含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂及其合成方法技术

本发明专利技术属于油田开发技术领域，具体涉及含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂及其合成方法，该粘土稳定剂是由萘酐与正十二醇反应生成十二烷基萘酐半酯，然后与2‑(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐通过溶液聚合反应生成中间体，最后再与2‑溴甲基吡啶反应生成，其中萘酐、正十二醇、2‑(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐和2‑溴甲基吡啶的摩尔比为1:1～1.6:1.1～1.5:0.8～1.7，优选为1:1.1:1.2:1.5。本发明专利技术的粘土稳定剂的原料来源广泛、合成工艺简单、用量少、油藏适应性强的特点；本发明专利技术的粘土稳定剂耐温耐盐性能好，能耐温达到220℃，耐矿化度达到220000mg/L，且具有良好的配伍性；本发明专利技术的粘土稳定剂可强烈的吸附到粘土表面，不易分解，粘土稳定剂有效期长，防膨率高，防膨率达到98％以上。

Cationic quaternary anti swelling clay stabilizer containing N heterocyclic quaternary ammonium salt and synthetic method thereof

The invention belongs to the field of oilfield development technology, in particular to N containing heterocyclic quaternary ammonium cationic bentonite clay stabilizer and its synthesis method, the clay stabilizer is composed of naphthalene anhydride reaction and generate twelve alkyl naphthalene anhydride is twelve alcohol monoester, then with 2 (two dimethylamino) methyl chloride salt acid salt by solution polymerization reaction intermediates finally, with 2 bromine methyl pyridine reaction, naphthalene anhydride, twelve alcohol, 2 (two dimethylamino) methyl chloride hydrochloride and 2 methyl pyridine bromide molar ratio of 1:1 ~ 1.6:1.1 ~ 1.5:0.8 ~ 1.7, preferably 1:1.1:1.2:1.5. The characteristics of clay stabilizer of the invention the wide sources of raw materials, simple preparation process, low dosage, reservoir adaptability; clay stabilizer of the invention has good performance of high temperature resistance and salt tolerance, the maximum temperature reached 220 degrees, resistance to salinity reached 220000mg/L, and has good compatibility; clay stabilizer of the invention can be strongly adsorbed to the the clay surface is not easy to decompose, the validity of clay stabilizer, anti swelling rate, swelling rate reached more than 98%.

