用於低滲透油藏注水防膨粘土穩定劑及其製備方法與流程

2023-10-10 18:03:49

本發明屬於油田開採
技術領域：
，具體涉及一種用於低滲透油藏注水防膨粘土穩定劑及其製備方法。
背景技術：
：改善注水開發效果是提高低滲透油藏採收率的關鍵技術之一。低滲透水敏儲層中的粘土礦物易水化膨脹，分散運移，堵塞喉道。在低滲透油藏中，由於水敏性造成的儲層傷害，會使滲透率大幅度降低，導致注入困難。與中、高滲透油藏相比，低、特低滲透油藏的水敏性對開發過程的影響更加突出。因此，在低、特低滲透水敏性油藏的注水開發過程中，尤其要注意預防粘土膨脹。目前，防止粘土膨脹普遍採用的方法是在注入水中加入粘土穩定劑。由於不同類型的油藏中粘土礦物的組成和含量不同，因此，對於特定的油藏須選擇性地使用不同種類的粘土穩定劑。目前常用的評價粘土穩定劑方法有：根據粘土在水中膨脹體積變化的靜態評價方法和通過物理模擬實驗過程中滲透率的變化值進行的動態評價方法。靜態評價方法由於方法簡單、容易操作而被廣泛採用。根據粘土礦物的水敏機理，如果在注入水中添加一些注劑，讓注入水成為帶正電離子的溶液，利用正電離子與粘土晶片表面負離子作用，結合成一個防膨的體系，在粘土表面形成一個憎水面，隔離粘土晶面矽氧鍵或氫氧鍵的偶極對水分子的吸引，從而起到防止粘土水化膨脹作用；其次利用這種溶液在水化的粘土體系中產生離子間排斥和聚合凝縮作用，使粘土礦物在這種分子間力作用下聚結，起到防止粘土分散運移的作用，這種能消除粘土礦物水敏性的助劑就是粘土穩定劑。陽離子表面活性劑由於在水中可以解離出有表面活性的陽離子，能吸附在粘土顆粒的表面上中和粘土表面的負電荷，所以可作為防膨劑。但陽離子活性劑作粘土防膨劑時易與幾種陰離子化學藥劑反應產生沉澱，如石油磺酸鹽或為提高採收率使用的部分水解聚丙稀醯胺及一些生物聚合物。儘管在粘土穩定劑應用中選擇聚合物所取得的效果較為明顯，但需注意其本身具有較大的相對分子質量，一旦注水井儲層處於低滲透狀態，這樣在防膨處理中將使注水井滲透率受到嚴重影響。以by-14穩定劑的應用為例，假若在油井轉注前，完成防膨處理過程，若壓力保持為30mpa，可發現很難向地層注入。這就要求在篩選粘土穩定劑中，做好評定粘土穩定劑與地層適應性分析。例如，對於低滲透率儲層，在進行空氣滲透率測定的基礎上，將bf-901、j-1穩定劑分別注入，二者都保持為20g/l質量濃度，此時可進行溶液滲透率的測定，並測定蒸餾水轉注後的滲透率情況。這樣便可發現，在分子質量較高時，穩定劑的應用很可能堵塞巖心，而相對分子質量較低的穩定劑，防膨處理中可保證巖心的穩定性。因此，實際篩選粘土穩定劑中，為避免低滲透儲層在防膨處理時受到傷害，應保證粘土穩定劑相對分子質量較低。專利zl201310118314.7「一種低分子量粘土穩定劑製備方法」以含有碳碳的銨鹽和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸為原料在水溶液中聚合製備而成，聚合物數均分子量低於5萬。該聚合物穩定劑中引入磺酸基團，增加了聚合物的水溶性和抗溫性能。它在水中可以同時與多個粘土顆粒形成多點吸附，吸附後，在粘土顆粒的表面形成一層吸附保護膜，防止粘土顆粒的膨脹與運移。但是該穩定劑難以用於低滲透油田。彭玉潔等人的「酯交換季胺型陽離子大豆油表面活性劑的合成及物化性能研究」提出一種低成本和工藝簡單的表面活性劑，該表面活性劑屬於季銨鹽型，根據室內試驗研究，該表面活性劑具有優異的防膨效果、耐溫性以及無任何腐蝕性，同時該表面活性劑屬於小分子陽離子表面活性劑，適用於低滲透油藏。因此，該大豆油改性表面活性劑可以用於低滲透油田的防膨粘土穩定劑。技術實現要素：本發明針對目前現有技術的不足而提供一種具有保護儲層作用的粘土穩定劑，本發明的粘土穩定劑可用於低滲透油藏，具有耐溫抗鹽性能好、價格低廉和工藝簡單的粘土穩定劑。本發明公開了用於低滲透油藏注水防膨粘土穩定劑，是由大豆油改性表面活性劑、酒石酸、氫氧化鉀和水復配而成，所述的大豆油改性表面活性劑是具有長碳鏈烷基和季銨陽離子的季銨鹽表面活性劑，其分子通式如下：其中：r″為cnh2n+1，0≤n≤15；r′為cmh2m+1，0≤m≤15。