CN113667461A - 抗高温超疏水泥页岩抑制剂及制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗高温超疏水泥页岩抑制剂及制备方法和应用，本发明首先制备了一种阳离子含氟硅氧烷，然后再利用该阳离子含氟硅氧烷制备获得抗高温超疏水泥页岩抑制剂。将岩心片在本发明制备的抗高温超疏水泥页岩抑制剂的1％水溶液中浸泡16h后，烘干测定接触角可达150°以上，疏水效果非常明显。对于易水化泥页岩，滚动回收率高达80％以上，在220℃条件下仍然具有较好的抑制效果。另外，由于具有SiO₂无机内核与阳离子基团，本发明制备的抗高温超疏水泥页岩抑制剂可以通过静电作用吸附在地层岩石表面，同时无机内核SiO₂可以对地层的微裂缝起到封堵作用，具有一定封堵降滤失能力。

Description

抗高温超疏水泥页岩抑制剂及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油气钻井技术领域，具体涉及阳离子含氟硅氧烷、用于脆性地层的抗高温超疏水泥页岩抑制剂及其制备方法和应用。

背景技术

泥页岩的井壁失稳是制约油气资源安全高效钻井的关键问题。大量现场实钻情况证实深部泥页岩井壁失稳的形式多为坍塌掉块、钻具遇阻等井下复杂情况，严重制约着安全高效经济钻井。

目前，泥页岩地层的水化抑制技术主要包括：1)根据活度平衡理论，利用泥页岩的半透膜性质，使用低活度钻井液降低水的侵入；2)根据泥页岩类型，使用无机盐、有机胺(或有机硅)等抑制剂，增强协同抑制性能。现有水化抑制技术对复杂泥页岩地层抑制能力有限，如何更好的解决泥页岩的水化是要解决的关键技术问题。

表面水化是短距离范围内的粘土与水的相互作用，驱动力是页岩表面自由能，引起的泥页岩膨胀量虽小，但是膨胀压极大，是导致井壁失稳不可忽视的重要因素。泥页岩表面水化的重要原因是其自身的亲水性，改变页岩表面润湿性可以降低页岩表面的亲水性，减弱页岩表面水分子的吸附能力，抑制页岩表面水化。同时改变页岩表面润湿性可以使泥页岩对水分子的毛细管引力大大降低，以减弱水侵入地层的趋势。因此，研制一种可有效改变泥页岩表面润湿性、成本低廉、合成工艺简单等的抑制剂是解决井壁失稳问题的有效途径。

在申请号为201610937073.2的中国专利申请中公开了一种钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与应用，并具体公开了制备步骤为1)醇类溶剂、有机溶剂和氟硅偶联剂混合制成底液；2)将正硅酸乙酯与醇类溶剂混合，作为第一部分溶液，将碱性溶液混合作为第二部分溶液；3)将第一部分和第二部分溶液加入至1)中，使其与底液混合，进行反应，即制得钻井液用纳米封堵剂。合成封堵剂过程中未加入阳离子单体；其次，封堵剂中的SiO₂是由正硅酸乙酯作为硅源提供。在申请号为201810166488.3的中国专利申请中公开了一种超双疏型复合材料和在水基钻井液中作为抑制剂、润滑剂和油气层保护剂的应用，并具体公开了在碱性条件下，在醇水混合溶剂中，将纳米TiO₂和纳米SiO₂进行第一次混合，得到分散液；而后将含氟硅偶联剂移入至所述纳米TiO₂和纳米SiO₂的分散液中进行第二次混合，对纳米TiO₂和纳米SiO₂表面进行改性，即制得水基钻井液用抑制剂、润滑剂和油气层保护剂，但其含氟硅偶联剂不具有阳离子特性。地层矿物表面一般带负电，阳离子的引入可以增强与地层之间的相互作用，高温高矿化度条件下不易由于解吸附弱化抑制效果。

