黃立賢

[摘 要]有機胺粘土穩(wěn)定劑對粘土的穩(wěn)定效果顯著，通過實驗對有機胺粘土穩(wěn)定劑合成過程中最佳的參與反應(yīng)物質(zhì)的摩爾比，反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度，添加劑進行了研究，且對三種有機胺粘土穩(wěn)定劑添加量對粘土防膨脹率的影響進行了研究，可以為有機胺粘土穩(wěn)定劑的生產(chǎn)及其基礎(chǔ)理論研究提供支持。

[關(guān)鍵詞]有機胺 粘土穩(wěn)定劑 反應(yīng)條件 性能評價

中圖分類號：TQ07 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0134-02

1.引言

在對油層進行注水的過程中，粘土在水敏作用下會使其中的礦物質(zhì)發(fā)生吸水膨脹與遷移，對油層的滲透率產(chǎn)生嚴重的影響，因而需要一種粘土穩(wěn)定劑來防治粘土的膨脹。由于在油田開發(fā)的過程中遇到的類似問題越來越多，對于粘土穩(wěn)定劑的需求也是越來越迫切。在上個世紀50、60年代，一般使用無機鹽作為粘土的穩(wěn)定劑，常用的粘土穩(wěn)定劑有氯化鉀和氯化銨；在70年代多使用多核無機聚合物以及陽離子聚合物作為粘土穩(wěn)定劑；到了上個世紀80年代，較多使用的是有機陽離子聚合物作為粘土穩(wěn)定劑，這種粘土穩(wěn)定劑具有較強的吸附作用，能夠有效抑制粘土的膨脹。季銨鹽是一種有機陽離子聚合物，其在油田粘土防膨脹的過程中使用廣泛，該物質(zhì)的陽離子通過靜電吸附作用依附在粘土的表面，能夠有效的防止粘土的膨脹，具有較好的實踐效果。該物質(zhì)會在粘土的顆粒表面形成一層保護膜，使得穩(wěn)定粘土的效果更佳顯著。本研究使用環(huán)氧氯丙烷、二甲胺與乙二胺三種物質(zhì)來合成有機胺類粘土穩(wěn)定劑，對其防膨脹的性能進行了探索。

2.實驗部分

2.1 試劑

本實驗所用試劑為環(huán)氧氯丙烷、二甲胺、乙二胺、氯化鉀、氯化銨、氯化鈣等。

2.2 實驗方法

將環(huán)氧氯丙烷加入三口燒瓶中，并按照設(shè)定的比例，緩緩滴入一定量的濃度為33%的二甲胺水溶液，然后輕輕攪拌，在試劑滴加完畢之后將溫度上升到60攝氏度下反應(yīng)5小時以上。之后進行減壓蒸餾，并利用丙酮提純，然后過濾，在真空度為100kPa，溫度為70攝氏度下進行反應(yīng)，制取無交聯(lián)劑的聚合物，將該粘土穩(wěn)定劑簡記做為ED。同理進行實驗，將乙二胺作為交聯(lián)劑，用環(huán)氧氯丙烷與作為單體的乙二胺單獨進行聚合得到產(chǎn)物簡單記為EE；類似地，使用環(huán)氧氯丙烷、二甲胺為單體，將在設(shè)定濃度的乙二胺溶液作交聯(lián)劑作用下得到最終的聚合物粘土穩(wěn)定劑簡記為EED。

3.結(jié)果與討論

根據(jù)我國注水用粘土穩(wěn)定劑性能評價方法來對聚合物的防膨脹率進行測定。

3.1 單體摩爾比對防膨性能的影響

將聚合反應(yīng)的時間限定為5小時，反應(yīng)的溫度控制在60攝氏度，在這種條件下使用單體環(huán)氧氯丙烷與二甲胺；以及單體環(huán)氧氯丙烷與乙二胺這兩種單體體系在不同的摩爾比下對防膨脹結(jié)果的影響，實驗的結(jié)果如圖1所示。

通過上圖可以知道，對于粘土穩(wěn)定劑ED來講，ED的防膨脹率隨著環(huán)氧氯丙烷與二甲胺的摩爾比的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當二者的摩爾比約為為0.8：1 時，聚合物ED具有最佳的防膨脹率。而在同樣使用乙二胺作交聯(lián)劑的兩種情況下，粘土穩(wěn)定劑EE與EED的防膨脹率都是隨著環(huán)氧丙烷的用量增加而先增大后減小，但是最佳的防膨脹率比例二者有所不同。在合成穩(wěn)定劑EE時，單體物質(zhì)環(huán)氧氯丙烷與乙二胺的最佳摩爾比為0.8：1；而使用環(huán)氧氯丙烷以及二甲胺做單體合成粘土穩(wěn)定劑EED時，最佳的單體摩爾比是1：1。

3.2 反應(yīng)溫度對防膨性能的影響

按照環(huán)氧氯丙烷與二甲胺（或乙二胺）摩爾比為0.8：1的比例下來合成聚合物，反應(yīng)的時間保持不變同樣為5小時，研究反應(yīng)溫度對聚合物防膨脹率的影響，實驗結(jié)果如圖2所示：