所述的用於低滲透油藏注水防膨粘土穩定劑各組成的組份如下：優選地，所述的用於低滲透油藏注水防膨粘土穩定劑各組成的組份如下：本發明另一個目的在於提供用於低滲透油藏注水防膨粘土穩定劑的製備方法，其具體步驟如下：(1)將上述比例的水置於燒杯中，並在40～65℃的恆溫水浴鍋內加熱；在攪拌速率為300～350rpm條件下，加入上述比例的酒石酸，完全加入後，繼續攪拌10～20min，得到混合溶液；(2)將上述混合溶液的溫度調至25～30℃，在攪拌速率為200～300rpm下，緩慢加入上述比例的氫氧化鉀，完全加入後，繼續攪拌30～50min；隨後升溫至60～75℃，恆溫10～15min，得到透明溶液；(3)將上述透明溶液的溫度調至45～50℃，攪拌速率為350～500rpm，加入上述比例的大豆油改性表面活性劑，恆溫攪拌10～30min，然後自然降溫至室溫得到最終產物，即本發明的防膨粘土穩定劑。根據已有文獻，所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下：其中：r″為cnh2n+1，0≤n≤15；r′為cmh2m+1，0≤m≤15。本發明提供的防膨粘土穩定劑，穩定劑中的大豆油表面活性劑屬於小分子季銨鹽陽離子型表面活性劑，其在水中解離產生高正電價的陽離子，可以與粘土顆粒形成多點吸附，可以取代粘土晶層表面的k+、na+、ca2+等金屬陽離子。在吸附到粘土後會在粘土顆粒的表面形成一層有機陽離子的吸附保護膜，將粘土顆粒保護起來，防止粘土顆粒的水化、膨脹、分散和運移。酒石酸作為一種螯合劑，可以捕獲和分離出特定的二價和三價金屬離子，具有固定陽離子的作用，同時，其形成的鹽還可用於改變巖石的潤溼性，使巖石由油潤溼變為水潤溼；無機鹽氫氧化鉀易於進入粘土空穴中，與粘土結合較為牢固，起到固定粘土的作用。同時，大豆油表面活性劑由於分子適中，碳鏈不易斷裂，具有很好的耐溫性能，而且分子不需要捲曲即可與粘土緊密結合，抗鹽性能優異，有效的提高了使用效率。本發明與現有技術相比具有如下優點和有益效果：(1)本發明的防膨粘土穩定劑原料來源廣泛，合成工藝簡單，成本低廉；(2)本發明的防膨粘土穩定劑用量少，可用於低滲透油藏注水粘土防膨，滿足油田發展的需要；(3)本發明的防膨粘土穩定劑耐溫耐鹽性能好，能耐溫達到290℃，耐礦化度達到220000mg/l，且與地層水具有良好的配伍性；(4)本發明的防膨粘土穩定劑可強烈的吸附到粘土表面，不易分解，粘土穩定劑永久有效，防膨率高，防膨率達到98％以上。具體實施方式下面結合具體的實施例，並參照數據進一步詳細描述本發明。應理解，這些實施例只是為了舉例說明本發明，而非以任何方式限制本發明的範圍。實施例1：防膨粘土穩定劑e1及其製備方法(1)防膨粘土穩定劑e1的組成及組份如下：根據已有文獻，所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下：其中：r″為cnh2n+1，0≤n≤15；r′為cmh2m+1，0≤m≤15。(2)防膨粘土穩定劑e1的製備方法如下：①將50份的水置於燒杯中，並在40℃的恆溫水浴鍋內加熱；在攪拌速率為300rpm條件下，加入0.1份的酒石酸，完全加入後，繼續攪拌10min，得到混合溶液；②將上述混合溶液的溫度調至25℃，在攪拌速率為200rpm下，緩慢加入0.01份的氫氧化鉀，完全加入後，繼續攪拌30min；隨後升溫至60℃，恆溫10min，得到透明溶液；③將上述透明溶液的溫度調至45℃，攪拌速率為350rpm，加入15份的大豆油改性表面活性劑，恆溫攪拌10min，然後自然降溫至室溫得到最終產物，即本發明的防膨粘土穩定劑e1。實施例2：防膨粘土穩定劑e2及其製備方法(1)防膨粘土穩定劑e2的組成及組份如下：根據已有文獻，所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下：其中：r″為cnh2n+1，0≤n≤15；r′為cmh2m+1，0≤m≤15。