发明内容

本发明针对于复杂泥页岩地层钻井过程中遇到的井壁垮塌等井壁失稳技术难题，提供了一种超疏水泥页岩抑制剂，可以高效减弱泥页岩地层的表面水化作用，此外其纳米粒度可对地层的微裂缝进行封堵，降低钻井液的侵入和压力传递，达到稳定井壁的效果。

一种阳离子含氟硅氧烷的制备方法，包括：

1)将含氟酯类单体和硅烷偶联剂于惰性氛围下恒温搅拌反应；

2)步骤1)反应完成后加入乳化剂和阳离子单体，继续恒温搅拌反应，即得阳离子含氟硅氧烷。

在根据本发明的一个实施方案中，含氟酯类单体选自丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；

硅烷偶联剂选自KH550、KH570、KH560或KH540中的一种；

阳离子单体选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)中的一种；

乳化剂选自吐温-60、吐温-80或吐温-40中的一种；

优选地，含氟酯类单体、硅烷偶联剂、乳化剂和阳离子单体的质量比为2-10:0.5-6:1:3-16；

更优选地，步骤1)中搅拌转速为200r/min、反应温度为55℃；优选地，恒温恒转速反应15h。

进一步优选地，步骤2)中搅拌转速为300r/min、反应温度为65℃，优选地，恒温恒转速反应4h。

本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷；

优选地，所述阳离子含氟硅氧烷结构式为式Ⅰ

本发明进一步提供了一种用于脆性地层的抗高温超疏水泥页岩抑制剂的制备方法，包括：

a)将权利要求1所述的或根据权利要求2或3制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷与分散于乙醇溶液中的纳米SiO₂于pH值3-5、70℃条件下进行反应；优选地，反应时间为4h；

b)反应完成后离心分离固相，将固相于烘干箱中105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，即得抗高温超疏水抑制剂。

在根据本发明的一个实施方案中，步骤a)中所述分散于乙醇溶液中的纳米SiO₂是通过包括下述步骤的方法制备的：

将纳米SiO₂和体积分数98％的乙醇溶液混合，以搅拌速度200r/min，搅拌30min，然后超声处理30min，即得分散于乙醇溶液中的纳米SiO₂。

在根据本发明的一个实施方案中，纳米SiO₂和阳离子含氟硅氧烷的质量比为0.5-3.2:1；优选地，纳米SiO₂和乙醇溶液质量比为1：10。

本发明还提供了根据上述的制备方法制备得到的抗高温超疏水抑制剂；

优选地，所述抗高温超疏水抑制剂结构式如式Ⅱ所示：

本发明进一步提供了上述抗高温超疏水抑制剂在制备水基钻井液中的应用。

本发明的再一方面提供了含有上述的抗高温超疏水抑制剂的水基钻井液；

优选地，所述水基钻井液还含有基浆；

更优选地，所述基浆为膨润土基浆；

进一步优选地，所述膨润土基浆是通过包括下述步骤的方法制备的：在800r/min的搅拌速度下，依次向其中加入适量的钻井液配浆用膨润土和无水Na₂CO₃，然后于室温下密封水化24h，即得；

再优选地，所述抗高温超疏水抑制剂的含量为0.01-0.02g/ml。

本发明进一步提供了上述的水基钻井液在油气钻井中的应用。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明利用阳离子含氟材料对纳米SiO₂进行功能化疏水改性，其中阳离子可以通过静电引力吸附在地层岩石上。纳米颗粒可以对岩石表面进行改性，增大水相接触角，纳米颗粒表面的疏水结构和含氟成分进一步降低表面自由能增大接触角。

本发明提供的超疏水抑制剂通过静电作用吸附在地层岩石表面后，长链含氟基团会裸露在表面，从而提高岩石表面的疏水性，岩心片在1％抑制剂水溶液中浸泡16h后，烘干测定接触角可达140°以上，疏水效果非常明显。疏水性的提高大大降低了岩石表面的自由能，降低了亲水性和吸水能力，从而达到降低表面水化的效果。

本发明提供的超疏水抑制剂具有SiO₂无机内核与阳离子基团，可以通过静电作用吸附在地层岩石表面，同时无机内核SiO₂可以对地层的微裂缝起到封堵作用，具有一定降滤失能力。

