CN105086955A - 水基钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水基钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法，该抑制剂的结构式为：其中，n＝0，1，2，3；m＝100～200；R1为-CH3，-CH2CH3，或者-CH2CH2OH。该水基钻井液用聚胺抑制剂的制备方法为先将多胺基有机化合物与水混合，然后缓慢加入环氧氯丙烷，反应，再加入链增长终止剂，待反应完成后冷却至室温，得到所述水基钻井液用聚胺抑制剂。该水基钻井液用聚胺抑制剂具有良好的页岩抑制性，在180℃条件下能正常使用；制备方法简单，易于实现。

Description

水基钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油、天然气、煤层气勘探开发领域，特别涉及一种水基钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法。
背景技术
钻井是油气资源勘探开发的必要手段。在钻井过程中，井壁失稳问题时有发生，尤其是在泥页岩地层，井壁垮塌问题非常频繁，据统计因泥页岩导致的井壁失稳问题占井壁失稳发生率的90％以上。所以，一直以来人们在不断的寻找控制泥页岩井壁失稳的方法。
油基钻井液是目前解决泥页岩井壁失稳问题最可靠办法，原因在于油基钻井液不会引起井壁水化膨胀，国内目前在页岩气开发中应用较为广泛。但油基钻井液成本高，环境污染较为严重，因此，很难广泛应用。水基钻井液是应用最广泛的钻井液体系，克服水基钻井液易引起泥页岩井壁失稳问题是石油领域科学技术人员的研究目标，目前在这方面的研究已初见成效。研究出的方法主要分为三种：(1)利用微纳米封堵技术封堵硬脆性泥页岩的孔隙裂缝，阻止钻井液浸入；(2)利用活度理论，降低钻井液水活度，实现地层水反渗透；(3)增强泥页岩微观结构中的层间作用力，阻止水向泥页岩层间插入。
胺基能与粘土结合，是增强页岩层间作用力的有效官能团。聚胺分子中具有很多活性胺点，有足够长的链桥接在黏土表面。在实际应用中聚胺的页岩抑制效果非常显著，可有效改善水基钻井液引起井壁失稳问题。目前已有多项关于聚胺抑制剂结构或制备方法的发明专利公开，如CN201110334894.4、CN201110340245.5、CN201110356922.2、CN201110392249.8、CN201410345892.9，但是现有方法制得产品的页岩抑制效果、耐高温性能尚不能尽如人意。
发明内容
本发明的第一个目的在于：提供一种水基钻井液用聚胺抑制剂，其具有良好的页岩抑制性，在180℃条件下能正常使用。
本发明的第二个目的在于：提供上述水基钻井液用聚胺抑制剂的制备方法。
为此，本发明的技术方案如下：
一种水基钻井液用聚胺抑制剂，其结构式如下：
其中，n＝0，1，2，3，取决于选用的多胺基有机化合物；m＝100～200，代表聚胺的聚合度；R1为-CH3，-CH2CH3，或者-CH2CH2OH。
所述水基钻井液用聚胺抑制剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将多胺基有机化合物与水按照质量比1:1～4混合，在搅拌条件下缓慢加入环氧氯丙烷，反应过程中放热，控制反应温度为50～80℃；所述多胺基有机化合物与环氧氯丙烷的添加量的摩尔比为0.98～1.02；所述多胺基有机化合物指乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺；
2)待所述环氧氯丙烷加入完毕后，在70～80℃条件下反应2～4h；
3)加入链增长终止剂，在70～80℃条件下继续反应1～2h，冷却至室温，得到所述水基钻井液用聚胺抑制剂；所述链增长终止剂与多胺基有机化合物的摩尔比为1:5～20；
所述链增长终止剂为二乙胺、二乙醇胺或者质量分数为30～40％的二甲胺水溶液。
所述水基钻井液用聚胺抑制剂的制备方法的化学反应式如下：
其中，n＝0，1，2，3，取决于选用的多胺基有机化合物；m＝100～200，代表聚胺的聚合度；R1为-CH3，-CH2CH3，或者-CH2CH2OH。
进一步，所述环氧氯丙烷的加入时间控制在30-60min。
优选，制备所述水基钻井液用聚胺抑制剂的反应是在具有加热、冷却双功能的反应釜中进行的。
采用上述方法制得的聚胺分子结构为长链结构，分子中具有多个与粘土结合位点，即胺基、羟基，分子中的胺基基团可进入粘土层间或吸附粘土表面，形成多点吸附，牢牢的将粘土束缚住，分子中的羟基也可以通过氢键来增强聚胺抑制剂与粘土的作用。页岩滚动回收实验结果显示，产品表现出优越的抑制性能和抗温性能，在加量为1％情况下，页岩滚动回收率大于90％，抗温达180℃。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案进行描述。
实施例1
在容量为50L的双层玻璃反应釜中加入6.01kg乙二胺和18kg水混合，在搅拌条件下缓慢加入9.25kg环氧氯丙烷，反应过程中放热，在夹层中通入循环冷却水，控制反应温度不超过80℃，45min内加完环氧氯丙烷，不断搅拌，当温度回落至50℃时开始加热，控温反应温度为75～80℃，反应2h后加入1.05kg二乙醇胺，继续反应2h，冷却至室温，得淡黄色粘稠液体，即为所述水基钻井液用聚胺抑制剂。所得聚胺抑制剂分子结构简式如下：
实施例2
在容量为50L的双层玻璃反应釜中加入7.31kg三乙烯四胺和14kg水混合，在搅拌条件下缓慢加入4.63kg环氧氯丙烷，反应过程中放热，在夹层中通入循环冷却水，控制反应温度不超过80℃，30min内加完环氧氯丙烷，不断搅拌，当温度回落至50℃时开始加热，控温反应温度为70～73℃，反应3h后加入0.50kg质量分数为30％的二甲胺水溶液，继续反应1.8h，冷却至室温，得淡黄色粘稠液体，即为所述水基钻井液用聚胺抑制剂。所得聚胺抑制剂的分子结构简式如下：
实施例3
在容量为50L的双层玻璃反应釜中加入9.45kg四乙烯五胺和20kg水混合，在搅拌条件下缓慢加入4.63kg环氧氯丙烷，反应过程中放热，在夹层中通入循环冷却水，控制反应温度不超过80℃，35min内加完环氧氯丙烷，不断搅拌，当温度回落至50℃时开始加热，控温反应温度为74～77℃，反应2h后加入0.24kg二乙胺，继续反应1.8h，冷却至室温，得淡黄色粘稠液体，即为所述水基钻井液用聚胺抑制剂；所得聚胺抑制剂的分子结构简式如下：
性能测试：
测试方法：所用岩屑为滨深24-5-27井3228-3546m井段的岩屑。将聚胺产品配置成1％的水溶液，取6-10目的岩屑40g，将聚胺水溶液和岩屑放在同一老化罐中，在一定温度下热滚16h后，筛取40目岩屑，105±3℃烘干后计算岩屑滚动回收率，实验结果如下表所示。
聚胺的岩屑滚动回收抑制性能评价
根据上述数据可知，本发明得到的聚胺抑制剂具有良好的稳定页岩性能和抗温性能，加量为1wt.％的情况下页岩滚动回收率均在90％以上，抗温达180℃。

