[发明专利]一种超低分子量树枝状烷基六胺页岩抑制剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于油气田钻井技术领域，具体涉及一种适用于复杂页岩钻井的一种树枝状烷基六胺页岩抑制剂的合成方法及其产品，以及采用烷基六胺配置而成的页岩抑制剂。

背景技术

目前在国内和国外钻井中，经常存在井壁不稳定问题。井壁不稳定可能会导致井壁坍塌、缩径、卡钻等问题，增加了钻井时间和钻井成本。75％的井壁不稳定主要发生在泥页岩地层，特别是水敏性地层。

我国页岩气资源勘探开发已全面展开，针对页岩气的成藏特征，水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式。与常规水平井相比，页岩水平井水平段较长，一般介于500～2500m，钻井液与地层接触的时间增加，页岩水化更加严重。钻井液滤液进入层理间隙，页岩内黏土矿物遇水膨胀，膨胀压力使张力增大，导致页岩地层(局部)拉伸破裂，出现井壁垮塌、缩径等井下复杂情况。国外的60～70％页岩气水平井采用油基钻井液体系，国内完成的页岩气水平井绝大多数采用油基钻井液体系，油基钻井液具有井壁稳定性好、抑制能力强、润滑性好、有利于保护储层的优点，但是存在不环保、成本相对较高等缺点。水基钻井液恰好能克服油基钻井液的缺点。

现阶段油田上主要采用无机盐作为抑制剂，但是高浓度的无机盐不仅严重影响了钻井液的流变性，而且对地下环境造成严重的污染，同时现阶段广泛使用的水基钻井液对泥岩或强水敏性页岩地层井壁稳定方面仍然存在问题，需要有针对性地深入研究。而随着超深井勘探开发的发展，对页岩抑制剂的研发提出了更高的要求。由于使用水基钻井液体系钻页岩气水平井，水最先与地层接触，导致地层的黏土水化膨胀，为了抑制黏土的水化膨胀，页岩抑制剂必须迅速插入黏土层间，挤出黏土层间的水分子，降低层间距。研究发现，具有多个伯胺基团抑制剂能增加抑制剂的水溶性，而且多个伯胺基团能使得抑制剂与黏土晶层吸附的更加牢固。通过在分子结构中部增加烷基链作为疏水链提高了抑制剂的抑制性能。而不同的烷基疏水链对于抑制剂的效果具有不同的性能，寻找并合成出性能更好更适合复杂井况的烷基疏水链产品，对于提高页岩钻井效率、保障钻井安全有很大的意义。

在此前，申请人曾研发出一种基于烷基四胺的页岩抑制剂，其使用性能能够满足对大部分复杂页岩地层的使用，而对于部分泥页岩，采用烷基六胺抑制性能会更好，对钻井液的流变性影响较小，平衡了抑制性与流变性的矛盾。烷基六胺具有超支化聚合物的特点，低粘度，高溶解性，因此对钻井液的流变性几乎没有影响。然而一般的超支化聚合物分子量在几千以上，其空间构象复杂，不能插入蒙脱土的晶层间。通过有机合成的树枝状烷基胺恰好克服了超支化聚合物的的缺点，树枝状烷基胺的分子量介于200～400之间。相对于超支化聚合物的分子量，树枝状烷基胺分子量属于超低分子量范畴。超低分子量的树枝状烷基六胺不仅具有低粘度，高溶解性，对钻井液的流变性几乎没有影响，而且超低分子量的树枝状烷基六胺能插入蒙脱土的层间，抑制蒙脱土的水化膨胀。合成树枝状烷基胺，如果依然采用之前的方法，会难以得到制得烷基六胺所需的6个取代基，需要对其工艺进行进一步的改良。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种超低分子量树枝状烷基六胺页岩抑制剂的合成方法，其所制得的产品配制而成的钻井液添加剂能完全满足各种复杂井况的钻井需求，有效降低由于泥页岩水化分散发生井壁不稳定的问题；本发明所提供的合成方法可靠、合成产率较高、原料价格便宜、生产成本低廉、产品安全环保，适合大规模工业化生产。

本发明的技术方案如下：

一种超低分子量树枝状烷基六胺的合成方法，步骤如下：

S1、甲烷三羧酸三乙酯的合成、

在容器中依次加入氧化镁、甲苯、丙二酸二乙酯和氯甲酸乙酯并混合均匀，在75～90℃环境下回流反应，然后缓慢冷却到5℃形成固体悬浮物，加入常温纯水到固体悬浮物慢慢在容器底部形成沉淀物，去除容器中液相部分，将沉淀用乙醚洗涤然后过滤，然后使用盐酸溶解并中和沉淀物，再使用无水乙醚进行萃取，合并有机相；将有机相洗涤后，干燥并蒸发，得到甲烷三羧酸三乙酯制品；

S2、六酯的合成、

将金属钠溶解在绝对乙醇中，然后加入到含甲烷三羧酸三乙酯的绝对乙醇溶液中反应1h，抽滤并洗涤然后真空干燥得到甲烷三羧酸三乙酯钠盐，并溶解在苯和DMF的混合溶液中，再在40～45℃环境下逐滴加入烷基二溴，升温至85～95℃回流反应24h，冷却后加入苯，依次用纯水和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，然后干燥、过滤、蒸馏，得到六酯产品；

S3、六酰胺的合成、