本发明提供的抑制剂中含有无机内核SiO₂以及碳碳双链，可以显著提高抑制剂的抗温能力，温度达到220℃，抑制剂仍然有优异性能。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明利用阳离子含氟材料对纳米SiO₂进行功能化疏水改性，其中阳离子可以通过静电引力吸附在地层岩石上。纳米颗粒可以对岩石表面进行改性，增大水相接触角，纳米颗粒表面的疏水结构和含氟成分进一步降低表面自由能增大接触角。

制备流程示例如下：

1)阳离子含氟硅氧烷的制备：

将2-5g含氟酯类单体、0.5-3g硅烷偶联剂依次加入到安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，设置搅拌速度200r/min、温度55℃，在氮气的保护下，恒温恒转速反应15h。15h后向烧杯中加入乳化剂0.5-1g，3-8g阳离子单体，增加转速至300r/min、温度至65℃，恒温恒转速反应4h，得到阳离子含氟硅氧烷。

反应式：

2)改性纳米SiO₂的制备：

将纳米SiO₂和体积分数为98％的乙醇溶液以质量比为1：10加入到三口烧瓶中，纳米SiO₂和乙醇溶液的总质量为20-35g，设置搅拌速度200r/min，搅拌30min，超声处理30min；随后加入质量1-3.5g阳离子含氟硅氧烷，调节体系pH值为3-5，在70℃反应4h。

反应式：

3)反应完成后，将反应液离心分离固相，在烘干箱中于105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，得到改性纳米SiO₂，即制得抗高温超疏水抑制剂。

其中：

含氟酯类单体为丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯中的1种；

硅烷偶联剂为KH550、KH570、KH560、KH540中的一种；

阳离子单体为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)的中的1种；

乳化剂：选取吐温-60、吐温-80、吐温-40乳化剂的1种。

实施例1：

所采取的技术方案是：

1)阳离子含氟硅氧烷的制备：将4g丙烯酸十三氟辛酯、2g KH550依次加入到安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，设置搅拌速度200r/min、温度55℃，在氮气的保护下，恒温恒转速反应15h。15h后向烧杯中加入吐温800.7g，6g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，增加转速至300r/min、温度至65℃，恒温恒转速反应4h，得到阳离子含氟硅氧烷；

2)改性纳米SiO₂的制备：将纳米SiO₂和体积分数为98％的乙醇溶液以质量比为1：10加入到三口烧瓶中，纳米SiO₂和乙醇溶液的总质量为28g，设置搅拌速度200r/min，搅拌30min，超声处理30min；随后加入1.68g阳离子含氟硅氧烷，调节体系pH值为4，在70℃反应4h。

3)反应完成后，将反应液离心分离固相，在烘干箱中于105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，得到改性纳米SiO₂，即制得抗高温超疏水抑制剂。

实施例2

所采取的技术方案是：

1)阳离子含氟硅氧烷的制备：将2g丙烯酸十三氟辛酯、2g KH550依次加入到安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，设置搅拌速度200r/min、温度55℃，在氮气的保护下，恒温恒转速反应15h。15h后向烧杯中加入吐温800.7g，6g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，增加转速至300r/min、温度至65℃，恒温恒转速反应4h，得到阳离子含氟硅氧烷；

2)改性纳米SiO₂的制备：将纳米SiO₂和体积分数为98％的乙醇溶液以质量比为1：10加入到三口烧瓶中，纳米SiO₂和乙醇溶液的总质量为28g，设置搅拌速度200r/min，搅拌30min，超声处理30min；随后加入1.68g阳离子含氟硅氧烷，调节体系pH值为4，在70℃反应4h。

3)反应完成后，将反应液离心分离固相，在烘干箱中于105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，得到改性纳米SiO₂，即制得抗高温超疏水抑制剂。

