[发明专利]AM/AA/N‑β‑CD聚合物‑离子液[bquin]BF4复合粘土稳定剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油工业用于抑制粘土水化膨胀的聚合物-离子液粘土稳定剂及其合成方法。

背景技术

粘土矿物水化膨胀存在于油气开采的诸多环节，对它的抑制或控制是油气井钻井，特别是页岩气藏钻井及低渗透油田有效注水工程中的难题。泥页岩地层中含有的大量粘土矿物与工作液之间相互作用，尤其是粘土遇水后，水化膨胀、运移给油气开发带来很多问题，如钻井过程中的井壁失稳、各种井下复杂情况与事故、钻井与完井过程中的油气层伤害、增产改造的效果、注水开发过程中的大面积构造应力变化与套管损坏等，显著增加了油气勘探开发成本。而使用粘土稳定剂（Clay stabilizer）已经成为了解决这一难题的有效手段。

目前，根据作用机理不同，常用的粘土稳定剂主要有一下几类：(1)无机阳离子盐类稳定剂，常用的无机盐有KCl、CaC1₂、NaCl等。它们的作用机理主要是离子交换和晶格固定作用，但是这类稳定剂不耐冲刷，用量大，且价格昂贵尤其是KCl，使得它们的广泛应用受到限制(刘向君，袁书龙，刘洪，等.溶液矿化度及加量对钠-蒙脱石晶间距的影响研究[J].岩土力学.2011,32(1):137-140;Boek E S, Coveney P V,Skipper N T.Monte Carlo molecular modeling studies of hydrated Li-,Na-,and K-smectites: Understanding the role of potassium as a clay swelling inhibitor[J].Journal of the American Chemical Society.1995,117(50):12608-12617.)。(2)有机阳离子聚合物类，主要以季铵盐型及聚季铵盐型粘土稳定剂，如聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)，其作用机理是铵阳离子与钾阳离子相同，通过镶嵌在粘土硅氧层的六角空穴中，把两硅氧层锁紧。这类粘土稳定剂使用范围广，稳定效果好，有效时间长，既能抑制粘土的水化膨胀又能控制微粒的分散运移(张国，徐江，詹美玲，等.新型聚胺水基钻井液研究及应用[J].钻井液与完井液.2013(03):23-26;张洪伟，左凤江，田野，等.新型聚胺盐泥页岩抑制剂的研究及应用[J].油田化学.2012(04):390-391)。(3)硅基稳定剂，这类处理剂主要包括硅酸盐和有机硅。它们的作用机理主要是堵塞孔隙和微裂缝、薄膜吸附、润湿反转作用，但是这类稳定剂也同样存在用量大，价格昂贵的问题(龙安厚，杨新斌，等.有机硅钻井液体系及其应用[J].大庆石油学院学报.2002,26(4):28-30;秦永和.硅酸盐钻井液防塌机理研究与应用[J].中国石油大学学报: 自然科学版.2007,31(3):67-71.)。(4)多元醇、聚合醇类稳定剂，如聚乙二醇（PEG）、聚环氧丙烷（PPO）类。它们通过氢键作用吸附在粘土颗粒上，并通过桥接作用将粘土颗粒紧密连接在一起，从而抑制粘土水化膨胀。这类稳定剂已经成为了广泛使用的一类稳定剂(Greenwell,H.C.,Bowden,A.A.,Chen,B., et al.Intercalation and insitu polymerization of poly(alkylene oxide)derivativeswithin M+-montmorillonite (M=Li,Na,K)[J].Journal of Materials Chemistry.2006,16:1082-1094;Liu,S.,Mo,X.,Zhang,C.,et al. Swelling inhibition by polyglycols in montmorillonite dispersions[J].Journal of Dispersion Science and Technology.2004,25:63-66.)。(5)水溶性聚合物稳定剂，有聚丙烯酰胺类（PAM类）、改性纤维素、改性淀粉等。可通过静电作用、氢键作用、桥接作用等发挥抑制性能(Liu X,Liu K,Gou S,et al. Water-Soluble Acrylamide Sulfonate Copolymer for Inhibiting Shale Hydration[J].Industrial&Engineering Chemistry Research.2014,53(8):2903–2910;Liu X,Jiang W,Gou S,et al.Synthesis and evaluation of a water-soluble acrylamide binary sulfonates copolymer on MMT crystalline interspace and EOR[J].Journal of Applied Polymer Science.2012,125(2):1252-1260;Zhang L,C D.Water-soluble grafted starches for hydration suppression of swellable clay[J].Starch/2002,54(7):285-289.)。