渗率油藏破坏更为严重。为了减轻对储层伤害，油田中常加入粘土稳定剂来改善粘土的水化膨胀、分散运移。根据化学结构的不同粘土稳定剂可以分为：无机盐类、无机多核聚合物类、有机聚合物类。无机盐类粘土稳定剂具有价格低廉，短期防膨效果好；缺点是不能形成多点吸附，时效短。无机多核聚合物类主要有羟基铝、羟基锆、羟基铁等。这类粘土稳定剂能有效防止粘土膨胀与运移，但是耐酸性能差，不能用于碳酸盐含量高的砂岩地层。有机聚合物类是研究最为广泛的一类粘土稳定剂。目前，这类粘土稳定剂使用最多的为有机阳离子型聚合物。这类粘土稳定剂又以聚季铵盐型为主，如：聚二甲基二烯丙基氯化铵，聚三甲基烯丙基氯化铵，阳离子聚丙烯酰胺等。该类粘土稳定剂具有耐温、耐酸、有效期长等优点。目前使用的有机粘土稳定剂多数为直链型，分子量大时容易对中低渗地层孔隙吼道造成堵塞，分子量小时防膨效果差，有效期短。现有的粘土稳定剂虽然在一定程度上都有耐温、粘土稳定的能力，但是在耐高温、抗盐、长效性以及在中低渗油藏使用方面存在不足。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种耐高温粘土稳定剂及其制备工艺。本专利技术所采取的技术方案为：耐高温粘土稳定剂，其特征在于该稳定剂由环氧氯丙烷、二甲胺、不饱和季铵盐与含有磺酸基的单体聚合而成，其主链含有氮阳离子，且其侧链同时含有氮阳离子及磺酸根阴离子。所述的粘土稳定剂，其特征在于其分子结构式如下：式中，x：y：z=（1-42）：（1-14）：（1-10）；或其分子结构式如下：式中，x：y：z=（1-42）：（1-12）：（1-12）；或其分子结构式如下：式中，x：y：z=（1-42）：（1-10）：（1-18）。本专利技术的一种耐高温粘土稳定剂制备方法，包括以下步骤：1）将一定量的含磺酸基的单体溶于水中，用KOH调节pH值至6～8；2）向反应器中加入环氧氯丙烷，反应器温度控制在10～30℃；3）向上述反应器中加入二甲胺水溶液、不饱和季铵盐以及步骤1中的含有磺酸基的单体溶液。最终配成单体总质量百分浓度为30～55%；4）向上述反应器中通氮气并加入引发剂，反应温度为40～90℃，反应时间为2～8h；5）当步骤4的反应产物的分子量在1500～6000时，加入链转移剂，反应完毕即得到粘土稳定剂。其中，所述耐高温粘土稳定剂所用原料配比：以单体总量为1，各单体的质量百分比为：环氧氯丙烷30～60%；二甲胺11～19%，不饱和季铵盐2～20%，含磺酸基单体2～20%，甲酸钠0.5%～5%；最终配成单体总质量百分浓度为30%～55%的水溶液。所述不饱和季铵盐可以是烯丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵中的一种或者几种的混合物。所述含磺酸基的单体可以是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酰胺丁基磺酸中的一种或者几种的混合物。所述引发剂可以为水溶性的偶氮类引发剂、双氧水以及过硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原体系，也可选取过硫酸钾-亚硫酸氢钠氧化还原体系，引发剂加入量为单体总质量的0.1～4.0%；引发剂优选过硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原体系，亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比为1:1.0～1.3，优选1:1.2。本专利技术的有益效果和特点：（1）本专利技术的粘土稳定剂主链与侧链均含阳离子。主链含有的正电荷较多，可以同时与多个粘土颗粒发生吸附，形成多点吸附，抑制粘土的水化膨胀；同时侧链中含有的氮阳离子，活动自由度比较大，对于粘土颗粒的分散运移有着强烈的控制作用，具有很强的耐水洗性。（2）本专利技术的粘土稳定剂侧链上含有磺酸根阴离子为强水化基团，可以在粘土颗粒表面形成致密的水化膜，能够阻止和延缓水分子与粘土表面接触，起到防止粘土水化膨胀目的，同时还具有抗高温、抗盐、抗污染的作用。（3）本专利技术的粘土稳定剂分子量低，能够适用于低渗透率油藏，且用量少、效果好。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅限于下面的实施例。实施例1取42g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于58g水中，用KOH调节pH至7左右，备用。