(2)防膨粘土穩定劑e2的製備方法如下：①將80份的水置於燒杯中，並在45℃的恆溫水浴鍋內加熱；在攪拌速率為320rpm條件下，加入0.5份的酒石酸，完全加入後，繼續攪拌12min，得到混合溶液；②將上述混合溶液的溫度調至28℃，在攪拌速率為250rpm下，緩慢加入0.08份的氫氧化鉀，完全加入後，繼續攪拌40min；隨後升溫至65℃，恆溫13min，得到透明溶液；③將上述透明溶液的溫度調至48℃，攪拌速率為400rpm，加入15份的大豆油改性表面活性劑，恆溫攪拌15min，然後自然降溫至室溫得到最終產物，即本發明的防膨粘土穩定劑e2。實施例3：防膨粘土穩定劑e3及其製備方法(1)防膨粘土穩定劑e3的組成及組份如下：根據已有文獻，所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下：其中：r″為cnh2n+1，0≤n≤15；r′為cmh2m+1，0≤m≤15。(2)防膨粘土穩定劑e3的製備方法如下：①將150份的水置於燒杯中，並在55℃的恆溫水浴鍋內加熱；在攪拌速率為330rpm條件下，加入1.0份的酒石酸，完全加入後，繼續攪拌15min，得到混合溶液；②將上述混合溶液的溫度調至26℃，在攪拌速率為220rpm下，緩慢加入0.05份的氫氧化鉀，完全加入後，繼續攪拌45min；隨後升溫至70℃，恆溫12min，得到透明溶液；③將上述透明溶液的溫度調至46℃，攪拌速率為460rpm，加入15份的大豆油改性表面活性劑，恆溫攪拌20min，然後自然降溫至室溫得到最終產物，即本發明的防膨粘土穩定劑e3。實施例4：防膨粘土穩定劑e4及其製備方法(1)防膨粘土穩定劑e4的組成及組份如下：根據已有文獻，所述的大豆油改性表面活性劑的合成路線如下：其中：r″為cnh2n+1，0≤n≤15；r′為cmh2m+1，0≤m≤15。(2)防膨粘土穩定劑e4的製備方法如下：①將200份的水置於燒杯中，並在65℃的恆溫水浴鍋內加熱；在攪拌速率為350rpm條件下，加入2份的酒石酸，完全加入後，繼續攪拌20min，得到混合溶液；②將上述混合溶液的溫度調至30℃，在攪拌速率為300rpm下，緩慢加入0.1份的氫氧化鉀，完全加入後，繼續攪拌50min；隨後升溫至75℃，恆溫15min，得到透明溶液；③將上述透明溶液的溫度調至50℃，攪拌速率為500rpm，加入15份的大豆油改性表面活性劑，恆溫攪拌30min，然後自然降溫至室溫得到最終產物，即本發明的防膨粘土穩定劑e4。實施例5分別準確稱取5.0g上述e1～e4防膨粘土穩定劑樣品，溶解於995.0g蒸餾水中，攪拌30min，形成均勻溶液，待用。實施例6按照《sy/t5971-94注水用粘土穩定劑性能評價方法》評價了產品在290℃和礦化度為220000mg/l條件下的防膨率。本實驗所用粘土穩定劑溶液為實施例5中所配溶液，試驗結果見表1。表1防膨粘土穩定劑e1～e4的評價結果產品防膨率，％e199.0e299.6e398.8e499.2從表1可以看出，防膨粘土穩定劑e1～e4的防膨率均大於98.0％，其中，粘土穩定劑e2的防膨率最高，達到99.6％。說明本發明研製的粘土穩定劑在290℃和礦化度為220000mg/l條件下具有良好的防止膨潤土水化膨脹的能力。實施例7按照中國石油天然氣行業標準《鑽井液用頁巖抑制劑評價方法》sy/t6335-1997進行樣品線性膨脹性實驗。所用儀器為np-01頁巖膨脹測試儀。稱取8.00g在105℃下烘乾4h的二級膨潤土(直徑為0.01～0.05mm)，在壓力機上製得壓片(壓力10mpa，時間5min)。把壓片放入頁巖膨脹儀中，加入配製好的一定濃度的穩定劑溶液(實施例6中所配溶液)，測定試液浸泡後泥頁巖壓片的膨脹率。泥頁巖壓片的膨脹率越小，說明產品的抑制粘土水化膨脹的能力越強；反之則越差。實驗結果如表2所示。表2線性膨脹率試驗測試結果產品16h相對清水的降低率，％e120.5e219.7e320.0e421.2由表2可見，粘土穩定劑e1～e416h相對清水的降低率均低於22％，其中，粘土穩定劑e216h相對清水的降低率最低，達到19.7％，說明本發明製備的粘土穩定劑產品能有效地抑制粘土的水化膨脹。當前第1頁12