[发明专利]环境友好型粘土稳定剂

说明书

本发明公开了一种环境友好型粘土稳定剂，包括以重量份计的5～30份的磺酰季铵盐I、10～30份的磺酰季铵盐II，35～40份苄基季铵盐、5～40份的氯化胆碱；其中，磺酰季铵盐I由N‑氨基乙基乙醇胺、甲醛和硫酸二乙酯反应制得；磺酰季铵盐II由三乙醇胺和硫酸二乙酯反应制得；苄基季铵盐由三乙醇胺和氯化苄反应制得；该粘土稳定剂为兼具宽pH应用环境、高耐温性及高防膨性能的环境友好型粘土稳定剂，其适用于pH值为1～14之间的各种井下工作液体，耐温高达150℃，防膨率>90％，防膨性能持续时间超过1个月，同时通过生物相容性实验验证，其半致死浓度LC50>10000mg/L，具有优良的环保性，适宜用作配制压裂液、酸液、射孔液及修井液等各类井下工作液的添加剂。

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发井下作业技术领域，特别涉及一种环境友好型粘土稳定剂。

背景技术

在压裂酸化改造或修井作业过程中，针对泥页岩或粘土型地层的粘土膨胀等问题，使用抑制性的粘土稳定剂来缓解。目前KCL-聚铵盐或季铵盐体系的粘土稳定剂已进行广泛应用并取得良好防膨效果。但仍存在以下不足：(1)粘土暂稳剂KCl的加入导致了该体系含有较高浓度的氯离子，高浓度的氯离子会与环境中的有机物结合生成具有三致效应(致突变效应、致畸效应、致癌效应)的氯代化合物，严重影响生态环境；(2)现有的粘土长稳剂如聚铵盐或季铵盐具有较高的生物毒性。因此，这一非环保型体系的引入将带来环保压力，返排到地面后，必须进行无害化处理。由于其处理的成本昂贵，而提高了油气田开发的成本。开发具有强抑制性和优良环保性的粘土稳定剂，即可以减少返排液的处理成本，又减少对地层水的污染，因此环境友好型粘土稳定剂将成为今后的一个发展方向。

目前国内外学者对环境友好型粘土稳定剂如聚乙烯多胺类、聚氨基酸类、淀粉改性类等进行了室内研究报道，但普遍存在如下问题：(1)成本较高，性能还比较单一，应用结果还不够理想；(2)大多环保型粘土稳定剂合成工艺复杂，还只停留在室内试验和现场试用阶段，没有在现场大量应用；(3)尽管开发的粘土稳定剂具备了环保性的特点，但因性能上有缺陷，仍存在使用环境受到限制。

川庆钻探开发了一种环境友好型聚胺类(聚乙烯多胺)粘土稳定剂，该粘土稳定剂比常规的KCL对黏土颗粒具有更强的抑制能力，其环保性评价指标半致死浓度LC50在10000mg/L以上，表现为无毒；生物降解率评价指标生化需氧量/化学需氧量(BOD5/CODCr)大于25％，表现为易生物降解；但该聚胺类粘土稳定剂仅对pH为8～9及温度100℃的条件进行了性能评价，未对压裂液(强碱性)、酸液(强酸性)及较高温度(>100℃)等条件下进行性能展示。

中国石油大学(北京)研制了一种环保型页岩抑制剂聚赖氨酸，该聚赖氨酸抑制剂对高蒙脱石含量或高伊利石含量的泥页岩均能起到显著的抑制作用，优于KCl、小阳离子等目前常用的几种抑制剂；该聚赖氨酸抑制剂在5d内的生物降解率高达65.6％，表现出优良的环保性；但其使用pH范围在7～10以内，超出该范围后，该聚赖氨酸抑制剂的防膨性能将失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具宽pH应用环境、耐温性、优良防膨性以及长效防膨时间的环境友好型粘土稳定剂。

为此，本发明技术方案如下：

一种环境友好型粘土稳定剂，包括以重量份计的5～30份的磺酰季铵盐I、10～30份的磺酰季铵盐II，35～40份苄基季铵盐、5～40份的氯化胆碱；其中，磺酰季铵盐I由N-氨基乙基乙醇胺、甲醛和硫酸二乙酯反应制得；磺酰季铵盐II由三乙醇胺和硫酸二乙酯反应制得；苄基季铵盐由三乙醇胺和氯化苄反应制得；氯化胆碱为市售产品。

参与上述反应的各反应单体的化学结构式如下所示：

N-氨基乙基乙醇胺：甲醛：CH₂＝O，硫酸二乙酯：三乙醇胺：氯化苄：