一种亲水储层孔隙内水膜调节剂、制备方法及应用

本发明涉及油气资源开发，具体涉及一种亲水储层孔隙内水膜调节剂及其制备、应用。

背景技术：

1、油气储层岩石的润湿性一直是油田开发工作者关心的问题，许多油气储层亲水或局部亲水，这些亲水的储层在与水接触后会在孔隙内表面形成一层有一定厚度的水化层，简称为水膜。孔隙内壁的水膜会导致孔隙用于流体渗流的有效直径降低，喉道处的水膜会导致孔隙连通性降低。有效孔隙及孔隙联通性降低会导致储层渗透性降低，这对高渗储层影响程度较小，但是对低渗储层影响巨大且不能忽视。在油气开发的多个环节都可能受到水膜影响，比如气井采气时，凝析水在近井地带造成水锁，注水井注水过程中注入压力越来越高，亲水性储层压裂施工后返排率低等。

2、对于工程中出现的水锁和返排率低问题，通常的方法是加入助排剂和解水锁剂等措施。这些助排剂和解水锁剂主要是非离子和阴离子表面活性剂。加入表面活性剂的一方面原理是降低油—水、气—水界面张力，进而降低毛细管阻力。例如专利cn113548985a提供了一种页岩压裂液助排剂双子杂化氟表面活性剂。该双子杂化氟表面活性剂分子中因含有较长的碳氢链，因此，在盐水中极低用量时，能使油水界面张力大幅度降低至5mn/m以下，低于目前的全碳氟活性剂的油水界面张力(5-15mn/m)，这能使储层的毛管压力明显下降，有利于页岩压裂液的返排。加入表面活性剂的另一方面原因是调节孔隙的润湿性。例如专利cn115584256a提供一种酸化压裂用耐高温高盐助排剂，该助排剂包括12～23份脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚，5～9份蓖麻油聚氧乙烯醚，4～9份阴离子表面活性剂，0.1～1.5份无机盐，5～13份助溶剂，25～35份油相，以及水，油相和水的重量比为1:1.1～1.5，该助排剂具有较低的表面张力和界面张力，同时能够改善岩心的润湿性，使得岩心的水接触角更加趋近于90°，更加有利于接触储层的水锁效应，增加压裂液的返排率。

3、然而，对于作用位点为油-水或气水两相界面、或者临时吸附在孔隙表面的表面活性剂，容易随着流体流走，作用时间短，需要定期或长期补加药剂，成本高且增加工作量。另一方面，对于压裂施工后返排过程，由于无法进一步补加药剂，也可能导致地层大量压裂液无法返排出来，造成地层有效渗透率损失，不利于提高油气产能。因此，开发长期有效的储层保护剂具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种亲水储层孔隙内水膜调节剂，降低储层孔隙水膜厚度，增加含水状态下的有效孔隙直径和孔隙连通性，有效保证储层内流体的有效渗流。

2、本发明的再一目的在于提供了一种亲水储层孔隙内水膜调节剂的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供了一种亲水储层孔隙内水膜调节剂的应用。

4、为实现上述目的，一方面，本发明提供了如下技术方案：一种亲水储层孔隙内水膜调节剂，其特征在于含有如下结构通式如式(1)所示：

5、

6、式(1)中，m为10～99的正整数，r1为甲基、乙基或c3～c19的长链烷基，x—为cl—、br—、i—或bf4—。

7、所述水膜调节剂为一种嘧啶鎓盐封端改性硅油，每个水膜调节剂分子上含有两个嘧啶鎓基脲基，如式(2)所示：

8、

9、式(2)的嘧啶鎓基脲基中，h1和h2为氢键供体，n1和o2为氢键受体，不同水膜调节剂分子间可形成四重氢键，并通过四重氢键组装进一步在储层孔隙表面形成单分子膜层，调节孔喉内壁润湿性和水膜厚度。

