[发明专利]一种小分子阳离子表面活性剂型防膨剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种小分子阳离子表面活性剂型防膨剂，其由至少一种碳数为4～9脂肪伯醇、二甲胺和苄基氯反应生成；该防膨剂依次通过脂肪醇与干燥溴化氢反应得到中间产物溴代烷烃，再通过中间产物溴代烷烃与二甲胺反应得到中间产物二甲基烷基胺，最终通过二甲基烷基胺与苄基氯反应得到防膨剂固体；该小分子阳离子表面活性剂型防膨剂加量少，其配制为0.3wt.％的水溶液即可表现出良好的防膨性能，防膨效率高，且其稳定性高，具有长效防膨性能，与压裂液配伍性好，安全环保。

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种小分子阳离子表面活性剂型防膨剂及其制备方法。

背景技术

随着勘探程度的提高和对油气资源需求的不断增长，超深、低渗、复杂断块储层将是中国未来油气勘探开发的主要对象。这类油藏大多需要压裂才可以有效开采。压裂技术是在地层中形成一条或多条高导流能力裂缝,改造地层物性,是低渗油藏开发的重要手段。低渗透油气储层往往具有粘土含量高、孔隙喉道半径小等特点，粘土矿物遇水膨胀，特别是蒙脱石遇水极易膨胀,是造成地层伤害的主要原因。目前90％以上的压裂液体系为水基压裂液，因此为了预防低渗油藏水伤害问题，需要在压裂液中加入防膨剂有效抑制并长效控制粘土膨胀。

目前常用的防膨剂有：无机盐类其优点是价格低、对地层流体适应性强，缺点是不能长期保持防膨效果；无机聚合物类，仅能在弱酸性条件下使用；有机聚合物类，其优点是用量少、效能高，缺点是大分子防膨剂无论是直链还是团状的，很难通过小孔道，且会造成栓塞，伤害储层渗透率。阳离子表面活性剂：种类较多，分子量分布较广，超小分子量如四甲基氯化铵对pH值过于敏感，高分子量往往存在毒性。

发明内容

本发明的目的是提供一种既具有长效防膨效果且用量小、安全环保的小分子阳离子表面活性剂型防膨剂。

本发明的另一目的是上述小分子阳离子表面活性剂型防膨剂的制备方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种小分子阳离子表面活性剂型防膨剂，其化学式如下：

其中，n的取值为3、4、5、6、7、8中一个整数或多个整数，即该小分子阳离子表面活性剂型防膨剂可以为一单一有机物，也可以是两种或两种以上有机物混合得到的混合物。

该小分子阳离子表面活性剂型防膨剂为一短链季铵盐类表面活性剂，其作为防膨剂可有效抑制粘土膨胀及分散运移，且能克服絮凝现象，与大分子阳离子聚合物相比，更能有效保护储层渗透率。

一种上述小分子阳离子表面活性剂型防膨剂的制备方法，具体步骤如下：

S1、将脂肪醇加入至反应容器中并加热至60～80℃，向反应容器中加入干燥溴化氢，使其与脂肪醇反应30～40min，得到反应液I；降至室温后加入与反应液I等体积的水，静置分层后取下层溶液A，加入下层溶液A的一半体积的浓硫酸并充分震荡，静置分层后取上层溶液B，加入与上层溶液B等体积的碳酸钠溶液，静置分层后取下层溶液C；向下层溶液C中加入无水氯化钙干燥20～30min后，过滤并蒸馏分离出中间产物溴代烷烃；

S2、将经过步骤S1得到的中间产物溴代烷烃与二甲胺加入至反应容器中，室温下搅拌至少5h后再静置至少3h，得到反应液II，向反应器中加入与反应液II等体积的氢氧化钠溶液并搅拌30～40min，分离有机相，并蒸馏分离得到中间产物二甲基烷基胺；

S3、将经过步骤S2得到的中间产物二甲基烷基胺与苄基氯加入至反应容器中，在100～120℃下反应3～4h，冷却后所得固体产物即为小分子阳离子表面活性剂型防膨剂。

优选，所述脂肪醇为正丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇中至少一种。

优选，在步骤S1中，脂肪醇和溴化氢的投料摩尔比为1:(1.2～1.4)。