[发明专利]一种钻井液用疏水改性超支化抑制剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钻井液用疏水改性超支化抑制剂及其制备方法，其中，在所述抑制剂中，其分子结构中心为超支化聚乙烯亚胺基团，分子结构末端引入长碳链、长氟碳链或苯基，即引入了疏水基团，得到所述钻井液用疏水改性超支化抑制剂。所述抑制剂可改变水敏性黏土矿物表面的亲水性，即将黏土表面由亲水转向疏水，延缓水分子侵入黏土内部的进程，从而达到抑制黏土水化的目的。

技术领域

本发明属于油田化学助剂领域，涉及超支化抑制剂，特别地，涉及一种钻井液用疏水改性超支化抑制剂及其制备方法。

背景技术

近年来，采用聚胺抑制剂研制的高性能水基钻井液具有良好的抑制性能，且具有毒性低、成本可控的技术优点而被广泛应用在水敏性泥页岩井段。聚胺分子中的伯胺部分质子化后生成季铵基团，进入黏土层间后，在静电吸附和氢键作用下束缚了相邻的黏土片层，阻碍了黏土层间距的扩大，即实现了抑制黏土水化膨胀。另外，相对分子质量较大的聚胺分子吸附在黏土外表面，将黏土包被起来，从而阻碍了钻井液中水分子的侵入，这对于抑制黏土的水化分散是十分有利的。聚胺分子中的短碳链具有一定的疏水性，即可以在黏土表面形成一层疏水膜，在一定程度上缩短水分子侵入黏土内部的进度。

在实际的钻井施工中，钻井液工程师更希望钻井液可以将刚切削下来的泥页岩岩屑被包裹，在出现显著水化作用前，就可将水敏性的岩屑通过振动筛筛除，避免了岩屑水化后进入钻井液，而给钻井工程增加后续的处理工作量。这就需要所使用的钻井液具有较佳的包被能力，且在一定时间内可以有效阻挡钻井液中的水分子侵入泥页岩的内部。

氨基超支化聚合物作为泥页岩抑制剂使用已有较多的文献报道。氨基超支化聚合物的分子支链上分布有大量的吸附基团，可以占据黏土上更多的吸附位点，实现抑制剂分子与黏土之间的紧密吸附。可以说，对于氨基超支化聚合物作为包被抑制剂来讲，其吸附基团的数量是足量的。但从氨基超支化聚合物的分子结构上来看，除了2～3个亚甲基相连的短碳链外，其分子链中并不具有明显疏水性的官能团。因此，若将超支化聚合物作为包被抑制剂来使用，其在黏土表面所形成的分子膜的疏水性并不理想。

中国专利CN106520085A公开了一种树枝状泥页岩抑制剂及其制备方法，该抑制剂是由端胺基树枝聚合物与环氧烷烃反应得到的树枝状聚醚页岩抑制剂，其实质是在聚丙烯亚胺树枝状聚合物(PPI)或聚酰胺-胺树枝状聚合物(PAMAM)的分子末端引入了羟基，其目的是增加了吸附基团的数量，是的抑制剂分子与黏土之间的吸附更加紧密，从而有利于排挤吸附在黏土表面的水分子。然而，该专利是在通过分子链末端的伯胺基团与环氧烷烃反应而得到的树枝状聚醚抑制剂，伯胺转变为仲胺。从机理上看，胺基是通过共用氢键来实现在黏土表面的吸附的，且伯胺的吸附强度远高于仲胺；尽管分子末端引入了羟基，但与伯胺相比，羟基仍属于较弱的吸附基团。

中国专利CN104017208A公开了一种泥页岩聚胺成膜抑制剂及其制备方法，该抑制剂是以胺类化合物和环氧化合物为原料，在加入分子量调节剂的情况下合成的一种链状低分子量的聚胺类抑制剂。该抑制剂可有效抑制水敏性黏土矿物的水化膨胀和水化分散，且具有良好的油气层保护效能。该专利没有对所谓的成膜进行论述和评价，也没有对成膜的机理进行剖析。从分子结构上来看，该抑制剂在黏土表面成膜的结构特征并不显著，所谓的成膜可能是指分子链在氢键作用下，可以紧密地吸附在黏土表面。

文献《新型聚胺页岩水化抑制剂的研制及应用》(钟汉毅，邱正松，黄维安，等.西安石油大学学报(自然科学版)，2013，28(2)：72-77.)涉及了一种链状低聚聚醚胺作为钻井液抑制剂SDPA。该抑制剂含有胺基和醚键，可以有效抑制黏土的水化分散。通过研究SDPA对黏土表面亲水性的影响发现，经SDPA改性后的润湿角可由26.95°增加至45.42°，即经SDPA改性后，黏土表面的疏水性增强。作者指出，导致这一现象的原因是分子中的聚氧丙烯链具有一定的疏水性引起的。然而，从聚氧丙烯的分子结构上来看，3个亚甲基相连所形成的烷基链的疏水性是十分有限的。

发明内容