[發(fā)明專利]水基鉆井液用抗高溫有機(jī)硅-胺類抑制劑及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610136798.1
• 申請(qǐng)日: 2016-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN105693921A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅霄;蒲曉林;都偉超;黃桃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/54
• 分類號(hào): C08F220/54;C08F226/02;C08F230/08;C09K8/035
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 裴娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水基鉆井液 用抗高溫有機(jī)硅-胺類抑制劑及其制備方法。

背景技術(shù)

地層因黏土礦物的造漿作用而引發(fā)的失穩(wěn)已成為鉆井工程中 的常發(fā)事件。鉆井液用抑制劑為水基鉆井液體系的關(guān)鍵處理劑之 一，其有著抑制地層礦物與鉆屑水化，維持井壁穩(wěn)定與井徑規(guī)則， 防止鉆頭泥包等重要作用。

隨著對(duì)深部地層油氣資源的勘探與開發(fā)力度的不斷增大，下 部井段溫度不斷升高，抑制劑面臨高溫作用的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，目前國 內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)所使用的胺類抑制劑，普遍存在抗溫能力不足的缺陷，導(dǎo) 致其抑制性能在高溫環(huán)境下大幅下降，無法有效抑制地層及鉆屑 的水化造漿，嚴(yán)重限制了其在深井作業(yè)中的應(yīng)用。胺類抑制劑通 過其分子結(jié)構(gòu)中的吸附基團(tuán)，吸附于黏土顆粒表面，一方面形成 致密的聚合物包被層，阻滯水分子侵入，另一方面通過其分子長 鏈同時(shí)吸附多個(gè)黏土顆粒與晶層，發(fā)揮如錨鏈一般的錨固作用， 抑制造漿顆粒的分散與運(yùn)移。如抑制劑抗溫性能不足，其分子結(jié) 構(gòu)易受高溫作用的破壞，且受高溫作用時(shí)，抑制劑分子熱運(yùn)動(dòng)加 劇，其與黏土顆粒間的吸附被破壞。在高溫脫附與降解作用的共 同影響下，抑制劑的抑制性能大幅下降，甚至完全喪失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種 深井高溫環(huán)境的水基鉆井液用抗高溫抑制劑，該有機(jī)硅-胺類抑制 劑具有較理想的抗溫性能，抗溫可達(dá)220℃。

一種水基鉆井液用抗高溫有機(jī)硅-胺類抑制劑，其分子結(jié)構(gòu)式 為：

其中，a＝65.0％～75.0％，b＝10.0％～20.0％，c＝1-a-b。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該抑制劑的制備方法，該抑制劑 按照一定的配比由N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、二甲基二烯丙 基氯化銨(DMDAAC)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷 KH-570)經(jīng)由共聚反應(yīng)制得。

進(jìn)一步地，如上所述的制備方法，包括以下步驟：

(1)按一定的摩爾比例依次稱取三種反應(yīng)單體：N,N-二甲基 丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲 氧基硅烷；

(2)向反應(yīng)容器中加入一定量的N,N-二甲基甲酰胺作為反應(yīng) 溶劑，在攪拌條件下向溶劑中加入所述三種反應(yīng)單體，待其混合 均勻后通氮排氧；

(3)將反應(yīng)溫度設(shè)定為60～75℃，待升溫至預(yù)定溫度后繼續(xù) 通氮?dú)猓⒓尤胭|(zhì)量為單體總質(zhì)量0.3％～0.8％的偶氮二異丁腈， 在通氮保護(hù)條件進(jìn)行反應(yīng)，制得粉白色凝膠狀產(chǎn)物；

(4)將凝膠狀產(chǎn)物浸泡于過量苯中，靜置一定時(shí)間后進(jìn)行過 濾分離，將不溶成分在過量無水乙醇中浸泡12小時(shí)后進(jìn)行減壓抽 濾，收集濾紙上的不溶成分繼而對(duì)其進(jìn)行真空干燥、粉碎，所得 白色粉末即為抑制劑成品。

進(jìn)一步地，如上所述的制備方法，步驟(1)中所述N,N-二甲 基丙烯酰胺:二甲基二烯丙基氯化銨:γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲 氧基硅烷的摩爾比為：(9～12):(1～3):(1～2)。

進(jìn)一步地，如上所述的制備方法，步驟(2)中，所述三種反 應(yīng)單體加入的總質(zhì)量為溶劑質(zhì)量的25.0％。

進(jìn)一步地，如上所述的制備方法，步驟(4)中過濾分離采用 索式提取器進(jìn)行過濾分離。

有益效果：

(1)本發(fā)明提供的水基鉆井液用抗高溫有機(jī)硅-胺類抑制劑， 具有較理想的抗溫性能，抗溫可達(dá)220℃。該抑制劑的制備方法通 過溶液自由基聚合反應(yīng)制備，操作簡(jiǎn)單，條件溫和，且收率較高。 該抑制劑簡(jiǎn)稱PKDAS。

(2)反應(yīng)單體選用含C＝C鍵的乙烯基單體，便于通過共聚反 應(yīng)生成主鏈由C-C鍵構(gòu)成的聚合物，保證其分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性；

(3)選用DMAA作為非離子單體，與常用的AM相比，DMAA 以兩個(gè)空間位阻更大的甲基取代了酰胺基團(tuán)氮上的兩個(gè)氫原子， 增大了分子鏈段的蜷曲阻力，進(jìn)而增強(qiáng)分子鏈剛性，且甲基取代 可降低酰胺基團(tuán)極性，提高后者的水解穩(wěn)定性；

(4)選用DMDAAC可為抑制劑引入季銨基團(tuán)，利用該基團(tuán) 水化后強(qiáng)烈的質(zhì)子特性，吸附于黏土顆粒表面并降低其Zeta電位， 同時(shí)拉近晶層間距并擠出部分層間吸附水，且DMDAAC在聚合物 中形成的季銨基團(tuán)呈五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不僅自身結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固，且 可進(jìn)一步增強(qiáng)分子鏈剛性；