Claims (4)

1.一种水基钻井液用聚胺抑制剂，其特征在于结构式如下：
其中，n＝0，1，2，3；m＝100～200；R1为-CH3，-CH2CH3，或者-CH2CH2OH。
2.如权利要求1所述水基钻井液用聚胺抑制剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将多胺基有机化合物与水按照质量比1:1～4混合，在搅拌条件下缓慢加入环氧氯丙烷，控制反应温度为50～80℃；
所述多胺基有机化合物与环氧氯丙烷的添加量的摩尔比为0.98～1.02；
所述多胺基有机化合物指乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺；
2)待所述环氧氯丙烷加入完毕后，在70～80℃条件下反应2～4h；
3)加入链增长终止剂，在70～80℃条件下继续反应1～2h，冷却至室温，得到所述水基钻井液用聚胺抑制剂；
所述链增长终止剂与多胺基有机化合物的摩尔比为1:5～20；
所述链增长终止剂为二乙胺、二乙醇胺或者质量分数为30～40％的二甲胺水溶液。
3.如权利要求2所述制备方法，其特征在于：所述环氧氯丙烷的加入时间控制在30-60min。
4.如权利要求2所述制备方法，其特征在于：制备所述水基钻井液用聚胺抑制剂的反应是在具有加热、冷却双功能的反应釜中进行的。
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