一種抑砂防膨劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抑砂防膨劑及其制備方法，用于油水井酸化。所述的抑砂防膨劑由有機(jī)胺與HCl按1︰2的摩爾比反應(yīng)產(chǎn)生的胺鹽和三元共聚物混合而成，其中，胺鹽占總重量的98％，三元共聚物占總重量的2％。所述的三元共聚物是由丙烯酰胺單體或2?丙烯酰胺基?2?甲基丙磺酸單體和二甲基二烯丙基氯化銨單體及有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑的三元共聚物。經(jīng)試驗(yàn)表明，該抑砂防膨劑的防膨率高于85％，抑砂率高于90％。既能有效防止粘土膨脹，又能對(duì)細(xì)粉砂出砂進(jìn)行有效的防治，適用于90℃以內(nèi)中低等出砂強(qiáng)度下疏松砂巖油藏酸化作業(yè)。
【專利說明】
一種抑砂防膨劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種油水井酸化用抑砂防膨劑及其制備方法，屬于石油化工技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 砂巖油藏多輪次酸化后，巖石骨架砂粒間的膠結(jié)物被破壞，易在近井地帶發(fā)生出 砂現(xiàn)象，尤其是對(duì)疏松砂巖油藏，所含細(xì)粉砂較多，出砂情況更為嚴(yán)重，防治也更加困難。油 水井出砂將會(huì)嚴(yán)重影響酸化效果，大幅降低酸化有效期。此外，酸化作業(yè)也會(huì)加劇粘土的水 化膨脹。酸液流經(jīng)粘土礦物時(shí)，會(huì)溶解粘土礦物的膠結(jié)物，從而加大粘土礦物的膨脹和分 散，這在蒙脫石及伊/蒙混層礦物含量較高時(shí)尤為嚴(yán)重。粘土膨脹會(huì)造成孔隙堵塞，由于膨 脹而分散稀釋的粘土顆粒和碎肩運(yùn)移至裂縫的彎曲處而沉積或橋接、架橋，將進(jìn)一步引起 孔隙度的減小和滲透率的降低。對(duì)于非膨脹性的粘土，酸液能促進(jìn)其分解，且分散顆粒易和 其它微粒一起隨流體流動(dòng)而運(yùn)移，從而堵塞了有效的流動(dòng)通道，降低產(chǎn)油率。因此，如何在 不犧牲酸化效果的情況下，防止油層骨架的破壞、出砂以及粘土礦物的膨脹、運(yùn)移，是目前 酸化中亟待解決的問題之一。
[0003] 針對(duì)粘土含量高的地層，在穩(wěn)定粘土的同時(shí)，對(duì)出砂進(jìn)行有效抑制，形成一種兼具 粘土防膨與砂粒穩(wěn)定的化學(xué)劑，可以有效解決這類油藏酸化效率低等問題。國(guó)內(nèi)外關(guān)于防 膨劑或者抑砂劑的單獨(dú)的報(bào)道有很多，它們通常只具備防止粘土膨脹或者砂粒運(yùn)移中的一 個(gè)作用。有關(guān)抑砂防膨劑的研究較少，文獻(xiàn)中提到的物質(zhì)主要有陽離子季銨鹽、多羥基陽離 子聚合物、陽離子聚丙稀酰胺等，這些化學(xué)劑防膨作用較好，但通常抑砂效果不佳。例如，專 利CN104861110A以丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鹽、苯乙烯或丙 烯睛以及丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨或三甲基烯丙基氯化氯化銨等為原料制備了一種針 對(duì)高滲透油藏抑砂防膨用劑，該物質(zhì)屬聚季銨鹽類物質(zhì)，主要利用聚季銨鹽的橋接作用以 及電性中和進(jìn)行抑砂防膨。性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)表明，該體系具有良好的防止粘土膨脹和抑制砂 粒運(yùn)移的能力。然而該物質(zhì)合成方法較為復(fù)雜，限制了其在油田的推廣引用。
[0004] 由于兼具防膨和抑砂功能的單一物質(zhì)較少，因此復(fù)配體系是研制抑砂防膨劑的一 個(gè)主要方向。然而大多數(shù)復(fù)配體系中，防膨劑與抑砂劑協(xié)同性較差，二者間存在相互干擾， 導(dǎo)致相同有效濃度下，抑砂防膨復(fù)配體系的防膨率低于單獨(dú)的防膨劑，抑砂率低于單獨(dú)的 抑砂劑。因此篩選出具有良好協(xié)同效應(yīng)、消除這種不利影響的復(fù)配體系成為了開發(fā)抑砂防 膨劑的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種油水井酸化用抑砂防膨劑及其制 備方法，用于解決砂巖地層酸化時(shí)產(chǎn)生的粘土膨脹和地層出砂問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種油水井酸化用抑砂防膨劑，由胺鹽和三元共聚物混合而成，其中，胺鹽占總重 量的98%，三元共聚物占總重量的2%。
