專利名稱：高溫酸化用粘土防膨劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油田酸化的化學(xué)劑，尤其是高溫酸化用粘土防膨劑。
背景技術(shù)：
地層中含有一定量的粘土礦物如高嶺石、蒙脫石、伊利石和綠泥石等。這些粘土礦物主要由硅氧四面體和鋁氧八面體組成層狀結(jié)構(gòu)。其中蒙脫石由兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體構(gòu)成，層間表面均為氧層，層間結(jié)合力弱，陽(yáng)離子交換容量大，當(dāng)與水接觸時(shí)，水可進(jìn)入晶層之間，晶層表面的可交換陽(yáng)離子在水中解離擴(kuò)散，形成擴(kuò)散雙電層，使表面帶電，晶層之間相互排斥，產(chǎn)生體積膨脹。鈉含量高的蒙脫石，其膨脹率可達(dá)600％～1000％(相對(duì)原始體積)。酸化過(guò)程可加劇粘土膨脹。首先，酸流經(jīng)粘土礦物時(shí)，會(huì)溶解礦物的膠結(jié)物，加劇了粘土礦物的膨脹和分散；其次，酸可將粘土轉(zhuǎn)變?yōu)闅渫?，其膨脹性能大于鈣土。粘土膨脹會(huì)造成油層孔隙堵塞，同時(shí)由于膨脹而分散的粘土顆粒和碎屑運(yùn)移至裂縫的彎曲處時(shí)會(huì)發(fā)生沉積、橋接等作用，將進(jìn)一步引起孔隙的減少和滲透率的降低。粘土膨脹對(duì)酸化效果也有很大的負(fù)面影響。原因是粘土膨脹會(huì)使地層孔隙有效半徑減小，粘土的運(yùn)移、橋接、架橋堵塞原有孔道，這樣就不利于乏酸的排出，掩蓋了酸化提高地層滲透率的目的，而且還會(huì)縮短酸化有效期。
1965年Mungan.N研究結(jié)果表明鹽類(lèi)可以控制粘土的膨脹。鹽是通過(guò)減小粘土表面擴(kuò)散雙電層厚度和zeta電位而起作用的。1969年Carl D.Veley，dowell Div.提出了帶有多個(gè)電荷的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子用作粘土防膨劑，1972年，Reed，M.G對(duì)羥基鋁的防膨作用作了研究，進(jìn)一步證明了帶有多個(gè)電荷的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的防止粘土膨脹作用。同年Young對(duì)氯代硅烷的防膨性能作了研究，證明氯代硅烷可以有效地固化砂巖地層，抑制砂巖疏松，防止粘土膨脹。1979年Robert W.Anderson對(duì)氧化聚胺的防膨作用作了研究，聚胺可通過(guò)多個(gè)附著點(diǎn)強(qiáng)烈吸附在粘土表面。吸附后，聚胺將有效中和粘土的負(fù)電荷，從而減弱了粘土的膨脹性。1980年以后酸化用粘土防膨劑的研究主要集中在對(duì)陽(yáng)離子聚合物的合成與復(fù)配，形成了系列分子量和陽(yáng)離子度的聚胺或聚季銨。
陽(yáng)離子聚合物可有效抑制粘土膨脹和運(yùn)移，在酸化防膨和注入水防膨中起了重要作用，但由于陽(yáng)離子聚合物具有明顯的橋接作用和導(dǎo)致粘土或巖屑聚集，使殘酸不易將微粒攜帶出油層，對(duì)酸化效果有較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要開(kāi)發(fā)一種抗高溫、對(duì)酸化不造成二次污染的高效粘土防膨劑。
本發(fā)明的目的是由以下配方實(shí)現(xiàn)。高溫酸化用粘土防膨劑由2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷、鹽酸胍和水4種組分構(gòu)成，各組分的質(zhì)量含量分別為2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨27％～50％、γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷3％～5％、鹽酸胍1％-3％、水43％-66％，高溫酸化用粘土防膨劑中各成分之和為100％。
高溫酸化用粘土防膨劑中主要成分的作用為(1)2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨是高溫酸化用粘土防膨劑的主要成分，結(jié)構(gòu)式為 2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨在酸中解離成有機(jī)陽(yáng)離子，該陽(yáng)離子可中和粘土顆粒表面的負(fù)電荷，通過(guò)減小粘土晶片之間的靜電斥力實(shí)現(xiàn)防止粘土膨脹的目的。同時(shí)，吸附在粘土表面的有機(jī)陽(yáng)離子可使強(qiáng)親水的巖石表面轉(zhuǎn)化為接近中性潤(rùn)濕，巖石親水性的減弱可增大水進(jìn)入粘土晶片間的阻力，進(jìn)一步起到防止粘土膨脹的作用。
(2)γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷是高溫酸化用粘土防膨劑的另一主要成分。結(jié)構(gòu)式為 γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷在酸液中與地層粘土接觸時(shí)可發(fā)生如下反應(yīng)①水解反應(yīng)
②醚化反應(yīng)γ-氨丙基三羥基甲硅烷可與粘土礦物晶面的羥基發(fā)生縮水醚化反應(yīng)，其分子本身也發(fā)生同樣反應(yīng)而聚合，在粘土礦物晶面形成如下結(jié)構(gòu)的聚合物分子膜。
聚合物分子膜的形成一方面將粘土晶片膠結(jié)在一起，另一方面也使強(qiáng)親水的粘土表面轉(zhuǎn)化為弱親水，從而起到防止粘土膨脹的目的。由于γ-氨丙基三羥基甲硅烷在酸液中的濃度低，分子間的縮水聚合反應(yīng)很慢，只有在粘土表面吸附濃集時(shí)分子間的縮水聚合反應(yīng)才可快速發(fā)生，因此該聚合物分子膜僅在單一的粘土顆粒表面形成，而不能在二個(gè)或多個(gè)粘土顆粒之間產(chǎn)生，避免了陽(yáng)離子聚合物導(dǎo)致粘土顆粒聚結(jié)對(duì)酸化的不利影響。
(3)鹽酸胍鹽酸胍是高溫酸化用粘土防膨劑的輔助成分。主要利用鹽酸胍對(duì)有機(jī)胺的變性和增溶作用增加γ-氨丙基三羥基甲硅烷在水中的溶解度，同時(shí)由于鹽酸胍本身具有防膨作用，在高溫酸化用粘土防膨劑中有輔助的防膨作用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的組成、制備過(guò)程和性能參數(shù)。
(1)原材料性能要求2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨有效含量大于96％；
γ-氨丙基三羥基甲硅烷有效含量大于98％；鹽酸胍有效含量大于93％。
(2)高溫酸化用粘土防膨劑制備實(shí)例與性能參數(shù)向已啟動(dòng)的1m3乳化器內(nèi)加入650kg水，升溫至45℃，低速攪拌，緩慢加入15kg鹽酸胍和300kg 2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，攪拌至完全溶解。將攪拌機(jī)調(diào)至高速，邊攪拌邊加入35kgγ-氨丙基三羥基甲硅烷，攪拌至形成均勻透明溶液，就是本發(fā)明所述的高溫酸化用粘土防膨劑。實(shí)施例產(chǎn)品的性能參數(shù)見(jiàn)表1～表3。
表1 實(shí)施例產(chǎn)品在20％鹽酸中的性能參數(shù)*