实施例3：

所采取的技术方案是：

1)阳离子含氟硅氧烷的制备：将4g丙烯酸十三氟辛酯、2g KH550依次加入到安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，设置搅拌速度200r/min、温度55℃，在氮气的保护下，恒温恒转速反应15h。15h后向烧杯中加入吐温800.7g，3g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，增加转速至300r/min、温度至65℃，恒温恒转速反应4h，得到阳离子含氟硅氧烷；

2)改性纳米SiO₂的制备：将纳米SiO₂和体积分数为98％的乙醇溶液以质量比为1：10加入到三口烧瓶中，纳米SiO₂和乙醇溶液的总质量为28g，设置搅拌速度200r/min，搅拌30min，超声处理30min；随后加入1.68g阳离子含氟硅氧烷，调节体系pH值为4，在70℃反应4h。

3)反应完成后，将反应液离心分离固相，在烘干箱中于105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，得到改性纳米SiO₂，即制得抗高温超疏水抑制剂。

实施例4：

所采取的技术方案是：

1)阳离子含氟硅氧烷的制备：将4g丙烯酸十三氟辛酯、2g KH550依次加入到安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，设置搅拌速度200r/min、温度55℃，在氮气的保护下，恒温恒转速反应15h。15h后向烧杯中加入吐温800.7g，6g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，增加转速至300r/min、温度至65℃，恒温恒转速反应4h，得到阳离子含氟硅氧烷；

2)改性纳米SiO₂的制备：将纳米SiO₂和体积分数为98％的乙醇溶液以质量比为1：10加入到三口烧瓶中，纳米SiO₂和乙醇溶液的总质量为21g，设置搅拌速度200r/min，搅拌30min，超声处理30min；随后加入1.68g阳离子含氟硅氧烷，调节体系pH值为4，在70℃反应4h。

3)反应完成后，将反应液离心分离固相，在烘干箱中于105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，得到改性纳米SiO₂，即制得抗高温超疏水抑制剂。

实施例5：

如实施例1所述，所不同的是增加阳离子含氟硅氧烷的加量至3.5g；

实施例6：

如实施例1所述，所不同的是调整体系的pH为5。

对比例1：

如实施例1所述，所不同的是合成含氟硅氧烷不加阳离子单体；

对比例2：

如实施例1所述，所不同的是调整体系的pH为7；

对比例3：

如实施例1所述，所不同的是改性纳米SiO₂的制备过程中不加入阳离子含氟硅氧烷。

实施例7性能评价方法

对制备的抑制剂进行以下性能评价：

1、抑制剂对钻井液流变参数和常温常压滤失量的影响

1)基浆的配制：

首先，量取5000mL自来水倒入到配浆桶中，在800r/min的搅拌速度下，依次向其中加入200g钻井液配浆用膨润土和7g无水Na₂CO₃，然后在室温下密封水化24h，即完成4％膨润土基浆的配制。

2)实施例和对比例样品配制：

取9份上述配制完成的基浆各400mL，分别依次加入4g实施例与对比例样品，在4000r/min条件下搅拌20min。

3)性能测试：

根据美国石油协会标准(API RP 13B-1,2009)测试加入实施例与对比例样品的基浆的流变参数和常温常压滤失量，实验结果见表2。

2、接触角测试

取质地相同的泥页岩岩心片(四川露头页岩)9片，配制实施例和对比例样品的1％水溶液各350mL，将岩心片分别置于各溶液中，装入到老化罐中，在滚子炉中于180℃热滚16h，取出冷却在烘干箱中于105℃下烘干至恒重，随后使用光学接触角测定仪(OCA-25，德国Dataphysics)，测定各个岩心片的水接触角。实验结果如表3所示。

3、岩石表面自由能

根据Van Oss等人提出的LW-AB法(三液法)，使用三种不同液体(去离子水、甘油、二碘甲烷)对处理过的岩心片进行接触角测试，联立方程(1)和(2)得出岩心片表面的表面自由能，各流体的表面能参数如表1所示，实验结果如表4所示。

