[发明专利]一种用于滑溜水压裂液的粘土稳定剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于滑溜水压裂液的粘土稳定剂，其为季铵盐类化合物。本发明还提供了所述粘土稳定剂的制备方法，包括将反应物1,1,7,7‑四甲基二乙烯三胺、1‑氯‑2,3‑环氧丙烷和2‑氯乙基三甲基氯化铵加入溶剂中，得到混合物；将上述混合物升温至50‑90℃，加入引发剂反应2～10小时；最后加入阻聚剂以终止反应。所述粘土稳定剂具有合适的分子尺寸，将其用于页岩气开发中的滑溜水压裂液体系粘土稳定功能突出，大大降低页岩储层伤害，具有良好的推广前景。

技术领域

本发明属于石油天然气开采技术领域，涉及一种用于滑溜水压裂液的粘土稳定剂及其制备方法，所述粘土稳定剂特别适用于页岩气压裂施工中使用。

背景技术

随着常规油气资源的日益枯竭，非常规油气资源的开发越来越受到世界范围的关注，面对全球巨大的能源需求，人们急需寻找合适的接替资源。其中根据世界油气杂志2009年的预测与统计，世界范围内的页岩气储量约为4.6×10¹⁴m³，资源量十分丰富。页岩气储层渗透率超低，厚度大，天然裂缝发育，需要实施水力压裂才能达到工业开采价值。目前，国内外对于页岩气储层的改造主要采用滑溜水压裂液体系，由于页岩储层往往含有较高含量的粘土矿物，如在滑溜水体系中不使用合适的粘土稳定剂，大量入井流体势必造成严重的储层伤害，严重影响页岩气的开发效果。

地层胶结物中的粘土矿物遇外来流体发生膨胀、脱落、分散、运移等现象，是页岩油气压裂过程中地层伤害的主要因素之一。蒙脱石易发生层间水化，表现出明显的膨胀性。高岭石是比较稳定的非膨胀性的粘土矿物，但在机械力的作用下，会解离裂开分散形成鳞片壮的微粒，产生分散迁移，损害储集层渗透率。伊利石膨胀比蒙脱石弱，但在某些情况下，如弱酸性的淋滤作用，吸附水也随之进入晶层间，导致晶层膨胀。目前压裂施工中使用的粘土稳定剂主要包括无机盐类粘土稳定剂、无机聚合物类粘土稳定剂、有机聚合物类粘土稳定剂等。KCl等无机盐能对粘土起暂时稳定作用，但在遇水洗后会因洗脱而减效，因而作用有效期短。锆、钛离子这类高价金属阳离子能在水中电离、水合形成水合络离子，这种离子以羟基桥联结形成多核配合物(无机聚合物)，虽然有较强的粘土稳定功能，但大量重金属的使用会造成地下水体的污染，增加潜在的环境风险。有机阳离子聚合物类粘土稳定剂具有的多核或多基团能和粘土表面的各交换点联结，形成单层的聚合物吸附膜，达到强效稳定粘土的能力。阳离子聚合物在粘土表面吸附作用非常强而成为不可逆，具有长效性，因而是压裂液中较为广泛采用的粘土稳定剂类型。但是，由于阳离子聚合物分子量较大，吸附于地层粘土表面可能会产生孔隙喉道堵塞，因此对特低渗透率的地层，特别是页岩储层，应慎用此类型的粘土稳定剂。

在页岩储层中，粘土稳定剂的分子量、水力回旋半径与孔喉尺寸的匹配问题需要被认真考虑。据报道，绝大多数页岩储层微裂缝尺寸介乎10^-3-10^-2μm之间。因此，用于页岩油气开发的粘土稳定剂不但要具备良好的离子交换能力，有效抑制粘土矿物的膨胀、分散，还应具有合适的分子尺寸，能够更有效的作用于页岩储层。

发明内容

本发明提供了一种用于滑溜水压裂液的粘土稳定剂，特点如下：1)具有极高的阳离子密度，能够有效抑制粘土矿物膨胀；2)分子具有支化结构，能够有效与层片状粘土形成锚定效应，控制粘土的分散/运移；3)具有合适的分子量，能够满足粘土稳定剂在页岩储层中的有效运移。因此，该粘土稳定剂对于页岩储层保护有较强的针对性，能够大大改善页岩气压裂施工的改造效果，有效降低储层伤害。

所述用于滑溜水压裂液的粘土稳定剂的结构式如式I所示：

式I中，X为卤素，优选为氯；n为整数；所述粘土稳定剂的数均分子量为10³-10⁷，优选为5000-10000。

本发明还提供了所述粘土稳定剂的制备方法，包括以下步骤：