一种季铵盐型阳离子聚合物制造技术

本发明专利技术涉及油田开发技术领域，特别涉及一种季铵盐型阳离子聚合物。所述聚合物由向反应容器中依次序加入的脂肪胺、酸、环氧氯丙烷以及端二胺进行化学反应得到，其中，脂肪胺和酸的摩尔数等量。本发明专利技术还提供了一种粘土防膨剂，所述粘土防膨剂包括如上所述的聚合物及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油田开发
，特别涉及一种由脂肪胺、酸、环氧氯丙烷以及端二胺反应制备而成的季铵盐型阳离子聚合物。
技术介绍
在钻井、固井、注水、压裂、酸化、修井等施工中，粘土含量高、水敏性强的储层在水基工作液侵入时，都有可能堵塞地层孔隙结构的喉部、降低地层的渗透率，减少油井产量，造成油气层伤害。而粘土防膨剂能抑制粘土的水化膨胀、防止其分散运移，是解决这一问题的有效途径。目前应用的粘土防膨剂主要有无机盐、无机多核聚合物、有机阳离子聚合物、阳离子表面活性剂和小分子有机阳离子化合物。无机盐，如氯化钾、氯化铵、氯化镁和氯化钙等，对地层的适应性强、价格低，但长期防膨胀效果差；无机多核聚合物有效性比无机盐长，但耐酸性差；阳离子表面活性剂类，在粘土表面吸附能力强，会造成粘土润湿性转变，降低油相渗透率；有机阳离子聚合物是阳离子单体的聚合物或其与丙烯酰胺等的共聚物，如CN101921366由二烯丙基氯化铵和三烯丙基氯化铵合成三支链阳离子聚合物，用于采油过程中稳定粘土；小分子有机阳离子化合物一般是环氧氯丙烷与小分子胺类的反应物，如用环氧氯丙烷和甲胺为原料合成了小分子聚胺防膨剂EM(化学与生物工程，2010，27(12))。在大量专利及文献中，往往注重用量在1％-2％的防膨效果，对用量0.3％-1％的防膨效果评价较少，在应用中也往往选择较高用量，目前该类粘土防膨剂存在高用量时(1％-2％甚至以上)防膨效果优异，而在低用量(<0.5％)时防膨效果较差的问题，如用环氧氯丙烷和甲胺为原料合成的小分子聚胺防膨剂EM(化学与生物工程，2010，27(12))，用量在1％-2％时，防膨率达到72％-86％，但用量为0.5％时防膨率仅为43％。针对上述问题，本专利提供了一种粘土防膨剂及其制备方法，从控制防膨剂分子链上正电荷的分布及数量的思路出发，制备出一种高效粘土防膨剂，大大提高了粘土防膨剂在低用量下的防膨效果，该粘土防膨剂可用于钻井、固井、注水、压裂、酸化、修井等作业中，有效防止粘土的水化膨胀和分散运移。
技术实现思路
本专利技术之一提供了一种聚合物，所述聚合物由向反应容器中依次序加入的脂肪胺、酸、环氧氯丙烷以及端二胺进行化学反应得到。该聚合物能够吸附于粘土颗粒表面，因而其在粘土防膨剂中具有优良的应用价值。在一个具体实施方式中，脂肪胺和酸的摩尔比为1:1。在一个具体实施方式中，脂肪胺与环氧氯丙烷的摩尔比为1:0.8-1.2，优选摩尔比为1:0.95-1。在一个具体实施方式中，脂肪胺与端二胺的摩尔比为1:0.1-0.8，优选摩尔比为1:0.2-0.5。在一个具体实施方式中，所述脂肪胺选自二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、二乙烯三胺中的至少一种，优选二乙胺和/或三甲胺；和/或所述酸选自盐酸、磷酸、硝酸、甲酸、乙酸、硫酸中的至少一种，优选盐酸和/或磷酸；和/或所述端二胺选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺和己二胺中的至少一种，优选乙二胺。在一个具体实施方式中，所述聚合物通过如下反应液进行化学反应条件得到：1)向反应容器中加入脂肪胺，其中，所述脂肪胺为所述反应液的组分之一；2)在搅拌条件下，控制所述反应液的温度低于30℃，同时向所述反应液中加入等摩尔的酸；3)在搅拌条件下，控制所述反应液的温度低于20℃，并向所述反应液中滴加环氧氯丙烷；4)当将所述环氧氯丙烷滴加完毕后，升温至35-55℃，并从环氧氯丙烷滴加完毕时为所述化学反应的起始时间点，所述反应液反应30分钟至4个小时；5)向所述反应液中加入端二胺，将所述反应液升温至60-100℃，所述反应液反应2-4小时。优选所述聚合物通过如下反应液进行化学反应得到：1)向反应容器中加入脂肪胺，其中，所述脂肪胺为所述反应液的组分之一；2)在搅拌条件下，控制所述反应液的温度低于25℃同时向所述反应液中加入等摩尔的酸；3)在搅拌条件下，控制所述反应液的温度低于15℃，并向所述反应液中滴入所述环氧氯丙烷；4)当将所述环氧氯丙烷滴加完毕后，升温至35-45℃，并从环氧氯丙烷滴加完毕时为所述化学反应的起始时间点，所述反应液反应30分钟至2个小时；5)向所述反应液中加入端二胺，将所述反应液升温至65-90℃，所述反应液反应2-3小时。其中，在反应液中滴加环氧氯丙烷的过程中，也伴随着反应的发生，并且该反应为放热反应，因此需要将反应液控制在较低的条件下(例如15℃)，但是在环氧氯丙烷滴加结束后，即使不用加热，通过反应自身的放热也能达到一定的温度(例如35℃)，这个升温过程大约持续30分钟左右，此时反应基本完全，因此，上文中所述的“升温至35-55℃，反应30分钟至4个小时”和“升温至35-45℃，反应30分钟至2个小时”中的反应时间均是自环氧氯丙烷滴加结束后起算的，而不是从反应温度达到“35-55℃”或“35-45℃”恒温后起算的。