[0008] 所述的胺鹽是用有機(jī)胺與HC1按1: 2的摩爾比反應(yīng)產(chǎn)生的。所述的有機(jī)胺，選自1， 2-乙二胺、N，N-二甲基乙二胺、N，N'_二甲基乙二胺、N，N-二乙基乙二胺、NN'-二乙基乙二 胺、N-乙基乙二胺、1，2-丙二胺、1,3-丙二胺、四甲基丙二胺、1,6-己二胺、N，N'_二甲基-1， 3_丙二胺、N，N，N'，N'_四甲基-1，6-己二胺中的一種或幾種。
[0009] 所述鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%，規(guī)格為分析純或化學(xué)純。
[0010] 所述的三元共聚物，選自丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與3-(甲基丙烯酰氧） 丙基三甲氧基硅烷(KH570、A-174)的共聚物，丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與乙烯基三 甲氧基硅烷(A-171)的共聚物，丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與乙烯基三(2-甲氧基乙 氧基)硅烷(A-172)的共聚物，丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)的共聚物中的一種或幾種。
[0011] 按照上面所述抑砂防膨劑的制備方法，其特征是按如下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0012] (1)向四口燒瓶中中加入100g的有機(jī)胺；
[0013] (2)在恒壓漏斗中加入質(zhì)量濃度為37%的鹽酸，其中HC1與有機(jī)胺的摩爾比為2:1;
[0014] (3)打開恒壓漏斗，向燒瓶中滴加鹽酸，調(diào)節(jié)恒壓漏斗的活塞開度來控制鹽酸的滴 速，并且調(diào)節(jié)攪拌棒的轉(zhuǎn)速，使得滴加過程中控制溫度不超過50°C，滴加酸時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量白 煙，酸的滴速要緩慢，以防大量放熱發(fā)生迸濺；
[0015] ⑷反應(yīng)中通過實(shí)時(shí)測(cè)定PH來確定鹽酸滴加終點(diǎn)，最終得到產(chǎn)品的pH在5~6;
[0016] (5)到達(dá)滴定終點(diǎn)后，關(guān)閉恒壓漏斗，繼續(xù)反應(yīng)0.5小時(shí)以使得反應(yīng)進(jìn)行的更加完 全；
[0017] (6)調(diào)整水浴溫度為40°C~60°C，按上一步產(chǎn)物總質(zhì)量的2%加入丙烯酰胺-二甲 基二烯丙基氯化銨-有機(jī)硅烷的三元共聚物；
[0018] (7)攪拌4~6h后，得到淡黃色或透明粘稠狀液體，室溫下粘度約為460mPa/s，即為 目標(biāo)產(chǎn)物抑砂防膨劑。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是防膨率高于85%，在2mL/min~20mL/min沖砂流量下沖出砂 粒含量均低于0.1%，臨界出砂流速大于20mL/min，地層傷害率低于15%，抑砂率高于90 %。 適用于90°C以內(nèi)、粘土含量較高的中等或者弱出砂地層，可以滿足酸化時(shí)防膨抑砂的需要。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了更加清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)的闡述，但本 發(fā)明所保護(hù)范圍不僅限于此。
[0021] 實(shí)施例1，稱量23.32g的1，2-乙二胺，加入到四口燒瓶中。打開攪拌棒（中等轉(zhuǎn)速） 以及冷凝水。水浴鍋中裝滿清水，用來控制反應(yīng)溫度。稱量76.68g鹽酸(有效含量為37 % )， 加入到恒壓漏斗中，控制活塞開度，使得鹽酸緩慢滴入燒瓶中。該過程中注意控制鹽酸的滴 加速度不要過快，保證反應(yīng)溫度始終在50°C以內(nèi)。待pH在5~6之間時(shí)，結(jié)束滴加，繼續(xù)反應(yīng) 〇.5h。之后加入2g的丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基 硅烷的三元共聚物。調(diào)整水浴溫度為40°C，反應(yīng)6h后將產(chǎn)物取出，得到有效濃度為53.7%的 無色粘稠狀抑砂防膨劑產(chǎn)品。
