[发明专利]一种钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法

说明书

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。