[发明专利]一种两性离子粘土膨胀抑制剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及粘土抑制剂的制备与应用技术领域，具体涉及一种两性离子粘土膨胀抑制剂的制备方法及应用。

背景技术

泥页岩的主要成分是黏土矿物，其中颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物——蒙脱石，其结构中层与层之间的作用力为较弱的范德华力，在与水基钻井液相互作用过程中易吸水膨胀。泥页岩水化膨胀和分散引起的井壁失稳一直是钻井工程中的技术难题，因此钻遇泥页岩地层的水基钻井液中必须提高钻井液对泥页岩的抑制性，最大程度地降低井下复杂情况的发生率。在现有的泥页岩抑制剂中，胺基抑制剂通过其特有的吸附作用能很好地镶嵌在黏土层间，降低黏土吸收水分的趋势，且胺类抑制剂可通过调整取代基或引入新官能团来优化分子结构，在性能上具有较大的提升空间，是一类很有发展前景的泥页岩抑制剂。

发明内容

为了提供对环境无毒、对油藏无伤害的油田化学品，本发明的目的在于提供一种两性离子粘土膨胀抑制剂的制备方法及应用，该类化合物在较低浓度下就有较好的抑制粘土膨胀性能，可以用于做油田钻井、压裂、酸化、注水等环节中的粘土膨胀抑制剂。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种两性离子粘土膨胀抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，常温下在反应釜中将吡啶类化合物溶于5-100倍质量溶剂中，所述吡啶类化合物包括工业级化学纯及其以上纯度的吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、3-硝基吡啶、吡嗪或2-甲基吡嗪，所述溶剂为工业级化学纯及其以上纯度的水、甲醇、乙醇、DMF及其混合物；

第二步，搅拌下向反应釜中加入与吡啶类化合物物质量的比为1-1.2:1的氯乙酸盐，所述氯乙酸盐为工业级及其以上纯度的氯乙酸钠、氯乙酸钾、氯乙酸铵及其组合物；

第三步，将反应釜中的反应物在60-140℃下搅拌加热2-8小时，反应结束后冷却至室温，采用减压蒸馏至无液体滴出，即得到粘稠状固体；

第四步，将粘稠状固体按照质量比1:1-10与氯化钾混合，研磨均匀，得到粉末状固体制品，即为两性离子粘土膨胀抑制剂，所述氯化钾为工业级及其以上纯度的产品。

应用时，用自来水或者油田现场用水将两性离子粘土膨胀抑制剂配制成质量浓度为0.1-4%溶液，配以辅料，加入油田工作流体中，搅拌均匀即可，所属辅料为钻井液、压裂液、酸化液或回注水配制中除粘土膨胀抑制剂外的必要材料。

由于本发明采用了吡啶类化合物和氯乙酸盐及其组合物作为改性剂，原料无毒害、成本低，反应简便，经一锅反应即可，所用溶剂为水或者其他常规溶剂，反应完毕后蒸馏出来的溶剂可以直接重复使用，因而可以大大降低生产成本。所得两性离子粘土膨胀抑制剂为带有羧酸根的吡啶季铵盐，同时具有一个阳离子和一个阴离子，其中羧基具有较强的与粘土形成氢键的作用，吸附到粘土表面，季铵盐阳离子一方面可以通过与粘土表面的负电荷通过静电吸引作用结合到粘土表面，另一方面可以通过离子交换作用与粘土表面的可交换阳离子交换，进入粘土层间，阻挡水分子的进入、削弱水化作用，最终起到良好的抑制粘土膨胀的作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种两性离子粘土膨胀抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，常温下在反应釜中将吡啶类化合物溶于5倍质量溶剂中，所述吡啶类化合物为工业级吡啶，所述溶剂为自来水；

第二步，搅拌下向反应釜中加入与吡啶类化合物物质量的比为1:1的氯乙酸盐，所述氯乙酸盐为化学纯的氯乙酸钠；

第三步，将反应釜中的反应物在100℃下搅拌加热4小时，反应结束后冷却至室温，采用减压蒸馏至无液体滴出，即得到粘稠状固体；

第四步，将粘稠状固体按照质量比1: 5与氯化钾混合，研磨均匀，得到粉末状固体制品，即为两性离子粘土膨胀抑制剂，所述氯化钾为化学纯产品。

应用时，用自来水或者油田现场用水将三聚氰胺衍生的粘土抑制剂配制成质量浓度为0.5%的溶液，配以其他的辅料，加入油田回注水中，搅拌均匀即可，所属辅料为缓蚀阻垢剂等。

实施例2

一种两性离子粘土膨胀抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，常温下在反应釜中将吡啶类化合物溶于50倍质量溶剂中，所述吡啶类化合物为分析纯2-甲基吡啶，所述溶剂为工业乙醇；

第二步，搅拌下向反应釜中加入与吡啶类化合物物质量的比为1.1:的氯乙酸盐，所述氯乙酸盐为分析纯的氯乙酸钾；