[發明專利]一種超低分子量樹枝狀烷基六胺頁巖抑制劑及其合成方法

有效

• 申請號: 201610792316.8
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106380407B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 謝剛;羅平亞;鄧明毅
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C07C211/13
• 分類號: C07C211/13;C07C209/50;C09K8/035
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙)51229
• 代理人: 李林合,李蕊

技術領域

本發明屬于油氣田鉆井技術領域，具體涉及一種適用于復雜頁巖鉆井的一種樹枝狀烷基六胺頁巖抑制劑的合成方法及其產品，以及采用烷基六胺配置而成的頁巖抑制劑。

背景技術

目前在國內和國外鉆井中，經常存在井壁不穩定問題。井壁不穩定可能會導致井壁坍塌、縮徑、卡鉆等問題，增加了鉆井時間和鉆井成本。75％的井壁不穩定主要發生在泥頁巖地層，特別是水敏性地層。

我國頁巖氣資源勘探開發已全面展開，針對頁巖氣的成藏特征，水平井已成為頁巖氣開發的主要鉆井方式。與常規水平井相比，頁巖水平井水平段較長，一般介于500～2500m，鉆井液與地層接觸的時間增加，頁巖水化更加嚴重。鉆井液濾液進入層理間隙，頁巖內黏土礦物遇水膨脹，膨脹壓力使張力增大，導致頁巖地層(局部)拉伸破裂，出現井壁垮塌、縮徑等井下復雜情況。國外的60～70％頁巖氣水平井采用油基鉆井液體系，國內完成的頁巖氣水平井絕大多數采用油基鉆井液體系，油基鉆井液具有井壁穩定性好、抑制能力強、潤滑性好、有利于保護儲層的優點，但是存在不環保、成本相對較高等缺點。水基鉆井液恰好能克服油基鉆井液的缺點。

現階段油田上主要采用無機鹽作為抑制劑，但是高濃度的無機鹽不僅嚴重影響了鉆井液的流變性，而且對地下環境造成嚴重的污染，同時現階段廣泛使用的水基鉆井液對泥巖或強水敏性頁巖地層井壁穩定方面仍然存在問題，需要有針對性地深入研究。而隨著超深井勘探開發的發展，對頁巖抑制劑的研發提出了更高的要求。由于使用水基鉆井液體系鉆頁巖氣水平井，水最先與地層接觸，導致地層的黏土水化膨脹，為了抑制黏土的水化膨脹，頁巖抑制劑必須迅速插入黏土層間，擠出黏土層間的水分子，降低層間距。研究發現，具有多個伯胺基團抑制劑能增加抑制劑的水溶性，而且多個伯胺基團能使得抑制劑與黏土晶層吸附的更加牢固。通過在分子結構中部增加烷基鏈作為疏水鏈提高了抑制劑的抑制性能。而不同的烷基疏水鏈對于抑制劑的效果具有不同的性能，尋找并合成出性能更好更適合復雜井況的烷基疏水鏈產品，對于提高頁巖鉆井效率、保障鉆井安全有很大的意義。

在此前，申請人曾研發出一種基于烷基四胺的頁巖抑制劑，其使用性能能夠滿足對大部分復雜頁巖地層的使用，而對于部分泥頁巖，采用烷基六胺抑制性能會更好，對鉆井液的流變性影響較小，平衡了抑制性與流變性的矛盾。烷基六胺具有超支化聚合物的特點，低粘度，高溶解性，因此對鉆井液的流變性幾乎沒有影響。然而一般的超支化聚合物分子量在幾千以上，其空間構象復雜，不能插入蒙脫土的晶層間。通過有機合成的樹枝狀烷基胺恰好克服了超支化聚合物的的缺點，樹枝狀烷基胺的分子量介于200～400之間。相對于超支化聚合物的分子量，樹枝狀烷基胺分子量屬于超低分子量范疇。超低分子量的樹枝狀烷基六胺不僅具有低粘度，高溶解性，對鉆井液的流變性幾乎沒有影響，而且超低分子量的樹枝狀烷基六胺能插入蒙脫土的層間，抑制蒙脫土的水化膨脹。合成樹枝狀烷基胺，如果依然采用之前的方法，會難以得到制得烷基六胺所需的6個取代基，需要對其工藝進行進一步的改良。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種超低分子量樹枝狀烷基六胺頁巖抑制劑的合成方法，其所制得的產品配制而成的鉆井液添加劑能完全滿足各種復雜井況的鉆井需求，有效降低由于泥頁巖水化分散發生井壁不穩定的問題；本發明所提供的合成方法可靠、合成產率較高、原料價格便宜、生產成本低廉、產品安全環保，適合大規模工業化生產。

本發明的技術方案如下：

一種超低分子量樹枝狀烷基六胺的合成方法，步驟如下：

S1、甲烷三羧酸三乙酯的合成、

在容器中依次加入氧化鎂、甲苯、丙二酸二乙酯和氯甲酸乙酯并混合均勻，在75～90℃環境下回流反應，然后緩慢冷卻到5℃形成固體懸浮物，加入常溫純水到固體懸浮物慢慢在容器底部形成沉淀物，去除容器中液相部分，將沉淀用乙醚洗滌然后過濾，然后使用鹽酸溶解并中和沉淀物，再使用無水乙醚進行萃取，合并有機相；將有機相洗滌后，干燥并蒸發，得到甲烷三羧酸三乙酯制品；

S2、六酯的合成、

將金屬鈉溶解在絕對乙醇中，然后加入到含甲烷三羧酸三乙酯的絕對乙醇溶液中反應1h，抽濾并洗滌然后真空干燥得到甲烷三羧酸三乙酯鈉鹽，并溶解在苯和DMF的混合溶液中，再在40～45℃環境下逐滴加入烷基二溴，升溫至85～95℃回流反應24h，冷卻后加入苯，依次用純水和飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，然后干燥、過濾、蒸餾，得到六酯產品；

S3、六酰胺的合成、