[0022]實(shí)施例2，稱量30.85g的N，N-二甲基乙二胺，加入到四口燒瓶中。打開攪拌棒（中等 轉(zhuǎn)速）以及冷凝水。水浴鍋中裝滿清水，用來控制反應(yīng)溫度。稱量69.15g鹽酸(有效含量為 37% )，加入到恒壓漏斗中，控制活塞開度，使得鹽酸緩慢滴入燒瓶中。該過程中注意控制鹽 酸的滴加速度不要過快，保證反應(yīng)溫度始終在50°C以內(nèi)。待pH在5~6之間時(shí)，結(jié)束滴加，繼 續(xù)反應(yīng)〇.5h。之后加入2g的丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與乙烯基三甲氧基硅烷的三 元共聚物。調(diào)整水浴溫度為45°C，反應(yīng)5h后將產(chǎn)物取出，得到有效濃度為56.4%的淡黃色粘 稠狀抑砂防膨劑產(chǎn)品。
[0023]實(shí)施例3，稱量27.28g的1，2-丙二胺，加入到四口燒瓶中。打開攪拌棒（中等轉(zhuǎn)速） 以及冷凝水。水浴鍋中裝滿清水，用來控制反應(yīng)溫度。稱量72.72g鹽酸(有效含量為37%)， 加入到恒壓漏斗中，控制活塞開度，使得鹽酸緩慢滴入燒瓶中。該過程中注意控制鹽酸的滴 加速度不要過快，保證反應(yīng)溫度始終在50°C以內(nèi)。待pH在5~6之間時(shí)，結(jié)束滴加，繼續(xù)反應(yīng) 〇.5h。之后加入2g的丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷 的三元共聚物。調(diào)整水浴溫度為50°C，反應(yīng)4h后將產(chǎn)物取出，得到有效濃度為54.2%的透明 粘稠狀抑砂防膨劑產(chǎn)品。
[0024]實(shí)施例4，稱量34.08g的N，N ' -二甲基-1，3-丙二胺，加入到四口燒瓶中。打開攪拌 棒（中等轉(zhuǎn)速）以及冷凝水。水浴鍋中裝滿清水，用來控制反應(yīng)溫度。稱量65.92g鹽酸(有效 含量為37 % )，加入到恒壓漏斗中，控制活塞開度，使得鹽酸緩慢滴入燒瓶中。該過程中注意 控制鹽酸的滴加速度不要過快，保證反應(yīng)溫度始終在50°C以內(nèi)。待pH在5~6之間時(shí)，結(jié)束滴 加，繼續(xù)反應(yīng)〇.5h。之后加入2g的丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與乙烯基三乙氧基硅烷 的三元共聚物。調(diào)整水浴溫度為60°C，反應(yīng)4h后將產(chǎn)物取出，得到有效濃度為58.5%的淡黃 色粘稠狀抑砂防膨劑產(chǎn)品。
[0025]對(duì)實(shí)例1~4中各抑砂防膨劑產(chǎn)品進(jìn)行防膨性能和抑砂性能的評(píng)價(jià)。
[0026] (1)防膨率的測(cè)定
[0027] 依據(jù)SY5971-94，用離心法測(cè)定以上各組抑砂防膨劑的防膨率。主要通過測(cè)量膨潤(rùn) 土在煤油、去離子水以及不同濃度抑砂防膨劑溶液中的膨脹體積來計(jì)算防膨率。
[0028]防膨率計(jì)算公式為：
⑴
[0030] 式中：B--防膨率，％;
[0031] Vi一一膨潤(rùn)土在抑砂防膨劑溶液中的膨脹體積，mL;
[0032] V2一一膨潤(rùn)土在蒸餾水中的膨脹體積，mL;
[0033] Vo一一膨潤(rùn)土在煤油中的膨脹體積，mL。
[0034] 70 °C下測(cè)量實(shí)例1~4中各抑砂防膨劑產(chǎn)品防膨率見表1。
[0035]表1實(shí)施例1~4中各抑砂防膨劑產(chǎn)品防膨率
[0037] (2)抑砂性能評(píng)價(jià)
[0038]在70 °C下使用填砂管物模實(shí)驗(yàn)測(cè)量固砂劑抑砂率、臨界出砂流速及地層傷害率。 選用40-60目石英砂52.3g、100-120目石英砂100g、高嶺土2.7g混合均勻后，用濕法填制填 砂管，卸掉填砂管一端篩網(wǎng)，將有篩網(wǎng)的一端朝下，向填砂管中倒入一定量的標(biāo)準(zhǔn)鹽水，然 后加入適量混合砂粒，加砂量不得超過填砂管中標(biāo)準(zhǔn)鹽水水面，用鐵錘之類的工具敲擊填 砂管側(cè)面加速砂粒沉降。填砂完畢后，從有篩網(wǎng)一端(正向）以lmL/min的流速注入標(biāo)準(zhǔn)鹽水 2PV(孔隙體積倍數(shù)），測(cè)量填砂管初始滲透率心。然后反向注入固砂劑溶液1.5PV，關(guān)閉填砂 管兩端閥門，靜置2h。用lmL/min的流量從有篩網(wǎng)的一端注入標(biāo)準(zhǔn)鹽水，待壓力曲線穩(wěn)定后， 測(cè)量滲透率K 2，計(jì)算滲透率傷害率n。