10、所述不同水膜调节剂分子间形成的四重氢键，其相互作用方式如(3)所示。

11、

12、第二方面，本技术还提供一种亲水储层孔隙内水膜调节剂的制备方法，包括以下步骤：

13、s1、利用氨基保护试剂，对2-氨基嘧啶的氨基进行保护；

14、s2、利用卤代烃与氨基被保护的2-氨基嘧啶进行季铵化，制得氨基被保护的2-氨基嘧啶鎓盐；

15、s3、利用与步骤1所氨基保护试剂相对应的脱氨基保护试剂，对步骤s2所述的2-氨基嘧啶鎓盐的氨基保护基脱保护，得到2-氨基嘧啶鎓盐；

16、s4、利用三光气和步骤s3所得到的2-氨基嘧啶鎓盐的氨基反应，制得2-异氰酸酯嘧啶鎓盐；

17、s5、利用氨基硅油的氨基和2-异氰酸酯嘧啶鎓盐的异氰酸酯基反应，得到嘧啶鎓盐封端硅油，即为水膜调节剂。

18、上述步骤s1～s4的反应流程如式(4)所示：

19、

20、式(4)中，r1为甲基、乙基或c3～c19的长链烷基，x—为cl—、br—、i—或bf4—，r2为氨基保护基，x1—为cl—、br—或i—。

21、上述步骤s5的反应流程如式(5)所示：

22、

23、式(5)中，m为1～99的正整数，r1为甲基、乙基或c3～c19的长链烷基，x—为cl—、br—、i—或bf4—。

24、对于步骤s2所述的卤代烃的烷基为甲基、乙基或c3～c19中的一种，卤素原子为氯原子、溴原子或碘原子中的一种。

25、对于步骤s2～s4所得的嘧啶鎓盐衍生物的阴离子为cl—、br—或i—，与氟硼酸钠进行离子交换，得到阴离子为bf4—的嘧啶鎓盐；

26、所述嘧啶鎓盐衍生物包括步骤s2中的氨基被保护的2-氨基嘧啶鎓盐、步骤s3中的2-氨基嘧啶鎓盐、步骤s4中的2-异氰酸酯嘧啶鎓盐、嘧啶鎓盐封端硅油。

27、第三方面，本技术还提供了一种亲水储层孔隙内水膜调节剂的应用，包括：

28、所述水膜调节剂的第一种应用是作为酸化、压裂工作液的助排剂，该水膜调节剂吸附在孔隙表面后，自主装形成分子膜，降低孔隙内壁水膜厚度，增加有效孔隙直径，有助于施工后工作液返排；

29、所述水膜调节剂的第二种应用是作为油/气生产井近井地带水锁解堵工作液的解水锁剂，该水膜调节剂在孔隙表面后，自主装形成分子膜，调节孔隙的水润湿性，降低油排水和气排水毛管阻力，有利于对水锁区域解锁；

30、所述水膜调节剂的第三种应用是作为注水井降压增注工作液的解堵剂，该水膜调节剂吸附在孔隙表面后，自主装形成分子膜，降低孔隙内壁水膜厚度，增加有效孔隙直径，有助于降压增注。

31、本发明的有益效果在于：

32、本技术提供一种亲水储层孔隙内水膜调节剂，该水膜调节剂结构中含有的嘧啶鎓基脲基团可通过库仑力和多重氢键在储层孔隙内表面形成分子膜，并降低孔隙内表面的亲水性，增加孔隙的亲油性，降低空隙内水膜厚度。

33、当该水膜调节剂用于酸化、压裂施工时，裂缝附近的孔隙被打开，增强孔隙的导流能力，有利于提高施工返排率；当该水膜调节剂用于注水施工时，注水井近井地带的孔隙被打开，有利于注水作业的降压增注；当该水膜调节剂用于油气藏增产时，孔隙表面形成的分子膜增加孔隙的亲油性，可提高孔隙对油和气的渗流选择性，有利于气藏增产。

34、该水膜调节剂在孔隙表面吸附时，通过库仑力作用，水膜调节剂与孔隙表面结合；通过分子间多重氢键作用，自主形成膜不同水膜调节剂分子间相互作用，形成连续且巨大的分子膜；该水膜调节剂分子结构中的二甲基硅氧烷结构具有强烈的疏水性；基于库仑力、多重氢键，疏水作用的协同，该水膜调节剂能够稳定吸附在孔隙表面，难以被后续流体冲刷掉，因此可以延长有效周期、降低药剂的添加频次、节约人力成本。