CN113416524A - 一种抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂 - Google Patents
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Abstract
一种抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂，属于油气田钻井技术领域，所述抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂以含羟基的肼类化合物、含双烯键的硅烷化合物、丙烯酰胺类化合物为原料合成。所述含羟基的肼类化合物、含双烯键的硅烷化合物和丙烯酰胺类化合物制成的页岩抑制剂是由超支化聚叔胺与水混合配制而成，其中超支化聚叔胺在页岩抑制剂中的质量比为0.6％‑3.5％。本发明提供的抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂抑制性能相比于同类抑制剂性能有明显提升，原料易得，价格便宜，提供的合成方法稳定可靠，适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂。
背景技术
我国作为最大的发展中国家和最大的油气消费国与进口国，国内油气供需缺口不断扩大，2019年的石油对外依存度已达72.5％，天然气对外依存度已达45.3％，油气供应安全面临巨大挑战。我国页岩油气资源丰富，但页岩埋深约有65％都超过3500m，而四川盆地南部深层页岩气资源量占整个川南地区总资源量的比例高达86.5％。因此，加快深层页岩气勘探开发,是加快建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的必由之路。
深层页岩黏土矿物以硬脆性页岩伊利石为主，蒙脱石等膨胀性黏土矿物含量较少或无。而硬脆性页岩的井壁坍塌是制约我国油气资源战略向深部地层成功转移的重要技术瓶颈。对于层理、裂缝发育硬脆性页岩地层，钻井过程中，井壁失稳的主要因素为致密页岩微裂缝、层理以及粒间微裂缝较发育，钻井液同地层接触后，钻井液容易沿着微裂缝等渗入岩石内部，导致滤液渗入量增大，接触更多的伊利石，造成伊利石的表面水化作用。为解决深层页岩勘探开发的难题，一开始使用油基钻井液，但油基钻井液由于不环保，成本高，循环漏失趋势高，尤其是恶性漏失等缺点，已成为我国深层页岩气能否工业化开发的重大障碍。为了顺应规模化深层页岩气开发进程并解决这些问题，使用环保、低成本、性能与油基相当的水基钻井液来钻页岩气井已成为一种必然发展趋势。
页岩抑制剂抑制性的强弱决定了水基钻井液的抑制性，现阶段抑制剂主要是通过抑制黏土矿物的层间阳离子水化达到抑制黏土矿物水化的效果。而对于以伊利石为主要成分的页岩，其水化为层表面水化，因此开发出一款页岩抑制剂是一个亟需解决的问题。
发明内容
针对目前的页岩抑制剂的缺点，本发明鉴于上述问题而提供一种抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂，该抑制剂抑制性能相比于同类产品有明显提升，能完全满足各种复杂井况的钻井需求，且合成工艺简单、环保，产率较高，生产成本低廉，适合工业化生产。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂，所述页岩抑制剂由超支化聚叔胺与水混合配制而成，其中超支化聚叔胺与水的质量比为0.5-3.5％，所述超支化聚叔胺页岩抑制剂以肼类化合物、含双烯键的硅烷化合物、酰胺类化合物为原料，采用如下步骤合成：
S1、将含0.6-0.8mol含双烯键的硅烷化合物加入到干燥的烧瓶中，用70-90mL四氢呋喃搅拌溶解，搅拌边滴加1.2-1.4mol肼类物质，氮气20-30min，在30-40℃的温度下反应8-12h，反应完毕后，旋转蒸发得到超支化聚合物；
S2、将上一步所得的叔胺类超支化聚合物溶解于120-140mL甲苯中，加入132-154mL浓度为60％的丙烯酰胺类化合物，滴加完毕后在75℃-80℃的温度下通入氮气20-30min，回流反应4-8h，反应结束后，经减压蒸馏得到带有酰胺基团的超支化聚合物。
所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述的肼类物质为水杨酰肼，3-羟基苯酰肼，4-羟基苯甲酰肼，4-羟基苯乙酰肼，2,4-二羟基苯酰肼，3,4-二羟基苯酰肼，3,5-二羟基苯酰肼中的一种。
所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述含烯键的含双烯键的硅烷化合物为二烯丙基二苯基硅烷，(甲基二-2-丙烯-1-基硅烷基)-苯中的一种。
所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述封端试剂为N-异丙基丙烯酰胺，N-异丙基甲基丙烯酰胺，N,N-二甲基丙烯酰胺，N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺，3-甲基丙烯酰胺基苯基硼酸中的一种。
所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述合成步骤S1的滴加时间控制在30-60min。
本发明有益效果如下：
1、本发明含有大量叔胺支链，有着极强的抑制性能；
2、本发明的合成方法简单，合成所需化合物价格低廉，易于生产；
3、本发明提供的页岩抑制剂性能稳定，适应性强，出了具有抗高温性能，且抑制性能相比于同类产品有明显提升，能满足各种复杂井况的钻井要求。
4、本发明提供的页岩封堵剂分散性良好、不易团聚，可以保持良好的分散性，具有很好的抑制性能.