式中：

固气界面非极性作用分量；

固气界面电子受体分量；

固气界面电子给体分量；

液气界面非极性分量；

液气界面电子受体分量；

液气界面电子给体分量。

表1典型测试流体表面能参数

4、页岩滚动分散实验

配制实施例和对比例样品1％水溶液350mL各一份，移入到老化罐中，称取9份6-10目泥页岩各50g，加入到老化罐中，在滚子炉中于180℃下热滚16h，冷却至室温，老化罐中液体过40目分样筛，将筛余所得岩屑洗净、置于105℃下烘干4h，称重，计算滚动回收率，实验数据如表5所示。

5、评价结果

表2基浆配伍实验结果

如表2所示，相比于基浆，加入实施例的钻井液样品的表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)都有不同程度的增加，滤失量有一定减小。相比于基浆，加入对比例的钻井液样品的表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)、动切力(YP)和滤失量基本无变化。与实施例1相比，实施例5、对比例1和对比例3的不同点为：增加阳离子含氟硅氧烷至3.5g、合成含氟硅氧烷不加阳离子单体、改性纳米SiO₂的制备过程中不加入阳离子含氟硅氧烷。实施例5中钻井液样品的流变参数(AV、PV、YP)增大，滤失性能有一定减小，这是由于阳离子含氟硅氧烷的加量增大，使得阳离子基团增多，压缩扩散双电子层，降低黏土Zeta电位，导致黏土颗粒发生絮凝，粘度和切力有一定增大；对比例1和3中阳离子基团加量明显减少甚至不加，钻井液样品的流变参数基本不发生变化，表明合成抑制剂过程中阳离子单体的加量应适量不能加量过大；合成的封堵剂中含有SiO₂无机内核，可以对微裂缝起到封堵作用，因此滤失量有一定减小。与实施例1相比，实施例6和对比例2中制备改性纳米SiO₂中体系的pH值分别增至5和7，钻井液样品的流变参数和滤失量与基浆基本一致，主要是由于pH过大，导致纳米和阳离子含氟硅氧烷水解不完全，合成的抑制剂效果不佳。与实施例1相比，实施例2中适当减小丙烯酸十三氟辛酯的加量，对于钻井液流变性能和滤失性能基本不变。

表3接触角测定实验结果

样品	接触角测定结果(°)
		原始岩心片	42
清水	21
		实施例1	155
实施例2	152
		实施例3	143
实施例4	139
		实施例5	141
实施例6	141
		对比例1	86
对比例2	93
		对比例3	82

使用不同实施例和对比例处理的岩心片接触角测定结果如表3所示，干燥岩心片的水接触角为42°，清水处理过的岩心片的水接触角为21°，表明岩石表面是强亲水的。实施例1处理的岩心片水接触角最大，达到155°。与实施例1相比，实施例2中制备阳离子含氟硅氧烷时，减小了丙烯酸十三氟辛酯的加量，氟原子含量减小，导致合成抑制剂疏水效果降低。实施例3和对比例1在制备阳离子含氟硅氧烷时，分别减少阳离子单体3-氯-2-羟丙基三甲的加量基氯化铵和不加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，岩心片的水接触角分别为143°和86°，这是由于阳离子单体的减少会使抑制剂难吸附在负电性的岩石表面，且容易脱落，因此会严重影响抑制剂的疏水性能。实施例4的实验结果表明，纳米SiO₂加量的减小导致抑制剂抗温能力减弱，水接触角减小。实施例5中增加阳离子含氟硅氧烷的加量，主要对于钻井液的流变性能有影响，对岩心片的水接触角影响不大。实施例6和对比例2中分别增加体系pH值至5和7，岩心片的水接触角降至141°和93°，这是由于pH增大导致阳离子含氟硅氧烷水解不完全，与水解后的纳米SiO₂反应不充分，影响抑制剂的性能。对比例3中在制备改性纳米SiO₂的制备过程中不加入阳离子含氟硅氧烷，岩心片的水接触角为82°，由于合成抑制剂过程中未加入阳离子含氟硅氧烷，导致抑制剂中疏水基团减少，疏水性能减弱。

