CN102504065A

CN102504065A - 一种钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102504065A
Application number: CN2011103569222A
Authority: CN
Inventors: 徐鸿志; 宋有胜; 王宇宾; 郝志伟; 汤发明; 王雪莹
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Offshore Engineering Co Ltd; CNPC Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Offshore Engineering Co Ltd; CNPC Research Institute of Engineering Technology; CNPC Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明涉及一种钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法；将起始剂和敷酸剂置于反应器中，在常压及氮气保护下，向反应器中滴加磺酰化剂，进行磺酯化反应，反应时间为10～12小时，磺酯化温度为0～30℃，将反应物过滤，将滤液溶于水中，待静止分相后，取下层液体，减压蒸馏去除水，得端磺基酯化物；将端磺基酯化物滴加到装有胺化剂和沉淀剂的反应釜中进行胺化反应，反应2～3小时，胺化温度为70～90℃，将产物过滤，减压蒸馏脱除溶剂，得聚胺抑制剂；该添加剂适用于多种水基钻井液，能够很好的控制泥页岩的水化分散，有效降低由于泥页岩水化分散带来的钻井液增稠、钻井液性能恶化等问题，为实现安全高效钻井提供一定的保障。

Description

一种钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种适用于水基钻井液，能有效防止钻井过程中粘土矿物水化分散的钻井液用抑制剂—聚胺抑制剂的合成方法。

背景技术

钻井过程中泥页岩中粘土矿物的水化分散作用是导致井眼缩径、井壁垮塌的主要原因，同时岩屑分散引起钻井液粘土含量过高、亚微米颗粒增多、从而导致钻井液增稠、性能恶化，极易引发起下钻遇阻、卡钻等井下复杂事故，极大的增加了钻井作业的成本和难度。因此钻井液高效抑制剂一直是近几年的研究热点，由此而研究出以抑制粘土分散为主的各种泥页岩抑制剂，如聚醚多元醇、有机硅酸盐、正电胶、阳离子聚合物、甲基葡萄糖甙等。但是，这些页岩抑制剂在钻遇高水敏性、强分散、蒙脱石含量高的泥页岩时，仍然不能很好的抑制泥页岩的水化膨胀，甚至一些处理剂达不到储层保护和环保的要求。

因此，在充分考虑页岩抑制剂的分子结构、官能团设计、匹配性、耐温性、抗盐抗钙性和环境保护性的基础上，研制合成出一种新型胺基聚合物高效抑制剂，对于提高勘探开发的进度与成功率，油气井工程的井下安全、井壁稳定、储层保护和环境保护均具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种水基钻井液用抑制剂，对粘土矿物水化分散和膨润土造浆具有良好的抑制作用的聚胺抑制剂的合成方法。该添加剂加入钻井液体系后，能够利用其独特分子大小和官能基团，通过吸附作用、离子交换作用等将粘土片层紧紧吸附在一起，避免水分子进入，从而抑制其水化分散。能有效解决或避免由于泥页岩水化分散引起钻井液粘土含量过高、亚微米颗粒增多，从而导致钻井液增稠、性能恶化，引发的起下钻遇阻、卡钻等井下复杂事故。

本发明可采用的技术方案是：该聚胺抑制剂可由起始剂和磺酰化剂进行反应，制得中间产物端磺基酯化物；将端磺基酯化物与胺化剂进一步反应，将端磺基置换成端胺基，制得聚胺抑制剂。

具体合成方法为：

(1)将起始剂和敷酸剂装入带有搅拌、冷却和回流装置的反应器中，搅拌30min，向反应器中滴加磺酰化剂，进行反应，控制反应温度为0～30℃，在常压氮气保护条件下，反应10～12小时，将所得反应物过滤，滤液溶于水中，待静止分相后，取下层液体，减压蒸馏去除水，即可获得端磺基酯化物。起始剂进行磺酯化反应的通式为：

其中：R为H、CH₃中的一种；L为5～15；

所说的起始剂为羟端基聚烯烃；所说的敷酸剂为吡啶、碳酸钠或三乙胺；所说的磺酰化剂为甲苯磺酰氯或甲基磺酰氯中的一种；起始剂和磺酰化剂的摩尔比为1∶1～5；起始剂和敷酸剂的摩尔比为1∶2～5。

(2)将第一步反应合成的端磺基酯化物进行胺化反应的通式为：

其中：R₁为H、CH₃中的一种；L为5～15；

胺化反应过程为：在一带有搅拌、加热和冷凝回流装置的反应器中，加入胺化剂和沉淀剂，搅拌30min，加热到70～90℃后，向此混合液滴加第一步反应得到的中间产物，在氮气保护下，反应2～3小时，反应结束后，将下层的粘稠状液体去除，留上层液体，将其溶解于水中，待分相后，将下层液体减压蒸馏，即得到最终产物。

