本發(fā)明屬于油田用助劑，具體涉及一種粘土穩(wěn)定劑及其制備方法。

背景技術：

1、粘土礦物主要有蒙脫石、高嶺石、伊利石、綠泥石、伊蒙混層、綠蒙混層等幾大類。粘土礦物廣泛的存在于油氣儲層中。這些粘土礦物顆粒在油田的勘探開發(fā)過程中如鉆井、完井、酸化、壓裂、注水過程中遇到外來的水基流體后其自身就會產(chǎn)生膨脹或運移，從而會對孔隙或裂縫介質(zhì)造成堵塞，影響滲透能力及油氣井產(chǎn)量。一般為了保護油氣層的滲透性，以提高油氣產(chǎn)量，在壓裂酸化改造或修井作業(yè)過程中，針對泥頁巖或粘土型地層的粘土膨脹等問題，使用抑制性的粘土穩(wěn)定劑來緩解其膨脹或運移。

2、胺類粘土穩(wěn)定劑是目前常用的一種粘土穩(wěn)定劑，其主要是利用氨基的陽離子性，使其吸附在粘土表面，中和粘土表面的電性，其另一部分為疏水基團，這些疏水基團能夠阻止水分子進一步接近粘土；因此，胺類粘土穩(wěn)定劑具有加量少、效果好的特點。然而，目前的聚胺類粘土穩(wěn)定劑，其制備原料較多，制備過程復雜，導致成本較高，在實際生產(chǎn)過程中應用較少。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：提供一種粘土穩(wěn)定劑及其制備方法，該粘土穩(wěn)定劑具有較好的頁巖抑制效果，同時其制備方法簡單，易于推廣。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用下述技術方案：

3、一種粘土穩(wěn)定劑的制備方法，包括以下步驟：取第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨溶于溶劑中，或者，將第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨分別溶于溶劑中配置成溶液，隨后將2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨溶液滴加至第一單體溶液中；然后進行反應，得到反應液；反應結(jié)束后，對反應液進行分離提純即得粘土穩(wěn)定劑；其中，所述第一單體為至少含有一個伯胺的脂肪族化合物或至少含有一個伯胺的芳香族化合物，所述第一單體中胺基上的活性氫的個數(shù)為n，所述第一單體和所述2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的摩爾比為1:0.9n~1.1n。

4、具體的，本發(fā)明中，主要是利用第一單體中含有活性氫的氨基和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的環(huán)氧基團進行反應，以生成叔胺和醇，本發(fā)明所指的氨基上的活性氫，是指直接與氮原子相連的氫，比如伯胺上具有兩個活性氫，仲胺上具有一個活性氫。同時，1摩爾份的伯胺能夠和2摩爾份的環(huán)氧基團進行反應，因此，當其完全反應后，合成的粘土穩(wěn)定劑分子中，含有兩個季銨基團，兩個叔胺基團，這些基團能夠極大的增加粘土穩(wěn)定劑的抑制性能，同時，在反應后，還含有至少兩個羥基，羥基同樣能夠吸附在粘土上，進一步增強其抑制效果。比如，第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的摩爾比還可以為1:0.95n~1.05n。

5、所述至少含有一個伯胺的脂肪族化合物為脂肪族單伯胺、多乙烯多胺、脂肪族二胺或含有一個伯胺和一個叔胺的脂肪族化合物，所述至少含有一個伯胺的芳香族化合物為芳香族單伯胺、芳香族二胺或含有一個伯胺和一個叔胺的芳香族化合物。

6、所述含有一個伯胺和一個叔胺的脂肪族化合物為n,n-二丁基-1,3-丙二胺、n,n-二乙基乙二胺、n,n-二甲基乙二胺中的一種，所述含有一個伯胺和一個叔胺的芳香族化合物為n,n-二甲基-1,4-苯二胺、n1,n1-二甲基-1-苯乙烷-1,2-二胺中的一種。

7、所述脂肪族單伯胺為正戊胺、正己胺中的一種，所述芳香族單伯胺為苯胺、對氨基甲苯、苯乙胺中的一種，所述多乙烯多胺為二乙烯三胺或三乙烯四胺，所述芳香族二胺為對苯二胺，所述脂肪族二胺為己二胺。

8、在本領域中，含有一個伯胺單體的有機物有很多，比如較為常見的脂肪族伯胺和芳香族伯胺。根據(jù)胺基基團的數(shù)量，又可以細分為脂肪族單伯胺、芳香族單伯胺、多乙烯多胺、脂肪族二胺、芳香族二胺以及其余含有雜原子的胺，從理論上來講，這些化合物都能夠應用于本發(fā)明。