表4页岩表面自由能实验结果

样品	表面自由能计算结果(γ<sub>s</sub>/J·m<sub>2</sub>)
		原始岩石	54.13
1％实施例1	2.89
		1％实施例2	5.89
1％实施例3	5.13
		1％实施例4	3.56
1％实施例5	3.72
		1％实施例6	5.64
1％对比例1	32.45
		1％对比例2	35.67
1％对比例3	34.89

不同实施例和对比例药品处理的岩心片表面自由能实验结果如表4所示，由表可知，原始岩石的表面自由能达到54.13J·m²，明显高于实施例和对比例药品处理过的岩石片，说明其表面活性大，吸水能力强。与实施例1相比，实施例2中制备阳离子含氟硅氧烷时，减小了丙烯酸十三氟辛酯的加量，导致合成抑制剂中氟原子含量的减少，疏水效果降低，降低自由能的能力减弱。实施例3和对比例1在制备阳离子含氟硅氧烷时，分别减少阳离子单体的加量和不加阳离子单体，岩石片表面自由能分别为5.13J·m²、32.45J·m²，这是由于阳离子单体的减少会使抑制剂通过静电吸附在岩石片表面的能力减弱，含氟基团和碳碳长链疏水基团在岩石表面附着力减小，岩石片表面自由能减小。实施例4的实验结果表明，纳米SiO₂加量减小，也会对岩石片表面自由能有一定影响。实施例5中增加阳离子含氟硅氧烷的加量，对岩石片表面自由能影响不大。实施例6和对比例2中分别增加体系pH值至5和7，岩石片表面自由能分别为5.64J·m²和35.67J·m²，这是由于pH增大导致阳离子含氟硅氧烷水解不完全，与水解后的纳米SiO₂反应不充分，影响抑制剂的性能。对比例3中在制备改性纳米SiO₂的制备过程中不加入阳离子含氟硅氧烷，岩石片表面自由能为34.89J·m²，由于合成抑制剂过程中未加入阳离子含氟硅氧烷，导致抑制剂中疏水基团减少，疏水性能减弱，使得疏水效果降低，降低自由能的能力减弱。

表5页岩滚动分散实验结果

表6温度对实施例1滚动回收率的影响

不同实施例和对比例药品处理的页岩滚动分散实验结果如表5所示。由表可知，清水中的页岩滚动回收率只有16.4％，实施例1的滚动回收率最高，达到86.8％。与实施例1相比，实施例2中制备阳离子含氟硅氧烷时，减小了丙烯酸十三氟辛酯的加量，导致合成抑制剂疏水效果降低，同时碳碳长链的减小会导致抑制剂抗温能力降低，泥页岩表面疏水能力降低，表面水化导致页岩回收率降低。实施例3和对比例1在制备阳离子含氟硅氧烷时，分别减少阳离子单体的加量和不加阳离子单体，页岩的滚动你回收率为77.2％、40.6％，这是由于阳离子单体的减少会使抑制剂吸附在负电性的岩石表面的能力减弱，使得含氟基团无法附着在岩石表面，岩石表面亲水性未得到很大改变，因此页岩滚动回收率会降低。实施例4的实验结果表明，纳米SiO₂加量减小，导致抑制剂抗温能力有限，页岩滚动回收率减小。实施例5中增加阳离子含氟硅氧烷的加量，对页岩滚动回收率影响不大。实施例6和对比例2中分别增加体系pH值至5和7，页岩的滚动回收率降至76.2％和39.6％，这是由于pH增大导致阳离子含氟硅氧烷水解不完全，与水解后的纳米SiO₂反应不充分，影响抑制剂的性能。对比例3中在制备改性纳米SiO₂的制备过程中不加入阳离子含氟硅氧烷，页岩的滚动回收率为42.6％，由于合成抑制剂过程中未加入阳离子含氟硅氧烷，导致抑制剂中疏水基团减少，疏水性能减弱，使得页岩表面亲水能力改变有限；由于碳碳长链的减少，导致抑制剂抗温能力有限，因此页岩的滚动回收率较低。