[0039] 70 °C下測(cè)量實(shí)施例1~4中各抑砂防膨劑產(chǎn)品出砂量見表2，抑砂率、臨界出砂流速 及地層傷害率見表3,實(shí)驗(yàn)中加入抑砂防膨劑有效濃度為1%，HC1有效濃度為5%，通常以 20mL/min下的抑砂率為基準(zhǔn)。
[0040] 表2實(shí)例1~4中各抑砂防膨劑產(chǎn)品出砂量
[0042] 表3實(shí)例1~4中各抑砂防膨劑產(chǎn)品出砂量
[0044] 從表2及表3可以看出固砂劑對(duì)于地層滲透率具有一定的傷害，通常與抑砂率的高 低呈反比，但是總體上均低于15%，傷害程度不大，滿足油田使用要求。臨界出砂流速大于 20mL/min，遠(yuǎn)高于未加抑砂防膨劑時(shí)的情況。20mL/min下測(cè)得的固砂劑抑砂率高于90%，抑 砂效果較好。
[0045] 綜合防膨率與抑砂率實(shí)驗(yàn)可以看出，該抑砂防膨劑既能有效防止粘土膨脹，又能 對(duì)細(xì)粉砂出砂進(jìn)行有效的防治，適用于中低等出砂強(qiáng)度下疏松砂巖油藏酸化作業(yè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種抑砂防膨劑，其特征是由胺鹽和三元共聚物混合而成，其中，胺鹽占總重量的 98%，三元共聚物占總重量的2% ; 所述的胺鹽是由有機(jī)胺與HC1按1: 2的摩爾比反應(yīng)產(chǎn)生的；所述的有機(jī)胺，選自1，2-乙 二胺、N，N-二甲基乙二胺、N，N'_二甲基乙二胺、N，N-二乙基乙二胺、NN'-二乙基乙二胺、N-乙基乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、四甲基丙二胺、1,6-己二胺、N，N'_二甲基-1,3-丙二 胺、1^，~'-四甲基-1，6-己二胺中的一種或幾種 ； 所述的三元共聚物，選自丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與硅烷偶聯(lián)劑KH570的共聚 物，丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與硅烷偶聯(lián)劑A171的共聚物，丙烯酰胺、二甲基二烯 丙基氯化銨與硅烷偶聯(lián)劑A172的共聚物，丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨與硅烷偶聯(lián)劑 A151的共聚物中的一種或幾種。2. -種如權(quán)利要求1所述的抑砂防膨劑的制備方法，其特征是按如下步驟實(shí)現(xiàn)： 第一步，向四口燒瓶中加入l〇〇g的有機(jī)胺； 第二步，在恒壓漏斗中按鹽酸與有機(jī)胺摩爾比為2:1加入鹽酸； 第三步，打開恒壓漏斗，向燒瓶中滴加鹽酸，調(diào)節(jié)恒壓漏斗的活塞開度來控制鹽酸的滴 速，并且調(diào)節(jié)攪拌棒的轉(zhuǎn)速，滴加過程中控制溫度不超過50°C ; 第四步，實(shí)時(shí)測(cè)定pH來確定鹽酸滴加終點(diǎn)，最終得到產(chǎn)品的pH在5~6; 第五步，到達(dá)滴定終點(diǎn)后，關(guān)閉恒壓漏斗，繼續(xù)反應(yīng)0.5小時(shí)； 第六步，調(diào)整水浴溫度為40 °C~60 °C，按上述第五步產(chǎn)物總質(zhì)量的2 %加入丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化銨-有機(jī)硅烷的三元共聚物； 第七步，攪拌4~6h后，得到淡黃色或透明粘稠狀液體，室溫下粘度約為460mPa/s，即為 目標(biāo)產(chǎn)物抑砂防膨劑。
【文檔編號(hào)】C09K8/74GK105820808SQ201610227765
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】葛際江, 李俠清, 張貴才, 蔣平, 裴海華
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)