向反应器中加入69.4g环氧氯丙烷，反应器温度控制在20℃，加入56.3g质量分数为40%的二甲胺水溶液与50g上述已配制好的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钾溶液，然后加入13.5g烯丙基三甲基氯化铵，60g水，向反应器中通入氮气30min后加入1.1g的亚硫酸氢钠，3min后加入2.7g过硫酸铵，在温度为40℃下反应2～8h，在反应过程中检测生成物的分子量，当分子量在4216时，加入4.1g甲酸钠，反应完毕得到一种粘土稳定剂，经红外分析其结构式如下：式中，x：y：z=5:1:1。实施例2取40g丙烯酰胺丁基磺酸溶于60g水中，用KOH调节pH至7左右，备用。向反应器中加入69.4g环氧氯丙烷，反应器温度控制在20℃，加入56.3g质量分数为40%的二甲胺水溶液与50g上述已配制好的丙烯酰胺丁基磺酸钾溶液，然后加入23.4g质量分数为70%的二甲基二烯丙基氯化铵水溶液，65g水，向反应器中通入氮气30min后加入1.1g的亚硫酸氢钠，3min后加入2.7g过硫酸铵，在温度为40℃下反应2～8h，在反应过程中检测生成物的分子量，当分子量在4330时，加入3.3g甲酸钠，反应完毕得到一种粘土稳定剂，经红外分析其结构式如下：式中，x：y：z=25:5:6。实施例3取22g乙烯基磺酸溶于40g水中，用KOH调节pH至7左右，备用。向反应器中加入34.7g环氧氯丙烷，反应器温度控制在20℃，加入28.2g质量分数为40%的二甲胺水溶液与31g上述已配制好的乙烯基磺酸钾溶液，然后加入31.5g质量分数为60%的二乙基二烯丙基氯化铵水溶液，24g水，向反应器中通入氮气30min后加入0.5g的亚硫酸氢钠，3min后加入1.3g过硫酸铵，在温度为40℃下反应2～8h，在反应过程中检测生成物的分子量，当分子量在5517时，加入2.5g甲酸钠，反应完毕得到一种粘土稳定剂，经红外分析其结构式如下：式中，x：y：z=25:9:10。实施例4称取0.5g粘土稳定剂样品，加水至100g，配成浓度为0.5%粘土稳定剂溶液，其中粘土稳定剂结构为式中，x：y：z=5:1:1。按照中国石油天然气行业标准《注水用粘土稳定剂性能评价方法SY/T1994(2002)》，测试室温下以及经250℃热滚24h后的样品的防膨效果。实施例5称取0.5g粘土稳定剂样品，加水至100g，配成浓度为0.5%粘土稳定剂溶液，其中粘土稳定剂结构为式中，x：y：z=25:5:6。按照中国石油天然气行业标准《注水用粘土稳定剂性能评价方法SY/T1994(2002)》，测试室温下以及经250℃热滚24h后的样品的防膨效果。实施例6称取0.5g粘土稳定剂样品，加水至100g，配成浓度为0.5%粘土稳定剂溶液，其中粘土稳定剂结构为式中，x：y：z=25:9:10。按照中国石油天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温粘土稳定剂，其特征在于该稳定剂由环氧氯丙烷、二甲胺、不饱和季铵盐与含有磺酸基的单体聚合而成，其主链含有氮阳离子，且其侧链同时含有氮阳离子及磺酸根阴离子。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温粘土稳定剂，其特征在于该稳定剂由环氧氯丙烷、二甲胺、不饱和季铵盐与含有磺酸基的单体聚合而成，其主链含有氮阳离子，且其侧链同时含有氮阳离子及磺酸根阴离子；所述粘土稳定剂分子结构式如下：式中，x：y：z=（1-42）：（1-14）：（1-10）；或其分子结构式如下：式中，x：y：z=（1-42）：（1-12）：（1-12）；或其分子结构式如下：式中，x：y：z=（1-42）：（1-10）：（1-18）。2.如权利要求1所述的耐高温高效粘土稳定剂的制备方法，其特征是由环氧氯丙烷、二甲胺、不饱和季铵盐与含有磺酸基的单体通过引发剂的引发反应制得，并在反应过程中通过加入链转移剂甲酸钠控制其分子量。3.如权利要求2所述的耐高温粘土稳定剂的制备方法，其特征在于将环氧氯丙烷加入到反应器中，温度控制在10～30℃，然后加入二甲胺，不饱和季铵盐，含磺酸基单体，其中含磺酸基单体预先溶于水中，用KOH调节pH至6～8，向反应器中通氮气并加入引发剂，在温度为40～90℃下反应2～8h，当分子量在1500～6000时，加入链转移剂甲酸钠，其加入量为单体总质量的0.5%～5%，反应完毕得到粘土稳定剂。4.如权利要求2或3所述的耐高温粘土...

【专利技术属性】
技术研发人员：封心领，袁俊秀，王康，逯贵广，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，南化集团研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32