本發(fā)明屬于油田用助劑，具體涉及一種粘土穩(wěn)定劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、粘土礦物主要有蒙脫石、高嶺石、伊利石、綠泥石、伊蒙混層、綠蒙混層等幾大類。粘土礦物廣泛的存在于油氣儲(chǔ)層中。這些粘土礦物顆粒在油田的勘探開發(fā)過程中如鉆井、完井、酸化、壓裂、注水過程中遇到外來的水基流體后其自身就會(huì)產(chǎn)生膨脹或運(yùn)移，從而會(huì)對(duì)孔隙或裂縫介質(zhì)造成堵塞，影響滲透能力及油氣井產(chǎn)量。一般為了保護(hù)油氣層的滲透性，以提高油氣產(chǎn)量，在壓裂酸化改造或修井作業(yè)過程中，針對(duì)泥頁巖或粘土型地層的粘土膨脹等問題，使用抑制性的粘土穩(wěn)定劑來緩解其膨脹或運(yùn)移。

2、胺類粘土穩(wěn)定劑是目前常用的一種粘土穩(wěn)定劑，其主要是利用氨基的陽離子性，使其吸附在粘土表面，中和粘土表面的電性，其另一部分為疏水基團(tuán)，這些疏水基團(tuán)能夠阻止水分子進(jìn)一步接近粘土；因此，胺類粘土穩(wěn)定劑具有加量少、效果好的特點(diǎn)。然而，目前的聚胺類粘土穩(wěn)定劑，其制備原料較多，制備過程復(fù)雜，導(dǎo)致成本較高，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)用較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：提供一種粘土穩(wěn)定劑及其制備方法，該粘土穩(wěn)定劑具有較好的頁巖抑制效果，同時(shí)其制備方法簡(jiǎn)單，易于推廣。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用下述技術(shù)方案：

3、一種粘土穩(wěn)定劑的制備方法，包括以下步驟：取第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨溶于溶劑中，或者，將第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨分別溶于溶劑中配置成溶液，隨后將2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨溶液滴加至第一單體溶液中；然后進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)液；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行分離提純即得粘土穩(wěn)定劑；其中，所述第一單體為至少含有一個(gè)伯胺的脂肪族化合物或至少含有一個(gè)伯胺的芳香族化合物，所述第一單體中胺基上的活性氫的個(gè)數(shù)為n，所述第一單體和所述2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的摩爾比為1:0.9n~1.1n。

4、具體的，本發(fā)明中，主要是利用第一單體中含有活性氫的氨基和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，以生成叔胺和醇，本發(fā)明所指的氨基上的活性氫，是指直接與氮原子相連的氫，比如伯胺上具有兩個(gè)活性氫，仲胺上具有一個(gè)活性氫。同時(shí)，1摩爾份的伯胺能夠和2摩爾份的環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，因此，當(dāng)其完全反應(yīng)后，合成的粘土穩(wěn)定劑分子中，含有兩個(gè)季銨基團(tuán)，兩個(gè)叔胺基團(tuán)，這些基團(tuán)能夠極大的增加粘土穩(wěn)定劑的抑制性能，同時(shí)，在反應(yīng)后，還含有至少兩個(gè)羥基，羥基同樣能夠吸附在粘土上，進(jìn)一步增強(qiáng)其抑制效果。比如，第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的摩爾比還可以為1:0.95n~1.05n。

5、所述至少含有一個(gè)伯胺的脂肪族化合物為脂肪族單伯胺、多乙烯多胺、脂肪族二胺或含有一個(gè)伯胺和一個(gè)叔胺的脂肪族化合物，所述至少含有一個(gè)伯胺的芳香族化合物為芳香族單伯胺、芳香族二胺或含有一個(gè)伯胺和一個(gè)叔胺的芳香族化合物。

6、所述含有一個(gè)伯胺和一個(gè)叔胺的脂肪族化合物為n,n-二丁基-1,3-丙二胺、n,n-二乙基乙二胺、n,n-二甲基乙二胺中的一種，所述含有一個(gè)伯胺和一個(gè)叔胺的芳香族化合物為n,n-二甲基-1,4-苯二胺、n1,n1-二甲基-1-苯乙烷-1,2-二胺中的一種。

7、所述脂肪族單伯胺為正戊胺、正己胺中的一種，所述芳香族單伯胺為苯胺、對(duì)氨基甲苯、苯乙胺中的一種，所述多乙烯多胺為二乙烯三胺或三乙烯四胺，所述芳香族二胺為對(duì)苯二胺，所述脂肪族二胺為己二胺。

8、在本領(lǐng)域中，含有一個(gè)伯胺單體的有機(jī)物有很多，比如較為常見的脂肪族伯胺和芳香族伯胺。根據(jù)胺基基團(tuán)的數(shù)量，又可以細(xì)分為脂肪族單伯胺、芳香族單伯胺、多乙烯多胺、脂肪族二胺、芳香族二胺以及其余含有雜原子的胺，從理論上來講，這些化合物都能夠應(yīng)用于本發(fā)明。