9、然而，經(jīng)過發(fā)明人的大量實驗后發(fā)現(xiàn)，脂肪族單伯胺和芳香族單伯胺相對于其余的胺類具有更好的效果，特別是正戊胺、正己胺、苯胺、對氨基甲苯、苯乙胺，其效果相對較好，而在脂肪族單伯胺中，碳鏈長度過短或過長都使得制得的粘土穩(wěn)定劑效果較差：碳鏈長度過短時，其疏水性較差；碳鏈長度過長時，胺基活性減弱，因此，本發(fā)明中，對于脂肪族單伯胺通常選擇正戊胺和正己胺。而對于芳香族單伯胺來講，其苯環(huán)的存在使其疏水性增強，但是如果分子量過大，則容易使其疏水性過強，從而導致粘土穩(wěn)定劑的效果下降，因此，經(jīng)過發(fā)明人大量實驗后，選擇分子量較低的苯胺、對氨基甲苯、苯乙胺，其具有更好的效果。

10、對于多乙烯多胺（比如二乙烯三胺、三乙烯四胺）、脂肪族二胺（比如己二胺）、芳香族二胺（比如苯二胺，苯二胺分為鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺），由于其含有多個活性氫，導致制得的粘土穩(wěn)定劑的親水性過強，雖然其具有一定的粘土穩(wěn)定效果，但是從實際情況來看，其效果相對較差。

11、特別的，發(fā)明人在實驗過程中發(fā)現(xiàn)一類較為特殊的第一單體：含有一個伯胺和一個叔胺的脂肪族或芳香族化合物，采用這一類化合物作為第一單體時，其效果相對于脂肪族單伯胺和芳香族單伯胺更好。該類型的化合物有很多，比如n,n-二甲基-1,4-苯二胺、n'-芐基-n,n-二甲基乙二胺、n1,n1-二甲基-1-苯乙烷-1,2-二胺、n,n-二丁基-1,3-丙二胺、n,n-二乙基乙二胺、n,n-二甲基乙二胺（具有該名稱的胺有兩種，此處為含有一個伯胺和一個叔胺的胺類化合物）等，這些都是較為成熟的產(chǎn)品，在市面上能夠買到。

12、在反應時，所采用的溶劑需要將第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨均完全溶解，因此，可以選擇乙醇、異丙醇、丙酮、甲苯、二甲基亞砜中的一種作為溶劑，當然，本領域技術人員也可以選擇其余的溶劑。同時，對于本發(fā)明的反應來講，反應在20~70℃條件下進行，反應時間為1~8h，其反應條件較為溫和，在室溫條件下即可反應，發(fā)明人經(jīng)過大量試驗后發(fā)現(xiàn)，當溫度大于70℃后，不僅反應難以控制，同時還容易發(fā)生副反應，導致產(chǎn)率降低、效果變差；而當溫度小于20℃時，其反應速率較慢，難以大規(guī)模應用。

13、同時，在反應時，可以直接將兩者混合進行反應，也可以將第一單體和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨分別配置成溶液，隨后將2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨溶液滴加至第一單體溶液中進行反應。從效果來看，后一種方法更好，但是花費的時間更多，本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的方法。

14、本發(fā)明的一種實施方式在于，所述分離提純的具體操作為：在持續(xù)攪拌的條件下，加入乙醚或石油醚至反應液中，攪拌結(jié)束后，靜置結(jié)晶，取結(jié)晶沉淀，然后將所取的結(jié)晶沉淀干燥即得粘土穩(wěn)定劑。在加入乙醚或者石油醚的過程中，持續(xù)攪拌，隨著乙醚或石油醚加量的增加，可以看到有結(jié)晶逐漸析出，攪拌結(jié)束后，靜置一段時間，將其過濾即可得到結(jié)晶沉淀。在該步驟中，乙醚或石油醚的加量通常為反應溶液總體積的5倍以上，通常為10倍。此外，除了上述分離提純方法外，還可以采用以下方法進行分離提出：減壓蒸餾除去反應液中的溶劑，得到固相，采用乙醚或石油醚洗滌固相數(shù)次后，將洗滌后的固相干燥即得粘土穩(wěn)定劑。本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇其中一種方法，或者也可以采用其余的方法進行分離提純。

15、本發(fā)明的一種實施方式在于，所述反應在堿性條件下進行。對于該反應，其反應條件通常為堿性，但是由于部分原料通常為堿性，因此，無需外加堿即可進行反應；如果反應液的ph小于7，可以通過加入堿的方式進行調(diào)節(jié)，通?？梢约尤霘溲趸c、氫氧化鉀等無機堿。

16、一種粘土穩(wěn)定劑，其采用任一上述粘土穩(wěn)定劑的制備方法制備而成。本發(fā)明粘土穩(wěn)定劑的制備方法制備的粘土穩(wěn)定劑具有較高的抑制性能，能夠應用于鉆井、壓裂等油氣開發(fā)過程。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益技術效果：

18、本發(fā)明的粘土穩(wěn)定劑的制備方法制得的粘土穩(wěn)定劑，其具有較好的頁巖穩(wěn)定性能，且其制備方法簡單，僅需一步反應即可制得，且反應條件溫和，同時制備原料的成本較低，獲得難度較低，適宜于大規(guī)模推廣；同時，其粘度較低，能夠應用于一些低粘度的環(huán)境，擴大了其應用范圍。