对于实施例1，不同温度条件下的滚动回收率均在80％以上。当温度高于120℃时，滚动回收率先下降后升高。当滚动回收温度为220℃时，滚动回收率达到了89.8％，可能是由于高温条件下抑制剂在岩石表面的吸附速度更快。

通过以上实验结果表明，本专利发明的稳定泥页岩地层的抗高温超疏水抑制剂具有以下显著的优点：优点1：合成的超疏水抑制剂通过静电作用吸附在地层岩石表面后，长链含氟基团会裸露在表面，从而提高岩石表面的疏水性，岩心片在1％抑制剂水溶液中浸泡16h后，烘干测定接触角可达140°以上，疏水效果非常明显。疏水性的提高大大降低了岩石表面的自由能，降低了亲水性和吸水能力，从而达到降低表面水化的效果。优点2：合成的超疏水抑制剂具有SiO₂无机内核与阳离子基团，可以通过静电作用吸附在地层岩石表面，同时无机内核SiO₂可以对地层的微裂缝起到封堵作用，具有一定降滤失能力。优点3：抑制剂中含有无机内核SiO₂以及碳碳双链，可以显著提高抑制剂的抗温能力，温度达到220℃，抑制剂仍然有优异性能

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种阳离子含氟硅氧烷的制备方法，其特征在于，包括：

1)将含氟酯类单体和硅烷偶联剂于惰性氛围下恒温搅拌反应；

2)步骤1)反应完成后加入乳化剂和阳离子单体，继续恒温搅拌反应，即得阳离子含氟硅氧烷。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，含氟酯类单体选自丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；

硅烷偶联剂选自KH550、KH570、KH560或KH540中的一种；

阳离子单体选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)中的一种；

乳化剂选自吐温-60、吐温-80或吐温-40中的一种；

优选地，含氟酯类单体、硅烷偶联剂、乳化剂和阳离子单体的质量比为2-10:0.5-6:1:3-16；

更优选地，步骤1)中搅拌转速为200r/min、反应温度为55℃；优选地，恒温恒转速反应15h。

进一步优选地，步骤2)中搅拌转速为300r/min、反应温度为65℃，优选地，恒温恒转速反应4h。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷；

优选地，所述阳离子含氟硅氧烷结构式为式Ⅰ

4.一种用于脆性地层的抗高温超疏水泥页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，包括：

a)将权利要求1所述的或根据权利要求2或3制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷与分散于乙醇溶液中的纳米SiO₂于pH值3-5、70℃条件下进行反应；优选地，反应时间为4h；

b)反应完成后离心分离固相，将固相于烘干箱中105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，即得抗高温超疏水抑制剂。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述分散于乙醇溶液中的纳米SiO₂是通过包括下述步骤的方法制备的：

将纳米SiO₂和体积分数98％的乙醇溶液混合，以搅拌速度200r/min，搅拌30min，然后超声处理30min，即得分散于乙醇溶液中的纳米SiO₂。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，纳米SiO₂和阳离子含氟硅氧烷的质量比为0.5-3.2:1；优选地，纳米SiO₂和乙醇溶液质量比为1：10。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法制备得到的抗高温超疏水抑制剂；

优选地，所述抗高温超疏水抑制剂结构式如式Ⅱ所示：

8.如权利要求7所述的制备方法制备得到的抗高温超疏水抑制剂在制备水基钻井液中的应用。

9.含有如权利要求8所述的抗高温超疏水抑制剂的水基钻井液；

优选地，所述水基钻井液还含有基浆；

更优选地，所述基浆为膨润土基浆；

进一步优选地，所述膨润土基浆是通过包括下述步骤的方法制备的：在800r/min的搅拌速度下，依次向其中加入适量的钻井液配浆用膨润土和无水Na₂CO₃，然后于室温下密封水化24h，即得；

再优选地，所述抗高温超疏水抑制剂的含量为0.01-0.02g/ml。

10.如权利要求9所述的水基钻井液在油气钻井中的应用。