9、然而，經(jīng)過發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，脂肪族單伯胺和芳香族單伯胺相對(duì)于其余的胺類具有更好的效果，特別是正戊胺、正己胺、苯胺、對(duì)氨基甲苯、苯乙胺，其效果相對(duì)較好，而在脂肪族單伯胺中，碳鏈長(zhǎng)度過短或過長(zhǎng)都使得制得的粘土穩(wěn)定劑效果較差：碳鏈長(zhǎng)度過短時(shí)，其疏水性較差；碳鏈長(zhǎng)度過長(zhǎng)時(shí)，胺基活性減弱，因此，本發(fā)明中，對(duì)于脂肪族單伯胺通常選擇正戊胺和正己胺。而對(duì)于芳香族單伯胺來講，其苯環(huán)的存在使其疏水性增強(qiáng)，但是如果分子量過大，則容易使其疏水性過強(qiáng)，從而導(dǎo)致粘土穩(wěn)定劑的效果下降，因此，經(jīng)過發(fā)明人大量實(shí)驗(yàn)后，選擇分子量較低的苯胺、對(duì)氨基甲苯、苯乙胺，其具有更好的效果。

10、對(duì)于多乙烯多胺（比如二乙烯三胺、三乙烯四胺）、脂肪族二胺（比如己二胺）、芳香族二胺（比如苯二胺，苯二胺分為鄰苯二胺、間苯二胺、對(duì)苯二胺），由于其含有多個(gè)活性氫，導(dǎo)致制得的粘土穩(wěn)定劑的親水性過強(qiáng)，雖然其具有一定的粘土穩(wěn)定效果，但是從實(shí)際情況來看，其效果相對(duì)較差。

11、特別的，發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)一類較為特殊的第一單體：含有一個(gè)伯胺和一個(gè)叔胺的脂肪族或芳香族化合物，采用這一類化合物作為第一單體時(shí)，其效果相對(duì)于脂肪族單伯胺和芳香族單伯胺更好。該類型的化合物有很多，比如n,n-二甲基-1,4-苯二胺、n'-芐基-n,n-二甲基乙二胺、n1,n1-二甲基-1-苯乙烷-1,2-二胺、n,n-二丁基-1,3-丙二胺、n,n-二乙基乙二胺、n,n-二甲基乙二胺（具有該名稱的胺有兩種，此處為含有一個(gè)伯胺和一個(gè)叔胺的胺類化合物）等，這些都是較為成熟的產(chǎn)品，在市面上能夠買到。

12、在反應(yīng)時(shí)，所采用的溶劑需要將第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨均完全溶解，因此，可以選擇乙醇、異丙醇、丙酮、甲苯、二甲基亞砜中的一種作為溶劑，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選擇其余的溶劑。同時(shí)，對(duì)于本發(fā)明的反應(yīng)來講，反應(yīng)在20~70℃條件下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為1~8h，其反應(yīng)條件較為溫和，在室溫條件下即可反應(yīng)，發(fā)明人經(jīng)過大量試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度大于70℃后，不僅反應(yīng)難以控制，同時(shí)還容易發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)率降低、效果變差；而當(dāng)溫度小于20℃時(shí)，其反應(yīng)速率較慢，難以大規(guī)模應(yīng)用。

13、同時(shí)，在反應(yīng)時(shí)，可以直接將兩者混合進(jìn)行反應(yīng)，也可以將第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨分別配置成溶液，隨后將2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨溶液滴加至第一單體溶液中進(jìn)行反應(yīng)。從效果來看，后一種方法更好，但是花費(fèi)的時(shí)間更多，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。

14、本發(fā)明的一種實(shí)施方式在于，所述分離提純的具體操作為：在持續(xù)攪拌的條件下，加入乙醚或石油醚至反應(yīng)液中，攪拌結(jié)束后，靜置結(jié)晶，取結(jié)晶沉淀，然后將所取的結(jié)晶沉淀干燥即得粘土穩(wěn)定劑。在加入乙醚或者石油醚的過程中，持續(xù)攪拌，隨著乙醚或石油醚加量的增加，可以看到有結(jié)晶逐漸析出，攪拌結(jié)束后，靜置一段時(shí)間，將其過濾即可得到結(jié)晶沉淀。在該步驟中，乙醚或石油醚的加量通常為反應(yīng)溶液總體積的5倍以上，通常為10倍。此外，除了上述分離提純方法外，還可以采用以下方法進(jìn)行分離提出：減壓蒸餾除去反應(yīng)液中的溶劑，得到固相，采用乙醚或石油醚洗滌固相數(shù)次后，將洗滌后的固相干燥即得粘土穩(wěn)定劑。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇其中一種方法，或者也可以采用其余的方法進(jìn)行分離提純。

15、本發(fā)明的一種實(shí)施方式在于，所述反應(yīng)在堿性條件下進(jìn)行。對(duì)于該反應(yīng)，其反應(yīng)條件通常為堿性，但是由于部分原料通常為堿性，因此，無需外加堿即可進(jìn)行反應(yīng)；如果反應(yīng)液的ph小于7，可以通過加入堿的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，通?？梢约尤霘溲趸c、氫氧化鉀等無機(jī)堿。

16、一種粘土穩(wěn)定劑，其采用任一上述粘土穩(wěn)定劑的制備方法制備而成。本發(fā)明粘土穩(wěn)定劑的制備方法制備的粘土穩(wěn)定劑具有較高的抑制性能，能夠應(yīng)用于鉆井、壓裂等油氣開發(fā)過程。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益技術(shù)效果：

18、本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑的制備方法制得的粘土穩(wěn)定劑，其具有較好的頁巖穩(wěn)定性能，且其制備方法簡(jiǎn)單，僅需一步反應(yīng)即可制得，且反應(yīng)條件溫和，同時(shí)制備原料的成本較低，獲得難度較低，適宜于大規(guī)模推廣；同時(shí)，其粘度較低，能夠應(yīng)用于一些低粘度的環(huán)境，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。