一种有机聚醚胺黏土稳定剂的合成及评价

梁 雷，南叶飞，林海萍

（西安石油大学化学化工学院，陕西 西安 710065）

一种有机聚醚胺黏土稳定剂的合成及评价

梁 雷，南叶飞，林海萍

（西安石油大学化学化工学院，陕西 西安 710065）

采用1,2-丙二醇、环氧氯丙烷等为主要原料合成了有机聚醚胺黏土稳定剂。产物在2%浓度加量下，防膨率可达到85%左右。性能测试结果表明，该黏土稳定剂有良好的抗温性、耐酸碱性和抗洗脱性，在测试温度和pH范围内防膨率均超过80%，抗洗脱率超过90%。

聚醚胺；黏土稳定剂；防膨性能

随着油气田的不断开采，地层的能量不断减弱，为了避免因此带来的生产异常，常用的方法是进行压井修复[1]。在压井作业过程中，针对水敏性储层黏土矿物的水化膨胀、分散运移等问题，需要在压井液中添加黏土稳定剂来解决此问题[2]。本文以1,2-丙二醇和环氧氯丙烷等为主要原料，合成了一种有机聚醚胺类黏土稳定剂，其合成原料广、工艺条件简单，也可以与其他黏土稳定剂进行复配使用，具有经济实用、易于推广等优点。

1 实验部分

1.1 实验药品和仪器

1,2-丙二醇、环氧氯丙烷、乙醇钠、氨水（25%）、氢氧化钠、浓盐酸等（均为市售分析纯试剂）。

傅立叶变换红外光谱仪（FIR2000），离心机（TDL80）等。

1.2 有机聚醚胺黏土稳定剂的合成

取一定量的1,2-丙二醇和乙醇钠加热至100℃，再缓慢加入环氧氯丙烷，滴加完毕后继续反应5h，抽滤后得到的浅黄色滤液即为中间体氯化聚醚醇。将氯化聚醚醇置于冰水浴中，不断搅拌下缓慢滴加氨水，滴加完毕后加热回流，充分反应并除去未反应的氨水，即得到亮黄色有机聚醚胺的水溶液。图1为主要合成路线。

图1 黏土稳定剂的合成路线

1.3 性能评价

参照中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T 5971-1994 注水用黏土稳定剂性能评价方法》中的离心法，对产品的防膨性能进行评价[3]。

准确称取0.5 g钠膨润土于10 mL离心管中，加入10mL的黏土稳定剂溶液，摇匀后静置2h，1500r·min-1离心15min后，记录膨润土膨胀后的体积，再分别用10mL纯水和10mL煤油代替黏土稳定剂溶液，测定膨润土的膨胀体积，按式（1）计算防膨率。

式中：B为防膨率，%；V1为膨润土在黏土稳定剂溶液中的膨胀体积，mL；V2为膨润土在纯水中的膨胀体积，mL；V0为膨润土在纯煤油中的膨胀体积，mL。

2 结果与讨论

2.1 光谱分析结果

图2为中间体和聚醚胺的红外光谱图。中间体在1100cm-1左右出现了醚类的C-O伸缩振动吸收峰，750cm-1左右为C-Cl伸缩振动吸收峰。与中间体相比，由于胺基的引入，在1500～1460cm-1出现一组新峰，3000cm-1附近伯胺的N-H伸缩振动与饱和烃类的C-H伸缩振动吸收峰相互叠加，指纹区C-Cl伸缩振动特征吸收峰消失[4]。

图2 中间体氯化聚醚醇和聚醚胺黏土稳定剂的红外光谱图

综上，醚键和仲醇等特征吸收峰的存在说明生成了氯化聚醚醇，胺基特征峰的生成和指纹区卤素特征峰的消失说明了聚醚胺黏土稳定剂的合成。

2.2 性能测试

2.2.1 防膨率

图3为不同质量分数下聚醚胺黏土稳定剂的防膨率。从图3可以看出，加大黏土稳定剂的浓度可以使其防膨率不断增加，加量在3%左右时防膨率接近90%。在同等实验条件下，得到表1中的对比数据。无机盐类黏土稳定剂的效果最好，合成的聚醚胺黏土稳定剂（OPA）防膨率与市售Bop-3相近，防膨性能较好。市售的131#小分子季铵盐类黏土稳定剂和132#大分子季铵盐类黏土稳定剂的防膨效果虽好，但有较大毒性，对地层伤害较大，对环境存在一定的污染[5-6]。

