[發明專利]一種鉆井液用超支化有機硅抑制劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201911281714.3
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN112980403B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 褚奇
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: C09K8/035
• 分類號: C09K8/035;C08G73/02
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙) 11550
• 代理人: 馬營營

本發明公開了一種鉆井液用超支化有機硅抑制劑及其制備方法，所述超支化有機硅抑制劑是將超支化聚乙烯亞胺的端胺基部分接枝硅氧烷和疏水基團，得到的所述超支化有機硅抑制劑。所述硅氧鍵可以實現與黏土的結合，而所述疏水基團可以賦予抑制劑一定的疏水性。本發明提供的超支化有機硅抑制劑可與水敏性黏土礦物發生牢固的化學吸附，可有效抑制水敏性黏土礦物的水化膨脹和水化分散。同時，引入的疏水基團提高了分子膜的疏水性，增加了黏土顆粒與水分子之間的排斥作用，延遲了水分子進入黏土內部的時間，而在實際的鉆井施工中，延遲水敏性黏土礦物的水化時間，為水敏性巖屑的通過振動篩篩除提供了有利條件，這對于維護鉆井液的性能提供了有利條件。

技術領域

本發明屬于油田化學助劑領域，涉及鉆井液用有機硅抑制劑，特別地，涉及一種鉆井液用超支化有機硅抑制劑及其制備方法。

背景技術

在鉆井工程中，泥頁巖地層中的水敏性黏土礦物即會水化膨脹和水化分散，從而導致泥包鉆頭、縮徑、垮塌掉塊等一系列的井下負責情況，這就對鉆井液的抑制性提出了更高的要求。常用的鉆井液抑制劑包括KCl、NH₄Cl、HCOOK、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺鉀鹽、聚合醇和聚胺等。其中，聚胺被公認為是效果較佳的抑制劑品種。

聚胺抑制劑的相對分子質量和陽離子度對頁巖的抑制性能具有較大影響。當聚胺抑制劑的相對分子質量較小時，聚胺抑制劑分子嵌入黏土層間，通過靜電吸附和氫鍵作用，將相鄰的黏土片層束縛在一起，阻礙了黏土的層間距的增大，在性能上表現為抑制水化膨脹，這與KCl的抑制機理相似。

隨著聚胺抑制劑相對分子質量的增大，由于聚胺抑制劑分子直徑超過了黏土的層間距，導致進入黏土晶層間替換可交換陽離子的分子數減少，則更多的聚胺抑制劑分子通過靜電吸附和氫鍵作用將黏土包被，阻礙鉆井液中水分子侵入黏土的進程，在性能上表現為抑制水化分散，這與聚丙烯酰胺的抑制機理相似。但無論哪種作用機理，聚胺抑制劑與黏土之間的吸附作用是抑制劑發揮抑制效果的基礎。

自Flory在上世紀50年代初提出超支化聚合物這個概念以來，作為一種具有高度分支拓撲結構的樹枝狀聚合物，已經被引入到鉆井液助劑領域中被作為鉆井液抑制劑來使用，且表現出良好的抑制效果。2016年，Ferreira C.C.等在《Applied Clay Science》第132卷中發表的《Partially hydrophobized hyperbranched polyglycerols as non-ionicreactive shale inhibitors for water-based drilling fluids》中，采用丙三醇、甲基丙烯酸甲酯、三羥甲基丙烷和長鏈環氧化物為原料，制得了疏水型的超支化聚醚甘油抑制劑，其抑制性能優良，且與KCl具有良好的協同增效性。

中國專利CN106520085A公開了一種樹枝狀聚醚泥頁巖抑制劑及其制備方法與應用，所述樹枝狀聚醚泥頁巖抑制劑是由端胺基樹枝聚合物與環氧烷烴反應得到的，其實質是將伯胺基替換成羥基，并引入醚氧基。羥基、醚氧基與胺基同為吸附基團，羥基、醚氧基與黏土的吸附則是通過氫鍵吸附來實現的，仍屬于物理吸附。該專利并沒有對該泥頁巖抑制劑的抗溫性進行評價，也沒有評價高溫對吸附量的影響程度，只是指出該抑制劑的抑制性能優于常規的泥頁巖抑制劑KCl。

2018年宣揚等在《中國石油大學學報(自然科學版)》第41卷第6期中發表的《超支化聚乙烯亞胺作為鉆井液頁巖抑制劑研究》中首次公開了超支化聚乙烯亞胺可以作為鉆井液抑制劑，研究表明，相對分子質量最低的和最高的超支化聚乙烯亞胺的作用效果最佳。通過作用機理分析，相對分子質量最低的超支化聚乙烯亞胺主要是通過插層作用來減小黏土層間距的增大，從而有效抑制了黏土的水化膨脹；相對分子質量較高的超支化聚乙烯亞胺主要是通過架橋作用，即包被作用來抑制黏土的水化分散的。根據超支化聚乙烯亞胺的分子結構特點，超支化聚乙烯亞胺與黏土之間的相互作用主要是通過靜電吸附和氫鍵吸附來實現的，這與常規的聚胺抑制劑相同。文獻沒有對超支化聚乙烯亞胺高溫條件下的抑制性能進行評價。