一種有機聚醚胺黏土穩(wěn)定劑的合成及評價

梁 雷，南葉飛，林海萍

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065）

一種有機聚醚胺黏土穩(wěn)定劑的合成及評價

梁 雷，南葉飛，林海萍

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065）

采用1,2-丙二醇、環(huán)氧氯丙烷等為主要原料合成了有機聚醚胺黏土穩(wěn)定劑。產(chǎn)物在2%濃度加量下，防膨率可達到85%左右。性能測試結(jié)果表明，該黏土穩(wěn)定劑有良好的抗溫性、耐酸堿性和抗洗脫性，在測試溫度和pH范圍內(nèi)防膨率均超過80%，抗洗脫率超過90%。

聚醚胺；黏土穩(wěn)定劑；防膨性能

隨著油氣田的不斷開采，地層的能量不斷減弱，為了避免因此帶來的生產(chǎn)異常，常用的方法是進行壓井修復(fù)[1]。在壓井作業(yè)過程中，針對水敏性儲層黏土礦物的水化膨脹、分散運移等問題，需要在壓井液中添加黏土穩(wěn)定劑來解決此問題[2]。本文以1,2-丙二醇和環(huán)氧氯丙烷等為主要原料，合成了一種有機聚醚胺類黏土穩(wěn)定劑，其合成原料廣、工藝條件簡單，也可以與其他黏土穩(wěn)定劑進行復(fù)配使用，具有經(jīng)濟實用、易于推廣等優(yōu)點。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品和儀器

1,2-丙二醇、環(huán)氧氯丙烷、乙醇鈉、氨水（25%）、氫氧化鈉、濃鹽酸等（均為市售分析純試劑）。

傅立葉變換紅外光譜儀（FIR2000），離心機（TDL80）等。

1.2 有機聚醚胺黏土穩(wěn)定劑的合成

取一定量的1,2-丙二醇和乙醇鈉加熱至100℃，再緩慢加入環(huán)氧氯丙烷，滴加完畢后繼續(xù)反應(yīng)5h，抽濾后得到的淺黃色濾液即為中間體氯化聚醚醇。將氯化聚醚醇置于冰水浴中，不斷攪拌下緩慢滴加氨水，滴加完畢后加熱回流，充分反應(yīng)并除去未反應(yīng)的氨水，即得到亮黃色有機聚醚胺的水溶液。圖1為主要合成路線。

圖1 黏土穩(wěn)定劑的合成路線

1.3 性能評價

參照中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5971-1994 注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》中的離心法，對產(chǎn)品的防膨性能進行評價[3]。

準(zhǔn)確稱取0.5 g鈉膨潤土于10 mL離心管中，加入10mL的黏土穩(wěn)定劑溶液，搖勻后靜置2h，1500r·min-1離心15min后，記錄膨潤土膨脹后的體積，再分別用10mL純水和10mL煤油代替黏土穩(wěn)定劑溶液，測定膨潤土的膨脹體積，按式（1）計算防膨率。

式中：B為防膨率，%；V1為膨潤土在黏土穩(wěn)定劑溶液中的膨脹體積，mL；V2為膨潤土在純水中的膨脹體積，mL；V0為膨潤土在純煤油中的膨脹體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜分析結(jié)果

圖2為中間體和聚醚胺的紅外光譜圖。中間體在1100cm-1左右出現(xiàn)了醚類的C-O伸縮振動吸收峰，750cm-1左右為C-Cl伸縮振動吸收峰。與中間體相比，由于胺基的引入，在1500～1460cm-1出現(xiàn)一組新峰，3000cm-1附近伯胺的N-H伸縮振動與飽和烴類的C-H伸縮振動吸收峰相互疊加，指紋區(qū)C-Cl伸縮振動特征吸收峰消失[4]。

圖2 中間體氯化聚醚醇和聚醚胺黏土穩(wěn)定劑的紅外光譜圖

綜上，醚鍵和仲醇等特征吸收峰的存在說明生成了氯化聚醚醇，胺基特征峰的生成和指紋區(qū)鹵素特征峰的消失說明了聚醚胺黏土穩(wěn)定劑的合成。

2.2 性能測試

2.2.1 防膨率

圖3為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下聚醚胺黏土穩(wěn)定劑的防膨率。從圖3可以看出，加大黏土穩(wěn)定劑的濃度可以使其防膨率不斷增加，加量在3%左右時防膨率接近90%。在同等實驗條件下，得到表1中的對比數(shù)據(jù)。無機鹽類黏土穩(wěn)定劑的效果最好，合成的聚醚胺黏土穩(wěn)定劑（OPA）防膨率與市售Bop-3相近，防膨性能較好。市售的131#小分子季銨鹽類黏土穩(wěn)定劑和132#大分子季銨鹽類黏土穩(wěn)定劑的防膨效果雖好，但有較大毒性，對地層傷害較大，對環(huán)境存在一定的污染[5-6]。