通過上圖的實驗結(jié)果可知三者都是隨著溫度的升高防膨脹率先增大后減小，但是三者防膨脹率最佳時的反應(yīng)溫度有所差異。聚合物ED隨著溫度的升高防膨脹率呈現(xiàn)出逐漸增大后又逐漸減小的趨勢，其拐點為70攝氏度，所以在70攝氏度下所合成聚合物的防膨脹率最高，即70攝氏度就是該物質(zhì)的最佳反應(yīng)溫度。而后兩者聚合物EE和EED都是隨著溫度的升高聚合物的防膨脹率先是升高然后降低，且EE聚合物的最佳反應(yīng)溫度為50攝氏度，而EED的最佳的反應(yīng)溫度則為60攝氏度。

3.3 反應(yīng)時間對防膨性能的影響

在保持聚合物合成物質(zhì)的比例不變與反應(yīng)溫度為60攝氏度的情況下，來觀察反應(yīng)的時間對防膨脹率變化的影響。實驗結(jié)果如圖3所示：

通過上圖可以知道三者隨著反應(yīng)時間增大防膨脹率的變化趨勢大致相似，三種聚合物EE、ED、EED都是隨著時間的增大防膨脹率先增大再減小，但是三者的最佳反應(yīng)時間差異較大。首先聚合物ED在反應(yīng)大約5小時之后達到最佳的防膨脹率，而后防膨脹率會下降，因而其最佳的反應(yīng)時間為5小時；而穩(wěn)定劑EE隨著時間的增大防膨脹率先增大后減小其，最佳的反應(yīng)時間為6小時；聚合物EED也同樣隨著反應(yīng)時間的增大聚合物的防膨脹率先增大后減小，最佳反應(yīng)時間為4小時。

3.4 交聯(lián)劑乙二胺用量的影響

將三種聚合物合成物質(zhì)比例不變，溫度控制在60攝氏度反應(yīng)6小時的情況下，來考察交聯(lián)劑乙二胺的加量對穩(wěn)定劑EED防膨脹率的影響，實驗結(jié)果如圖4所示：

通過上圖可以看出，隨著乙二胺添加量的逐漸增大，聚合物EED的防膨脹率先增大后減小，當該物質(zhì)的添加量占反應(yīng)物質(zhì)量2%時，達到的防膨脹性能最佳，因而將乙二胺最佳用量控制在2% 。

3.5 有機胺粘土穩(wěn)定劑性能評價

按照《注水用粘土穩(wěn)定劑性能評價方法》 中的離心法來對三種聚合物的防膨脹率進行評價，通過測定鈉膨潤土在使用三種粘土穩(wěn)定劑之后的膨脹的體積，來對粘土的防膨脹率進行計算。三種物質(zhì)在不同的添加濃度下對防膨脹率的影響如圖5所示。

通過圖5可以看出，當穩(wěn)定劑ED的用來約為1.2%的情況下，其防膨脹率已經(jīng)達到了最大值86.4%，如果繼續(xù)增大ED的用量，該物質(zhì)的防膨脹率會呈現(xiàn)出下降的趨勢。而穩(wěn)定劑EE在用量為1%的情況下防膨脹率達到最大值80.58%，如果繼續(xù)增加EE的用量該物質(zhì)的防膨脹率會緩慢的下降。穩(wěn)定劑EED的用量約為1.2%的情況系，防膨脹率達到最大值88.96%，在這個基礎(chǔ)繼續(xù)增大EED的用量，防膨脹率會基本保持不變。

4.結(jié)論

通過研究，確定了三種聚合物的最佳參與反應(yīng)物質(zhì)的摩爾比，最佳的反應(yīng)時間，最佳的反應(yīng)溫度，其中粘土穩(wěn)定劑ED最佳的合成條件為： 單體環(huán)氧氯丙烷與二甲胺的摩爾比為0.8：1，反應(yīng)的最佳溫度為70攝氏度，反應(yīng)的最佳時間為5小時；粘土穩(wěn)定劑EE的最佳合成條件為： 單體環(huán)氧氯丙烷與乙二胺的摩爾比為0.8：1，反應(yīng)的最佳溫度為50攝氏度，反應(yīng)的最佳時間為6小時；粘土穩(wěn)定劑EED的最佳合成條件為： 單體環(huán)氧氯丙烷與二甲胺的摩爾比1：1，反應(yīng)的最佳溫度為60攝氏度，反應(yīng)的最佳時間為4小時，乙二胺最佳用量為單體總質(zhì)量的2%；當ED、EE、EED 用量分別為1.2%、1%、1.2% 時，防膨率分別最佳為可以達到86.44%、80.58%、88.96%，實驗表明，交聯(lián)劑的使用可以有效增加有機胺粘土穩(wěn)定劑的防膨脹性能。

參考文獻

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