所说的胺化剂其结构通式为：

其中，R₁为C_nH_2n、C_nH_nN-中的一个；R₃、R₂分别为H、CH₃、OH中的一个，Y为HO、H、CH₃、-N-R₃-R₄中的一个；n＝2～6。

常用的胺化剂有哌嗪、丁胺、乙二胺、异丙醇胺等中的一个；常用的沉淀剂为甲苯、苯、环己烷或DMF。端磺基酯化物和胺化剂的摩尔比为1∶2～4；沉淀剂和端磺基酯化物的体积比为3～2∶1。

本添加剂的优点及有益结果：

1.抗温150℃，高温流变性能好，抑制性强，能有效抑制高活性泥页岩水化造浆，防止活性泥岩、易膨胀裂缝性泥页岩水化分散、膨胀坍塌；避免由于岩屑进入钻井液造成的钻井液增稠、亚微米颗粒增多等问题，保证钻井液良好的性能，同时有利于井眼清洁。

2.抗盐性强，可以用于不同浓度的盐水配方；抗各种极度污染(海水、活性泥岩等)，且生物无毒，满足海洋排放标准。

3.配伍性能好，可与其他添加剂一起形成活性泥页岩快速钻井液体系，用于解决活性泥页岩钻井过程中出现的井眼缩径、井壁垮塌、钻头泥包、起下钻不畅、卡钻等井下复杂问题，确保活性泥页岩安全、快速、高效钻井。

具体实施方式

实施例1：

取羟端基聚丁二烯(分子量2000)60g，对甲苯磺酰氯58g，吡啶69.2g加入三口烧瓶内，维持温度20℃左右，搅拌溶解。反应时间为13小时。反应完成后过滤，得浅黄色液体，将其溶于水中，待静止分相后，取下层液体，减压蒸馏去除水，即可获得端磺基酯化物。取另一三口烧瓶(有搅拌回流装置)，加入间苯二胺32.5g，沉淀剂甲苯90ml，升温到85℃，开始回流，滴加入上述酯化液，反应2小时后，冷却、过滤得浅黄色液体，减压蒸馏脱去溶剂和间苯二胺，即得聚胺抑制剂。

其总反应产率为92.6％，粘度为10.2mPa.S。

实施例2：

取羟端基聚丁二烯(分子量1000)40g，甲基磺酰氯100g，碳酸钠120g加入三口烧瓶内，维持温度10℃左右，搅拌溶解。反应时间为11小时。反应完成后过滤，将滤液溶于水中，待静止分相后，取下层液体，减压蒸馏去除水，即得端磺基酯化物。取另一三口烧瓶(有搅拌回流装置)，加入聚丙醇二胺90.2g，沉淀剂DMF150ml，升温到90℃，开始回流，滴加入上述酯化液，反应3小时后，冷却、过滤得浅黄色液体，减压蒸馏脱去溶剂和聚丙醇二胺，即得聚胺抑制剂。

其总反应产率为94.3％，粘度为7.8mPa.S。

实施例3：

取羟端基聚丁二烯(分子量400)20g，甲苯磺酰氯190g，三乙胺92g加入三口烧瓶内，维持温度15℃左右，搅拌溶解。反应时间为8小时。反应完成后过滤，将滤液溶于水中，待静止分相后，取下层液体，减压蒸馏去除水，即得端磺基酯化物。取另一三口烧瓶(有搅拌回流装置)，加入丁胺56.2g，沉淀剂环己烷200ml，升温到120℃，开始回流，滴加入上述酯化液，反应2小时后，冷却、过滤得浅黄色液体，减压蒸馏脱去溶剂和丁胺，即得聚胺抑制剂。

其总反应产率为96.7％，粘度为6.4mPa.S。

Claims

1.一种钻井液用聚胺抑制剂制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

(1)将起始剂和敷酸剂置于反应器中，在常压及氮气保护下，向反应器中滴加磺酰化剂，进行磺酯化反应，反应时间为10～12小时，磺酯化温度为0～30℃，将反应物过滤，将滤液溶于水中，待静止分相后，取下层液体，减压蒸馏去除水，即获得端磺基酯化物，其反应通式为：

所述的起始剂为羟端基聚烯烃；

所述的敷酸剂为吡啶、碳酸钠或三乙胺；

所述的磺酰化剂为甲苯磺酰氯或甲基磺酰氯中的一种；

起始剂和敷酸剂的摩尔比为1∶2～5；

起始剂和磺酰化剂的摩尔比为1∶1～5；

(2)将端磺基酯化物滴加到装有胺化剂和沉淀剂的反应釜中进行胺化反应，反应2～3小时，胺化温度为70～90℃，将产物过滤，减压蒸馏脱除溶剂，即得聚胺抑制剂；

所述的胺化剂其结构通式为：

其中，R₁为C_nH_2n、C_nH_nN-中的一个；R₂、R₃分别为H、CH₃、OH中的一个，Y为HO、H、CH₃、-N-R₃-R₄中的一个；n＝2～6；

所述的沉淀剂为甲苯、苯、环己烷或DMF；

端磺基酯化物和胺化剂的摩尔比为1∶2～4；沉淀剂和端磺基酯化物的体积比为3～2∶1。

2.一种钻井液用聚胺抑制剂，其特征在于：所述的聚胺抑制剂是根据权利要求1所述的方法制备的。