[發明專利]一種兩性離子粘土膨脹抑制劑的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201310575426.5
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103589405A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 孫波
• 申請（專利權）人: 淄博職業學院
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/035
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明涉及粘土抑制劑的制備與應用技術領域，具體涉及一種兩性離子粘土膨脹抑制劑的制備方法及應用。

背景技術

泥頁巖的主要成分是黏土礦物，其中顆粒極細的含水鋁硅酸鹽構成的層狀礦物——蒙脫石，其結構中層與層之間的作用力為較弱的范德華力，在與水基鉆井液相互作用過程中易吸水膨脹。泥頁巖水化膨脹和分散引起的井壁失穩一直是鉆井工程中的技術難題，因此鉆遇泥頁巖地層的水基鉆井液中必須提高鉆井液對泥頁巖的抑制性，最大程度地降低井下復雜情況的發生率。在現有的泥頁巖抑制劑中，胺基抑制劑通過其特有的吸附作用能很好地鑲嵌在黏土層間，降低黏土吸收水分的趨勢，且胺類抑制劑可通過調整取代基或引入新官能團來優化分子結構，在性能上具有較大的提升空間，是一類很有發展前景的泥頁巖抑制劑。

發明內容

為了提供對環境無毒、對油藏無傷害的油田化學品，本發明的目的在于提供一種兩性離子粘土膨脹抑制劑的制備方法及應用，該類化合物在較低濃度下就有較好的抑制粘土膨脹性能，可以用于做油田鉆井、壓裂、酸化、注水等環節中的粘土膨脹抑制劑。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種兩性離子粘土膨脹抑制劑的制備方法，包括以下步驟：

第一步，常溫下在反應釜中將吡啶類化合物溶于5-100倍質量溶劑中，所述吡啶類化合物包括工業級化學純及其以上純度的吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、3-硝基吡啶、吡嗪或2-甲基吡嗪，所述溶劑為工業級化學純及其以上純度的水、甲醇、乙醇、DMF及其混合物；

第二步，攪拌下向反應釜中加入與吡啶類化合物物質量的比為1-1.2:1的氯乙酸鹽，所述氯乙酸鹽為工業級及其以上純度的氯乙酸鈉、氯乙酸鉀、氯乙酸銨及其組合物；

第三步，將反應釜中的反應物在60-140℃下攪拌加熱2-8小時，反應結束后冷卻至室溫，采用減壓蒸餾至無液體滴出，即得到粘稠狀固體；

第四步，將粘稠狀固體按照質量比1:1-10與氯化鉀混合，研磨均勻，得到粉末狀固體制品，即為兩性離子粘土膨脹抑制劑，所述氯化鉀為工業級及其以上純度的產品。

應用時，用自來水或者油田現場用水將兩性離子粘土膨脹抑制劑配制成質量濃度為0.1-4%溶液，配以輔料，加入油田工作流體中，攪拌均勻即可，所屬輔料為鉆井液、壓裂液、酸化液或回注水配制中除粘土膨脹抑制劑外的必要材料。

由于本發明采用了吡啶類化合物和氯乙酸鹽及其組合物作為改性劑，原料無毒害、成本低，反應簡便，經一鍋反應即可，所用溶劑為水或者其他常規溶劑，反應完畢后蒸餾出來的溶劑可以直接重復使用，因而可以大大降低生產成本。所得兩性離子粘土膨脹抑制劑為帶有羧酸根的吡啶季銨鹽，同時具有一個陽離子和一個陰離子，其中羧基具有較強的與粘土形成氫鍵的作用，吸附到粘土表面，季銨鹽陽離子一方面可以通過與粘土表面的負電荷通過靜電吸引作用結合到粘土表面，另一方面可以通過離子交換作用與粘土表面的可交換陽離子交換，進入粘土層間，阻擋水分子的進入、削弱水化作用，最終起到良好的抑制粘土膨脹的作用。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步描述。

實施例1

一種兩性離子粘土膨脹抑制劑的制備方法，包括以下步驟：

第一步，常溫下在反應釜中將吡啶類化合物溶于5倍質量溶劑中，所述吡啶類化合物為工業級吡啶，所述溶劑為自來水；

第二步，攪拌下向反應釜中加入與吡啶類化合物物質量的比為1:1的氯乙酸鹽，所述氯乙酸鹽為化學純的氯乙酸鈉；

第三步，將反應釜中的反應物在100℃下攪拌加熱4小時，反應結束后冷卻至室溫，采用減壓蒸餾至無液體滴出，即得到粘稠狀固體；

第四步，將粘稠狀固體按照質量比1:?5與氯化鉀混合，研磨均勻，得到粉末狀固體制品，即為兩性離子粘土膨脹抑制劑，所述氯化鉀為化學純產品。

應用時，用自來水或者油田現場用水將三聚氰胺衍生的粘土抑制劑配制成質量濃度為0.5%的溶液，配以其他的輔料，加入油田回注水中，攪拌均勻即可，所屬輔料為緩蝕阻垢劑等。

實施例2

一種兩性離子粘土膨脹抑制劑的制備方法，包括以下步驟：

第一步，常溫下在反應釜中將吡啶類化合物溶于50倍質量溶劑中，所述吡啶類化合物為分析純2-甲基吡啶，所述溶劑為工業乙醇；

第二步，攪拌下向反應釜中加入與吡啶類化合物物質量的比為1.1:的氯乙酸鹽，所述氯乙酸鹽為分析純的氯乙酸鉀；