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
将含0.6mol二烯丙基二苯基硅烷加入到干燥的烧瓶中，用90mL四氢呋喃搅拌溶解，搅拌边滴加1.2mol 3,5-二羟基苯酰肼，氮气30min，在40℃的温度下反应12h，反应完毕后，旋转蒸发得到超支化聚合物；
将上一步所得的叔胺类超支化聚合物溶解于140mL甲苯中，加入154mL浓度为60％的N-异丙基丙烯酰胺，滴加完毕后在80℃的温度下通入氮气30min，回流反应8h，反应结束后经减压蒸馏得到带有酰胺基团的超支化聚合物。
实施例2：
将含0.6mol(甲基二-2-丙烯-1-基硅烷基)-苯加入到干燥的烧瓶中，用90mL四氢呋喃搅拌溶解，搅拌边滴加1.2mol 3-羟基苯酸肼，氮气30min，在40℃的温度下反应12h，反应完毕后，旋转蒸发得到超支化聚合物；
将上一步所得的叔胺类超支化聚合物溶解于140mL甲苯中，加入154mL浓度为60％的N-异丙基甲基丙烯酰胺，滴加完毕后在80℃的温度下通入氮气30min，回流反应8h，反应结束后经减压蒸馏得到带有酰胺基团的超支化聚合物。
实施例3：
将含0.6mol二烯丙基二苯基硅烷加入到干燥的烧瓶中，用90mL四氢呋喃搅拌溶解，搅拌边滴加1.2mol 2,4-二羟基苯酰肼，氮气30min，在40℃的温度下反应12h，反应完毕后，旋转蒸发得到超支化聚合物；
将上一步所得的叔胺类超支化聚合物溶解于140mL甲苯中，加入154mL浓度为60％的N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺，滴加完毕后在80℃的温度下通入氮气30min，回流反应8h，反应结束后经减压蒸馏得到带有酰胺基团的超支化聚合物。
实施例4：
将含0.6mol(甲基二-2-丙烯-1-基硅烷基)-苯加入到干燥的烧瓶中，用90mL四氢呋喃搅拌溶解，搅拌边滴加1.2mol 3,4-二羟基苯酰肼，氮气30min，在40℃的温度下反应12h，反应完毕后，旋转蒸发得到超支化聚合物；
将上一步所得的叔胺类超支化聚合物溶解于140mL甲苯中，加入154mL浓度为60％的N,N-二甲基丙烯酰胺，滴加完毕后在80℃的温度下通入氮气30min，回流反应8h，反应结束后经减压蒸馏得到带有酰胺基团的超支化聚合物。
为了进一步说明本发明环保型页岩抑制剂的效果，对实施例1和实施例2中的抑制剂进行性能测试。
1、线性膨胀率测试
将实施例1-4所得的超支化聚叔胺与清水按比例(超支化聚叔胺质量比为1％，2％，3％)配置成页岩抑制剂与常规的页岩抑制剂(选用常规的胺类抑制剂)进行对比实验，清水作为参照。采用线性膨胀率来评价上述实施例制备的抑制性能，其具体操作步骤参照石油天然气行业标准SY/T6335-1997《钻井液用页岩抑制剂评价方法》。线性膨胀率越低，说明抑制剂的抑制性能越好。实验结果如下表所示。
表1线性膨胀率测试结果
由表中的线性膨胀率测试结果表明，当普通胺，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4所制得超支化聚叔胺在相同比例条件下，超支化聚叔胺的抑制性能明显高于普通胺类页岩抑制剂。说明一种抗高温超支化聚叔胺的抑制效果明显高于常规的页岩抑制剂。通过抑制剂含量对线性膨胀率的影响可知，随着抑制剂加量的增加，线性膨胀率降低，抑制性能更好。
2、岩屑滚动回收实验
滚动回收率(％)＝未过40目筛的岩屑质量/初始岩屑质量30g×100％。
将实施例1-2所得的超支化聚叔胺与清水按比例(超支化聚季铵盐氨基酸质量比为1％,2％,3％)配置成页岩抑制剂与常规的页岩抑制剂(选用常规的胺类抑制剂与聚合醇类抑制剂)进行对比实验，清水作为参照。采用滚动回收率来评价上述实施例制备的页岩抑制剂性能,其具体操作步骤参照SY/T5971-1994