【技术实现步骤摘要】
含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂及其合成方法
本专利技术涉及石油开采领域，具体涉及含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂及其合成方法。
技术介绍
地层中含有一定量的粘土矿物，主要有高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石等。这些粘土在注水、酸化、压裂过程中碰到水或水基物质就会产生膨胀，然后进一步分散(如蒙脱石、绿泥石)或直接分散(如高岭石、伊利石)成直径小于10μm的细小颗粒。在正常情况下，从上层到下层，含油储层中蒙脱石含量减少，伊利石含量增加，高岭石在一定深度消失，绿泥石主要分布在深层。这些粘土矿物多由硅氧四面体和铝氧八面体组成层状结构，其中蒙脱石由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成，层间表面均为氧层，联结力弱，当与水接触时，水可进入晶层之间，面晶层表面的可交换阳离子在水中解离扩散，形成扩散双电层，使片状结构表面带负电，晶层之间相互排斥，带负电的片状结构自行分开，产生膨胀，故蒙脱石属膨胀型粘土矿物，粘土膨胀可引起地层渗透率降低。高岭石、伊利石和绿泥石或因层间易形成氢键、联结紧密，水不易进入层间，或因阳离子交换容量很小，水不会引起膨胀，一般地属非膨胀型粘土矿物。在地层流体冲刷下，非膨胀粘土可分散成片状微粒而运移，进入地层孔隙，堵塞喉道，降低地层渗透率。为了保护油气地层的渗透性，必须使用粘土稳定剂即：防粘土膨胀剂(防膨剂)和防粘土微粒运移剂(防运移剂)。随着油田的开发，粘土稳定剂的应用越来越广泛，种类越来越多，根据不同的结构及所使用的化学药品的不同在这方面的研制大致可以分为3个阶段：(1)50-60年代后期，主要用无机盐类来稳定粘土；(2)70年代用无机多核聚合物和阳离子表面活性剂来稳定粘土；(3)80年代后主要开展了用阳离子有机聚合物稳定粘土的研究和实验。阳离子活性剂由于在水中可以解离出有表面活性的阳离子，能吸附在粘土颗粒的表面上中和粘土表面的负电荷，所以可作为防膨剂。但阳离子活性剂作粘土防膨剂时易与几种阴离子化学药剂反应产生沉淀，如石油磺酸盐或为提高采收率使用的部分水解聚丙稀酰胺及一些生物聚合物。其最大的缺点是能使储层的水润湿性变为油润湿性，可使水的相对渗透率下降。专利ZL201310118314.7“一种低分子量粘土稳定剂制备方法”以含有碳碳的铵盐和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为原料在水溶液中聚合制备而成，聚合物数均分子量低于5万。该聚合物稳定剂中引入磺酸基团，增加了聚合物的水溶性和抗温性能。它在水中可以同时与多个粘土颗粒形成多点吸附，吸附后，在粘土颗粒的表面形成一层吸附保护膜，防止粘土颗粒的膨胀与运移。但是该稳定剂易于吸附到岩石表面，减少地层渗透率，或直接将地层堵住的缺点，同时该粘土稳定剂的耐温耐盐性能差，限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术针对目前现有技术的不足，目的之一是提供一种在油田钻井、完井、生产、开发、压裂及注水中起到防止粘土膨胀保护储层的作用的含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂，在220℃和矿化度为220000mg/L条件下可以保持稳定不会发生分解，可适用于油田开发中高温高盐油藏防膨使用的粘土稳定剂，该稳定剂具有制备工艺简单、成本低廉、配伍性好、油藏的适应性强和防膨率高的特点；目的之二提供含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂的合成方法。本专利技术的目的之一在于提供含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂，该粘土稳定剂是由萘酐与正十二醇反应生成十二烷基萘酐半酯，然后与2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐通过溶液聚合反应生成中间体，最后再与2-溴甲基吡啶反应生成，其分子式如下：所述的萘酐、正十二醇、2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐和2-溴甲基吡啶的摩尔比为1:1～1.6:1.1～1.5:0.8～1.7，优选为1:1.1:1.2:1.5。本专利技术的另一个目的在于提供含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂的合成方法，该粘土稳定剂的合成方法具体包括以下步骤：(1)将上述比例的萘酐和正十二醇加入到四口烧瓶，加热到75～85℃，搅拌速率为300～400rpm，反应时间为0.5～1.5h，然后加入正庚烷，反应时间为3～8h，随后降温至室温，搅拌10～25min，得到十二烷基萘酐半酯溶液；(2)在上述十二烷基萘酐半酯溶液中加入上述比例的2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐，边搅拌边反应，搅拌速率为400～500rpm，反应时间为5～8h，然后加热至75～85℃，边搅拌边反应，搅拌速率为200～300rpm，反应时间为10～15h，反应时间结束后过滤，用热的石油醚洗滤渣，收集滤液，用无水硫酸镁干燥15～30h，减压除去正庚烷，得到棕黄色油状液体；(3)将上述棕黄色油状液体与上述比例的2-溴甲基吡啶加入到装有搅拌器和冷凝管的烧瓶中，再向其中加入丁酮，在氮气的保护下于50～80℃下反应10～24h，搅拌速率为400～500rpm，待反应时间结束后，降温至室温，得到粗产品；(4)将上述粗产品减压蒸馏除去溶剂，得到黄色黏状液体，将其过硅胶层析柱，分别用石油醚和乙醚做洗脱剂洗掉杂质，再用甲醇洗脱得淡黄色粘状液体，即为本专利技术的粘土稳定剂。所述的正庚烷的用量为萘酐质量的15～25倍，所述的丁酮的用量为萘酐质量的25～35倍。所述的反应方程式如下：本专利技术提供的防膨粘土稳定剂，其属于阳离子型表面活性剂，含有一个萘基团一个杂环极性基团，且季铵N离子在水中解离产生高正电价的阳离子，可以与多个粘土颗粒形成多点吸附，吸附后，在粘土颗粒的表面形成一层吸附膜，防止粘土颗粒的膨胀和运移。本专利技术提供的粘土防膨稳定剂由于分子量适中，分子不需要卷曲即可与粘土紧密结合，抗盐性能优异，有效的提高了使用效率；而且分子上具有两个苯环基团，具有一定的刚性结构，有效提高了分子的抗温性能。此外，本专利技术由于具有长碳链疏水基团，活动自由度比较大，因而对控制粘土的水化膨胀和矿物微粒的分散运移效果显著。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术的粘土稳定剂的原料来源广泛，合成工艺简单，成本低廉；(2)本专利技术的粘土稳定剂的用量少，油藏适应性强，可满足油田发展的需要；(3)本专利技术的粘土稳定剂耐温耐盐性能好，能耐温达到220℃，耐矿化度达到220000mg/L，且具有良好的配伍性；(4)本专利技术的粘土稳定剂可强烈的吸附到粘土表面，不易分解，粘土稳定剂有效期长，防膨率高，防膨率达到98％以上。具体实施方式下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本专利技术。应理解，这些实施例只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制本专利技术的范围。实施例1：粘土稳定剂C1及其制备方法(1)粘土稳定剂C1的组成、组份及分子式如下：粘土稳定剂C1由萘酐、正十二醇、2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐和2-溴甲基吡啶按照摩尔比为1:1:1.1:0.8比例反应得到，其分子式如下：(2)粘土稳定剂C1的合成方法如下：①将1mol的萘酐和1mol的正十二醇加入到四口烧瓶，加热到75℃，搅拌速率为300rpm，反应时间为0.5h，然后加入2972.7g正庚烷，反应时间为5h，随后降温至室温，搅拌15min，得到十二烷基萘酐半酯溶液；②在上述十二烷基萘酐半酯溶液中加入1.1mol的2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐，边搅拌边反应，搅拌速率为400rpm，反应时间为5h，然后加热至75℃，边搅拌边反应，搅拌速率为200rpm，反应时本文档来自技高网...