图3 不同质量分数下聚醚胺黏土稳定剂的防膨率

表1 不同黏土稳定剂的防膨率

2.2.2 抗温性

将膨润土和黏土稳定剂溶液混匀后，放置在实验评价温度的水浴或油浴中恒温2h，随后测定2%浓度的黏土稳定剂溶液在不同温度下的防膨率，结果见图4。

图4 温度对防膨性能的影响

由图4可知，在20～120℃范围内，随着温度的升高，防膨率逐渐降低，但防膨率整体均维持在80%左右，受温度变化的影响并不大，说明该黏土稳定剂具有良好的抗温性[7]。

2.2.3 抗酸碱性

用盐酸和氢氧化钠溶液调节水样pH值，然后用其配制2%的黏土稳定剂溶液，测定不同pH条件下的防膨率，结果见图5。

图5 pH对防膨性能的影响

由图5可知，在2～12的pH范围内，随着pH值的升高，防膨率不断降低，但防膨率均维持在80%左右，整体变化幅度较小，说明该黏土稳定剂具有很好的耐酸碱性能[8]。

2.2.4 长效性

按照1.3中的评价方法进行离心，得到膨润土在黏土稳定剂中的膨胀体积，然后将离心管中的上层清液取出并加入10mL蒸馏水，摇匀后静置2h，得到洗脱后的膨胀体积，按式（2）计算抗洗率[9]。

式中：X为抗洗率，%；V0为洗脱前膨润土的膨胀体积，mL；V1为洗脱后膨润土的膨胀体积，mL。

图6 不同质量分数下黏土稳定剂溶液的抗洗率

从图6可以看出，即使在较低的浓度下，该黏土稳定剂洗脱后的防膨性能依然保持良好，抗洗率都在90%以上，说明该黏土稳定剂与黏土颗粒的结合较为稳定，从而能达到较好的黏土稳定作用[10]。

3 结论

1）由以上实验结果可以看出，该有机黏土稳定剂具有稳定的防膨性能，可以应对较为恶劣的施工情况，对环境有较强的适应性。

2）从合成工艺来看，该黏土稳定剂的合成简单易行，原料丰富，使用安全，具有很好的应用前景。

3）该缓蚀剂具有良好的水溶性，可与其他黏土稳定剂或石化助剂进行复配，从而达到指定的施工要求。

[1] 尚蕴果.季铵盐型黏土稳定剂的合成研究及防膨性能评价[D].青岛：中国海洋大学，2009.

[2] 陈大钧，陈馥，等.油气田应用化学[M].北京：石油工业出版社，2007：2-4.

[3] 宋杨柳.有机胺类防膨剂的合成及其性能评价[D].西安：西安石油大学，2008.

[4] 柴凤忠.油田注水长效防膨技术研究[D].长春：吉林大学，2005.

[5] Van Oort E.On the physical and chemical stability of shales[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2003(38): 213-235.

[6] Arvind Patel, Emanuel Stamatakis, Steve Young, et al.Advances in inhibitive water-based drilling fluids-can they replace oil-based muds[C]. SPE 106476, 2007.

[7] 李怀科，田荣剑，罗健生，等.一种定量评价钻井液用胺类抑制剂的新方法[J].钻井液与完井液，2012，29(6)：51-53.

[8] 陈智敏.黏土稳定剂合成及评价研究进展[J].化学工程与装备，2009(8)：130-132.

[9] 崔付义，马兴芹，张云芝，等.注水处理用黏土稳定剂的优选[J].油气地质与采收率，2005(1)：75-77.

[10] 韩志昌.黏土稳定剂合成技术研究[D].杭州：浙江大学，2003.

Synthesis and Application of an Organic Polyether Amine Clay Stabilizer

LIANG Lei, NAN Yefei, LIN Haiping
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China)

Organic polyether amine(OPA) clay stabilizer was synthesized with 1,2- propanediol and epoxy chloropropane as main raw materials. The anti swelling rate of product could reach about 85% when adding was 2% concentration. The performance test results showed that OPA had good temperature resistance, acid and alkali resistant elution. In the test range of temperature and pH, its anti swelling rate was more than 80% and its anti washout rate was more than 90%.

polyether amine; clay stabilizer; anti swelling rate

O 632.32；TE 258

A

1671-9905(2017)12-0010-03

陕西省科技厅工业科技攻关项目（2017GY-180）

梁雷（1992-），男，研究生，研究方向为油田化学。E-mail: lianglei0425@qq.com

2017-09-18