表2 實(shí)施例產(chǎn)品在不同酸液中的性能參數(shù)1)

表3實(shí)施例產(chǎn)品在不同酸液中的性能參數(shù)*

(3)高溫酸化用粘土防膨劑的使用條件本發(fā)明所提供的高溫酸化用粘土防膨劑使用條件為油層溫度0℃-210℃；酸液類(lèi)型鹽酸、土酸、硝酸；酸液總濃度小于等于30％；高溫酸化用粘土防膨劑使用濃度0.5％～2％。
(4)高溫酸化用粘土防膨劑使用方法高溫酸化用粘土防膨劑是溶解到酸液中使用，高溫酸化用粘土防膨劑與酸液互溶。
權(quán)利要求
1.一種高溫酸化用粘土防膨劑，其特征是，由2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷、鹽酸胍和水4種組分構(gòu)成，各組分的質(zhì)量含量分別為2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨27％～50％、γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷3％～5％、鹽酸胍1％-3％、水43％-66％，高溫酸化用粘土防膨劑中各成分之和為100％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高溫酸化用粘土防膨劑，它由2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、γ－氨丙基三乙氧基甲硅烷、鹽酸胍和水4種組分構(gòu)成，各組分的質(zhì)量含量分別為2，3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨27％～50％、γ－氨丙基三乙氧基甲硅烷3％～5％、鹽酸胍1％－3％、水43％－66％，高溫酸化用粘土防膨劑中各成分之和為100％。本發(fā)明提供的高溫酸化用粘土防膨劑通過(guò)中和粘土表面電性和使粘土表面弱親水的機(jī)理實(shí)現(xiàn)防膨目的，最佳使用濃度時(shí)的粘土防膨率大于50％。該防膨劑不造成微粒聚結(jié)，對(duì)酸化無(wú)副作用。
文檔編號(hào)C09K8/60GK1786103SQ20051004492
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者張貴才, 孫銘勤, 葛際江 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)