【技术保护点】
含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂，其特征在于，所述的粘土稳定剂是由萘酐与正十二醇反应生成十二烷基萘酐半酯，然后与2‑(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐通过溶液聚合反应生成中间体，最后再与2‑溴甲基吡啶反应生成，其分子式如下：

【技术特征摘要】
1.含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂，其特征在于，所述的粘土稳定剂是由萘酐与正十二醇反应生成十二烷基萘酐半酯，然后与2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐通过溶液聚合反应生成中间体，最后再与2-溴甲基吡啶反应生成，其分子式如下：2.根据权利要求1所述的含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂，其特征在于，所述的萘酐、正十二醇、2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐和2-溴甲基吡啶的摩尔比为1:1～1.6:1.1～1.5:0.8～1.7。3.根据权利要求1或2所述的含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂，其特征在于，所述的萘酐、正十二醇、2-(二甲氨基)氯甲烷盐酸盐和2-溴甲基吡啶的摩尔比为1:1.1:1.2:1.5。4.含N杂环季铵盐阳离子型防膨粘土稳定剂的合成方法，其特征在于，该合成方法的具体包括以下步骤：①将上述比例的萘酐和正十二醇加入到四口烧瓶，加热到75～85℃，搅拌速率为300～400rpm，反应时间为0.5～1.5h，然后加入正庚烷，反应时间为3～8h，随后降温至室温，搅拌10～25min，得到十二烷基萘酐半酯溶液；②在上述十二烷基萘酐半酯溶液中加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张松亭，王志坚，陈晓春，杨胜利，白昕，荣雁，杜春安，马天态，孙立柱，陶建强，杨再新，
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胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37