[发明专利]一种低分子页岩防膨剂及其制备方法

说明书

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种低分子页岩防膨剂及其制备方法；该低分子页岩防膨剂分子结构式为CH₃CH₂CH₂CONHCH₂CH₂CH₂N(CH₃)→O，其制备方法包括(1)酰胺化反应、(2)氧化叔胺制备，本发明提出的防膨剂同时满足带正电、分子量低、能产生多点吸附等性能要求，可有效适用于页岩储层。

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种低分子页岩防膨剂及其制备方法。

背景技术

页岩由于微裂缝不发达、基质渗透率低，因此必须经过压裂才能投产。页岩中含有大量粘土矿物，压裂液与储层流体、岩石不配伍会引起储层渗透率降低，严重影响压裂施工的效果。

目前压裂通常使用的防膨剂主要包括无机盐氯化钾、阳离子聚合物、低分子季铵盐三类。氯化钾在pH值3～6时防膨效果较佳，在碱性条件下防膨效果会受到抑制，此外，氯化钾难以在线连续加入。阳离子聚合物分子中含有多个正电荷，可以在粘土矿物表面发生多点吸附，防膨效果好，耐冲刷，但室内岩心流动试验结果表明，高分子量的有机阳离子聚合物类粘土稳定剂不适合用于致密地层，对岩石的渗透率伤害率可超过50％。对于低分子季铵盐来说，分子量小，本身不会堵塞地层，但因为只能在粘土表面产生单点吸附，防膨效果不如阳离子聚合物。因此，适应于页岩压裂中使用的高效粘土防膨剂需同时满足带正电、分子量低、能产生多点吸附、在水中溶解性好等性能要求。符合上述要求的粘土稳定剂产品少，或有符合要求的国外产的粘土稳定剂价格又过于昂贵，因此，亟待研制适用于国内页岩储层的低成本压裂用高效粘土防膨剂。

发明内容

本发明旨在解决现有技术存在的不足，目的之一是提供一种低分子页岩防膨剂，目的之二是提供该低分子页岩防膨剂制备方法。

本发明的目的之一可以通过以下技术方案来实现：

一种低分子页岩防膨剂，其主要成分分子结构式如式(Ⅰ)所示：

本发明的目的之二可以通过如下技术方案来实现：

一种低分子页岩防膨剂的制备方法，包括：

(1)酰胺化反应，步骤如下：

①将连有电动搅拌、冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶固定在电热套中；

②称取正丁酸置于四口烧瓶中，将N,N-二甲基-1,3-丙二胺置于恒压滴液漏斗中待用；

③缓慢搅拌升温至55～65℃，并在较高的转速下向反应体系中缓慢滴加N,N-二甲基-1,3丙二胺，滴加完毕后，逐渐提升反应温度至回流温度，保温反应2.5～4h，反应结束，停止搅拌，冷却出料，得到酰胺化产物；

(2)氧化叔胺制备，步骤如下：

S1、将连有电动搅拌、冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶固定在电热套中；

S2、称取步骤(1)得到的酰胺化产物和乙二胺四乙酸二钠二钠置于四口烧瓶中，缓慢搅拌升温至40～60℃；

S3、在40～60℃条件下，向反应体系中缓慢滴加一定量的双氧水，滴加时间为0.8～1.2h，然后缓慢升温至60～90℃反应4～8h，反应结束，停止搅拌，冷却出料，即得。

本发明的目的之二还可以通过以下技术方案来实现：

上述低分子页岩防膨剂的制备方法，步骤②中所述的正丁酸及N,N-二甲基-1,3-丙二胺用量分别为所述的(1)酰胺化反应体系总质量的41.8％～43.9％和56.1％～58.2％。

步骤③中所述的较高的转速为300～400r/min。