圖3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下聚醚胺黏土穩(wěn)定劑的防膨率

表1 不同黏土穩(wěn)定劑的防膨率

2.2.2 抗溫性

將膨潤土和黏土穩(wěn)定劑溶液混勻后，放置在實驗評價溫度的水浴或油浴中恒溫2h，隨后測定2%濃度的黏土穩(wěn)定劑溶液在不同溫度下的防膨率，結(jié)果見圖4。

圖4 溫度對防膨性能的影響

由圖4可知，在20～120℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，防膨率逐漸降低，但防膨率整體均維持在80%左右，受溫度變化的影響并不大，說明該黏土穩(wěn)定劑具有良好的抗溫性[7]。

2.2.3 抗酸堿性

用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)水樣pH值，然后用其配制2%的黏土穩(wěn)定劑溶液，測定不同pH條件下的防膨率，結(jié)果見圖5。

圖5 pH對防膨性能的影響

由圖5可知，在2～12的pH范圍內(nèi)，隨著pH值的升高，防膨率不斷降低，但防膨率均維持在80%左右，整體變化幅度較小，說明該黏土穩(wěn)定劑具有很好的耐酸堿性能[8]。

2.2.4 長效性

按照1.3中的評價方法進行離心，得到膨潤土在黏土穩(wěn)定劑中的膨脹體積，然后將離心管中的上層清液取出并加入10mL蒸餾水，搖勻后靜置2h，得到洗脫后的膨脹體積，按式（2）計算抗洗率[9]。

式中：X為抗洗率，%；V0為洗脫前膨潤土的膨脹體積，mL；V1為洗脫后膨潤土的膨脹體積，mL。

圖6 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下黏土穩(wěn)定劑溶液的抗洗率

從圖6可以看出，即使在較低的濃度下，該黏土穩(wěn)定劑洗脫后的防膨性能依然保持良好，抗洗率都在90%以上，說明該黏土穩(wěn)定劑與黏土顆粒的結(jié)合較為穩(wěn)定，從而能達到較好的黏土穩(wěn)定作用[10]。

3 結(jié)論

1）由以上實驗結(jié)果可以看出，該有機黏土穩(wěn)定劑具有穩(wěn)定的防膨性能，可以應(yīng)對較為惡劣的施工情況，對環(huán)境有較強的適應(yīng)性。

2）從合成工藝來看，該黏土穩(wěn)定劑的合成簡單易行，原料豐富，使用安全，具有很好的應(yīng)用前景。

3）該緩蝕劑具有良好的水溶性，可與其他黏土穩(wěn)定劑或石化助劑進行復(fù)配，從而達到指定的施工要求。

[1] 尚蘊果.季銨鹽型黏土穩(wěn)定劑的合成研究及防膨性能評價[D].青島：中國海洋大學(xué)，2009.

[2] 陳大鈞，陳馥，等.油氣田應(yīng)用化學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：2-4.

[3] 宋楊柳.有機胺類防膨劑的合成及其性能評價[D].西安：西安石油大學(xué)，2008.

[4] 柴鳳忠.油田注水長效防膨技術(shù)研究[D].長春：吉林大學(xué)，2005.

[5] Van Oort E.On the physical and chemical stability of shales[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2003(38): 213-235.

[6] Arvind Patel, Emanuel Stamatakis, Steve Young, et al.Advances in inhibitive water-based drilling fluids-can they replace oil-based muds[C]. SPE 106476, 2007.

[7] 李懷科，田榮劍，羅健生，等.一種定量評價鉆井液用胺類抑制劑的新方法[J].鉆井液與完井液，2012，29(6)：51-53.

[8] 陳智敏.黏土穩(wěn)定劑合成及評價研究進展[J].化學(xué)工程與裝備，2009(8)：130-132.

[9] 崔付義，馬興芹，張云芝，等.注水處理用黏土穩(wěn)定劑的優(yōu)選[J].油氣地質(zhì)與采收率，2005(1)：75-77.

[10] 韓志昌.黏土穩(wěn)定劑合成技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2003.

Synthesis and Application of an Organic Polyether Amine Clay Stabilizer

LIANG Lei, NAN Yefei, LIN Haiping
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China)

Organic polyether amine(OPA) clay stabilizer was synthesized with 1,2- propanediol and epoxy chloropropane as main raw materials. The anti swelling rate of product could reach about 85% when adding was 2% concentration. The performance test results showed that OPA had good temperature resistance, acid and alkali resistant elution. In the test range of temperature and pH, its anti swelling rate was more than 80% and its anti washout rate was more than 90%.

polyether amine; clay stabilizer; anti swelling rate

O 632.32；TE 258

A

1671-9905(2017)12-0010-03

陜西省科技廳工業(yè)科技攻關(guān)項目（2017GY-180）

梁雷（1992-），男，研究生，研究方向為油田化學(xué)。E-mail: lianglei0425@qq.com

2017-09-18