[发明专利]抑制地层粘土水化膨胀的新型处理剂

说明书

本发明涉及一种用于石油工作液中抑制地层粘土矿物水化膨胀的新型处理剂及其合成方法，以及该处理剂在石油钻采和生产作业中抑制粘土矿物水化膨胀的使用和应用。该处理剂是一种小分子量的有机阳离子单季胺和双季胺化合物的混合物，或有机阳离子化合物与齐聚物的混合物，或有机阳离子化合物，齐聚物与缩合物的混合物，属于有机化学化工领域。

在石油钻采和生产作业中常常不可避免地遇到水基石油工作液使与之接触的地层粘土矿物水化膨胀，分散运移，或使石油工作液的性能变坏，或使油气层减产，或增大设备磨损等等，给石油钻采和生产作业带来麻烦和损失。国内外常使用KCl，NH₄Cl，羟基铝，各种阳离子高聚物，如阳离子聚丙烯酰胺，阳离子改性聚乙烯醇，两性高聚物，小阳离子聚季胺，小分子两性聚合物等作粘土水化膨胀抑制剂和聚沉剂，但它们都存在着各种不足，或因分子量大，易与阴离子处理剂不相容，或受pH值影响降低抑制效果，或因毒性影响工作液的排放，或因改变油气层孔喉的润湿性使油气减产，或因与KCl共用严重起泡，或因热稳定性低，易高温降解，无机电解质用量大，影响工作液的流变性、稳定性和电测，使工作液的排放受限制。美国Hal-liburton公司公开的六篇专利(US4536305，4536471，4497596，4536303，EP0120592A2)，所披露的四类阳离子高聚物或因分子中的酯键易水解，化学稳定性差，或因分子量高，易与阴离子处理剂不相容，或因抑制效果差等因素使其应用受到影响，美国专利US5097904披露了使用N、N-二(羟烷基)-N、N-二甲基氯化铵，1.2-双(N-羟烷基-N，N-二甲铵基)乙烷双氯化物作地层粘土矿物稳定剂，控制水基流体与地层接触引起的油气层粘土微粒运移损害的方法，US5350740披露了使用三(ω-羟烷基)叔胺与C≤4的一卤代烷或水溶性卤代季胺化合物反应制备单季胺、双季胺或缩聚胺化物作钻井液粘土水化膨胀抑制剂的方法，二者所述的季胺化物都具有无毒和与阴离子处理剂相容的优点，且多季胺化物比单季胺化物效果好，但前者用于钻井液效果不如后者好。后者的不足之处是制备单季胺和双季胺化物要分别使用不同的原料，制备双季胺和缩聚季胺化物要分二步工序进行，操作不便，成本高。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处，着眼于改变烷基化试剂，调整胺类化合物的组成和反应物配比，改进工艺条件，使单季胺化和双季胺化反应或缩聚和季胺化反应同时进行，以提供一种原料价廉易得，生产工艺简单，化学稳定性和热稳定性高，无毒，与石油工作液和阴离子处理剂相容的抑制地层粘土矿物水化膨胀分散运移的处理剂及其制备方法。

本发明提供了一种用于石油工作液中能有效地抑制地层粘土矿物水化膨胀、分散运移的新型处理剂，它包括由通式(I)中的三羟烷基叔胺与通式为(II)的二卤代烷X(CH₂)_nX反应的通式为(III)和(IV)的阳离子化合物，或由通式(I)中R²＝H的二羟烷基仲胺与通式为(II)的二卤代烷反应的通式为(V)、(VI)、(VII)的阳离子混合物，或通式为(I)的三羟烷基胺与二羟烷基胺的混合胺与通式为(II)的二卤代烷反应的各种结构的阳离子化合物与缩合物的混合物。特别适用于石油工作液中抑制粘土矿物水化膨分散运移，能明显地提高作业质量和效率，降低综合成本，它与石油工作液配伍性好，无毒，不污染环境，不堵塞油气层，不改变亲水岩石的润湿性，加量少，效果好，可代替无机盐，抗酸碱盐能力强，耐温可达200℃，有一定的抗泡和润滑性，特别适用于海洋和内陆湖泊的石油钻采和生产作业。

本发明的粘土水化膨胀抑制剂是以通式为(I)的羟烷基胺其中R¹＝H或CH₃，或H与通式为(II)的二卤代烷烃化合物的反应物

                        X(CH₂)_nX    (II)其中X＝卤素，最好是Cl或Br，n＝2-10的整数，最好是2-4。

其制备方法包括将通式(I)的化合物与通式(II)的化合物在以下条件下进行反应：(1)，n＝2-10的整数，X＝卤素时