[发明专利]一种含磺酸基聚胺抑制剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种含磺酸基聚胺抑制剂及其制备方法。

背景技术

钻井液是指油气钻井过程中，以其多种功能满足钻井需求的各种循环流体的总称。钻井液的功能主要有：携带和悬浮钻屑；稳定井壁和平衡地层压力；冷却和润滑钻头、钻具；传递水动力。

随着油气勘探领域的发展，深井、超深井，海洋井及复杂地段井的出现，钻井难度增加，对钻井液体系的要求也愈来愈严格。特别是油气钻探过程中，钻遇泥页岩地层时，泥页岩的水化膨胀、分散将导致井壁失稳、钻头泥包和井眼净化等一系列问题。传统的油基钻井液，具备许多良好的性能，但其污染环境，应用受到限制。以聚胺类为主页岩抑制剂的高性能水基钻井液以其环保、低成本、性能良好等特性成为世界各国石油研究者关注的研究热点。

聚胺类聚合物作为主要的泥页岩抑制剂，其作用机理为：通过胺基特有的吸附起作用，低分子胺像钾离子一样穿透黏土层，低浓度的胺类解吸附带水化膜的可交换阳离子，通过静电吸附、氢键作用和偶极作用等将黏土片层束缚在一起，阻止水分子进入，起到页岩抑制的作用。

聚胺类页岩抑制剂主要以大阳离子、小阳离子为主。大阳离子是聚胺甲基丙烯酰胺类季铵盐，用作粘土包被抑制剂；小阳离子是环氧丙基三甲基氯化铵。小阳离子分子量小，带有正电荷，易吸附于粘土表面，并进入粘土层间，取代可交换阳离子吸附于其中。而其吸附分子处的表面是含有碳氢基团的憎水性表面，有利于阻止水分子进入，故能有效地抑制粘土的水化膨胀及分散。

聚醚胺类抑制剂为美国MISWACO公司近年推出的ULTRADRIL^TM高抑制性水基钻井液。它是Patel 等人研制开发的不水解、完全水溶、低毒并与其它常用水基钻井液添加剂配伍，其页岩抑制性能优于大小阳离子聚合物。

中国专利CN 1069755A介绍了以大小阳离子为页岩抑制剂的钻井液各类性能,大小阳离子钻井液体系页岩抑制性能较好。美国专利US 7012043 B2介绍了聚醚胺类抑制剂，该类抑制剂显示良好的泥页岩抑制能力。大阳离子主链结构或支链与主链间以C-C键连接，支链部分含有C-N键；小阳离子含C-C、C-N、-O-键。聚醚胺类抑制剂以C-C、-O-为主，链中或链端含有少量C-N键。聚醚胺类的强抑制性的根本原因在于其主链中或链端的少量多个胺基同时作用的结果，因此其束缚粘土水化膨胀的能力更强，表现出强抑制性。CN201110313847.1介绍了一种阳离子聚胺页岩抑制剂的制备方法，以端二胺、环醚、环氧氯丙烷为原料，经聚合后制得。该页岩抑制剂在高温、高盐浆液中的抑制效果需要进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含磺酸基聚胺抑制剂及其制备方法。该方法制备的磺酸基聚胺页岩抑制剂在高温、高盐条件下具有良好的抑制效果，并且合成方法简单，无特殊气味，环境友好。

一种含磺酸基聚胺类页岩抑制剂的制备方法，包括如下内容：

（1）在搅拌及50～90℃条件下向有机胺中加入环醚和磺酸内酯，有机胺与加入的环醚摩尔比为1：2～3，优选1：2～2.5，有机胺与加入的磺酸内酯摩尔比为1：0.5～1，优选1：0.5～0.8，反应时间为1～4h；优选反应温度为65～75℃，反应时间为2～3h；

（2）将步骤（1）物料温度升至70～110℃，优选85～100℃，搅拌条件下加入环氧氯丙烷，环氧氯丙烷与有机胺的摩尔比为0.4～0.9:1，优选0.5～0.8:1，反应时间为1～3h，优选1.5～2h；

（3）向步骤（2）的物料中加入终止剂，终止剂与有机胺的摩尔比为1～2:1，优选1～1.8:1，反应时间为1～2h，优选1～1.5h，反应后制得含磺酸基聚胺类页岩抑制剂。

本发明方法中，所述的有机胺可为多乙烯多胺和/或端二胺，优选多乙烯多胺，更优选多乙烯多胺和端二胺的混合胺，混合胺中端二胺和多乙烯多胺的质量比为（2～8）：（8～2），优选（3～4）：（7～6）。采用多乙烯多胺相比端二胺具有更佳的页岩抑制效果；此外，链上具有相同原子个数的多乙烯多胺和端二胺，多乙烯多胺的反应活性要明显高于端二胺，这使得多乙烯多胺可以在较低的反应温度下进行聚合反应，在相同的反应温度下，反应时间明显缩短，有效降低操作危险性和合成成本。采用端二胺和多乙烯多胺混合胺，能够进一步提高抑制剂性能。