本专利技术之二提供了一种粘土防膨剂，其包括以重量百分比计的10-90％的如上的聚合物，以及水。在一个具体的实施方式中，所述粘土防膨剂还包括以重量百分比计的1-20％的端二胺二酸盐。在一个具体的实施方式中，所述端二胺二酸盐由如下制备方法得到：1)将1:2摩尔比的端二胺和酸在30-60℃下反应1-8个小时，2)将步骤1)中生成的固体过滤、干燥。其中，所述端二胺优选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺和己二胺中的至少一种，特别优选乙二胺；所述酸优选自盐酸、磷酸、硝酸、甲酸、乙酸、硫酸中的至少一种，特别优选盐酸。在一个具体的实施方式中，所述粘土防膨剂还包括以重量百分比计的5-30％的氯化物，所述氯化物优选自氯化钾、氯化铵、氯化钙和氯化镁中的至少一种。本专利技术之三提供了一种粘土防膨剂的制备方法，所述方法包括：在搅拌条件下，将上述的聚合物、任选地上述的端二胺二酸盐以及任选地上述的氯化物加入到水中，充分搅拌后，得到粘土防膨剂，其中如上所述的聚合物的含量为以重量百分比计的10-90％；端二胺二酸盐的含量为以重量百分比计的1-20％；氯化物的含量为以重量百分比计的5-30％，所述氯化物优选自氯化钾、氯化铵、氯化钙和氯化镁中的至少一种。本专利技术之四提供了如上所述的聚合物的应用。特别是一种如上所述的聚合物在油田开发
中的应用。本专利技术的粘土防膨剂具有如下的有益效果：1)本专利技术的粘土防膨剂具有多组分协同防膨的特点，其用量低，防膨率高，耐高温老化。利用离心率法测定最优的粘土防膨剂0.3％的水溶液的防膨率可达77.2％，其0.5％的水溶液的防膨率可达86.3％。2)本专利技术的粘土防膨剂解决了有机阳离子聚合物与阴离子型聚合物减阻剂配伍性好的优良特性。3)本专利技术的粘土防膨剂制备方法简单易行，成本低。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做以下详细说明。实施例1-8组分A的合成①在500mL三口烧瓶中加入脂肪胺，搅拌下控制温度低于25℃，加入等摩尔量的酸；②搅拌下控制温度低于15℃，滴加一定量环氧氯丙烷，之后升温至35-55℃，反应30分钟-4小时(h)；③再加入端二胺，升温至65-95℃，反应2-4h，得到组分A样品的A1-A8。反应物及其质量、反应条件如表1所示。其中，实施例1中的脂肪胺为33％三甲胺水溶液，酸为37％的盐酸，端二胺为乙二胺；实施例2中的脂肪胺为二乙胺，酸为37％的盐酸，端二胺为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种季铵盐型阳离子聚合物，所述聚合物由向反应容器中依次序加入的脂肪胺、酸、环氧氯丙烷以及端二胺进行化学反应得到。

【技术特征摘要】
1.一种季铵盐型阳离子聚合物，所述聚合物由向反应容器中依次序加入的脂肪胺、酸、环氧氯丙烷以及端二胺进行化学反应得到。2.根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于，所述脂肪胺和酸的摩尔比为1:1。3.根据权利要求1或2所述的聚合物，其特征在于，所述脂肪胺与环氧氯丙烷的摩尔比为1:0.8-1.2，优选所述摩尔比为1:0.95-1；和/或所述脂肪胺与端二胺的摩尔比为1:0.1-0.8，优选所述摩尔比为1:0.2-0.5。4.根据权利要求1-3任意一项所述的聚合物，其特征在于，所述脂肪胺选自二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、二乙烯三胺中的至少一种，优选二乙胺和/或三甲胺；和/或所述酸选自盐酸、磷酸、硝酸、甲酸、乙酸、硫酸中的至少一种，优选盐酸和/或磷酸；和/或所述端二胺选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺和己二胺中的至少一种，优选乙二胺。5.根据权利要求1-4任意一项所述的聚合物，其特征在于，所述聚合物通过如下反应液进行化学反应得到：1)向反应容器中加入脂肪胺，其中，所述脂肪胺为所述反应液的组分之一；2)在搅拌条件下，控制所述反应液的温度低于30℃，同时向所述反应液中加入等摩尔的酸；3)在搅拌条件下，控制所述反应液的温度低于20℃，并向所述反应液中滴加环氧氯丙烷；4)当将所述环氧氯丙烷滴加完毕后，升温至35-55℃，并从环氧氯丙烷滴加完毕时为所述化学反应的起始时间点，所述反应液反应30分钟至4个小时；5)向所述反应液中加入端二胺，将所述反应液升温至60-100℃，所述反应液反应2-4小时；优选所述聚合物通过如下反应液进行化学反应得到：1)向反应容器中加入脂肪胺，其中，所述脂肪胺为所述反应液的组分之一；2)在搅拌条件下，控制所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，杨帆，杨小华，董晓强，王海波，孔勇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11