《注水用粘土稳定剂性能评价方法》。滚动回收率越高，说明页岩抑制剂的抑制性能越好。实验结果如表2所示。
表2滚动回收率实验测试结果
| 组分 | 回收率％ |
| 清水 | 50.70 |
| 1％胺类抑制剂 | 62.30 |
| 2％胺类抑制剂 | 70.40 |
| 3％胺类抑制剂 | 77.20 |
| 1％实施例1所得超支化聚叔胺 | 87.40 |
| 2％实施例1所得超支化聚叔胺 | 91.20 |
| 3％实施例1所得超支化聚叔胺 | 93.50 |
| 1％实施例2所得超支化聚叔胺 | 85.40 |
| 2％实施例2所得超支化聚叔胺 | 90.70 |
| 3％实施例2所得超支化聚叔胺 | 92.40 |
| 1％实施例3所得超支化聚叔胺 | 83.90 |
| 2％实施例3所得超支化聚叔胺 | 86.30 |
| 3％实施例3所得超支化聚叔胺 | 93.70 |
| 1％实施例4所得超支化聚叔胺 | 85.32 |
| 2％实施例4所得超支化聚叔胺 | 87.28 |
| 3％实施例4所得超支化聚叔胺 | 94.32 |
综上所述，本发明所提供的超支化聚叔胺的制备方法技术稳定可靠、产率较高、适用于工业化生产；合成的超支化聚叔胺产品无毒无害、水溶性良好、制成的超支化聚叔胺作为页岩抑制剂其抑制性能相比于同类产品有明显提升，能满足各种复杂井况的钻井要求，有效降低页岩水化分散发生井壁不稳的发生概率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种抗高温超支化聚叔胺作为页岩抑制剂，其特征在于，所述页岩抑制剂由超支化叔胺类聚合物与水混合配制而成，其中超支化聚叔胺类页岩抑制剂与水的质量比为0.6-3.5％，所述超支化聚叔胺类页岩抑制剂以肼类化合物、含双烯键的硅烷化合物、丙烯酰胺类化合物为原料，采用如下步骤合成：
S1、将含0.6-0.8mol含双烯键的硅烷化合物加入到干燥的烧瓶中，用70-90mL四氢呋喃搅拌溶解，搅拌边滴加1.2-1.4mol肼类物质，氮气20-30min，在30-40℃的温度下反应8-12h，反应完毕后，旋转蒸发得到超支化聚合物；
S2、将上一步所得的叔胺类超支化聚合物溶解于120-140mL甲苯中，加入132-154mL浓度为60％的丙烯酰胺类化合物，滴加完毕后在75℃-80℃的温度下通入氮气20-30min，回流反应4-8h，反应结束后，经减压蒸馏得到带有酰胺基团的超支化聚合物。
2.根据权利要求1所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述的肼类物质为水杨酰肼，3-羟基苯酰肼，4-羟基苯甲酰肼，4-羟基苯乙酰肼，2,4-二羟基苯酰肼，3,4-二羟基苯酰肼，3,5-二羟基苯酰肼中的一种。
3.根据权利要求1所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述含烯键的含双烯键的硅烷化合物为二烯丙基二苯基硅烷，(甲基二-2-丙烯-1-基硅烷基)-苯中的一种。
4.根据权利要求1所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述封端试剂为N-异丙基丙烯酰胺，N-异丙基甲基丙烯酰胺，N,N-二甲基丙烯酰胺，N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺，3-甲基丙烯酰胺基苯基硼酸中的一种。
5.根据权利要求1所述的页岩抑制剂，其特征在于，所述合成步骤S1的滴加时间控制在30-60min。
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