适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸及其制备方法和在水基钻井液中的应用技术

本发明专利技术涉及水基钻井液领域，具体涉及适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸及其制备方法和在水基钻井液中的应用。该改性聚组氨酸的组氨酸聚合主链上含有式(1)所示的连接有改性基团的结构单元，所述组氨酸聚合主链的组氨酸聚合度为6‑9。本发明专利技术提供的该改性聚组氨酸是一种可降解的生物材料，具有环境友好的优点；在用作页岩抑制剂时，通过其超分子性质，可以有效地抑制页岩中最主要的膨胀矿物蒙脱石的水化膨胀，表示出优异的抑制效果且其抗温性高。

Modified polyhistidine suitable for supramolecular shale inhibitor and its preparation method and application in water-based drilling fluid

The invention relates to the field of water-based drilling fluids, in particular to modified polyhistidine suitable for use as supramolecular shale inhibitor, its preparation method and its application in water-based drilling fluids. The histidine polymerization main chain of the modified polyhistidine contains the structural unit connected with the modified group shown in Formula (1). The degree of histidine polymerization of the main chain of the modified polyhistidine polymerization is 6 9. The modified polyhistidine provided by the invention is a biodegradable material with the advantages of environmental friendliness; when used as a shale inhibitor, through its supramolecular properties, the hydration expansion of montmorillonite, the main expansive mineral in shale, can be effectively suppressed, showing excellent inhibition effect and high temperature resistance.

【技术实现步骤摘要】
适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸及其制备方法和在水基钻井液中的应用
本专利技术涉及水基钻井液领域，具体涉及适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸及其制备方法和在水基钻井液中的应用。
技术介绍
页岩气的勘探开发促进了我国调整能源结构的升级调整，加速了我国从“油”迈入“气”的步伐，推动了能源向更加清洁的方向发展。在页岩气的钻探过程中，由于页岩的水敏性，页岩气的钻探多采用油基钻井液。虽然，油基钻井液在抑制页岩水化膨胀，防止井壁失稳方面有着十分优良的性能。但油基钻井液存在成本高、污染大、处理难等问题，随着环保观念的不断深入，研发出具备良好页岩抑制性能的水基钻井液来取代油基钻井液势在必行。而用于页岩气钻探的水基钻井液关键技术之一就是页岩抑制剂。氯化钾(KCl)作为页岩抑制剂由于其成本不高，抑制效果明显曾得到广泛应用，但因其较高的加量，若不经处理会对生态环境造成影响。为了减少对环境的影响，胺类阳离子及其衍生物被用来作为页岩抑制剂，但胺类抑制剂的性能受pH影响，这不利于在现场的应用。随后，聚醚胺以其较好的抑制性能被作为页岩抑制剂，并在其基础上形成了高性能水基钻井液，但聚醚胺的热稳定性不佳，在高温下会水解失效。还有一些丙烯酰胺类聚合物也被用作页岩抑制剂，但也存在不环保或者抑制性不佳等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸及其制备方法和在水基钻井液中的应用，该改性聚组氨酸作为页岩抑制剂具有环境友好、抑制效果良好并且稳定的优点。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸，其特征在于，该改性聚组氨酸的组氨酸聚合主链上含有式(1)所示的连接有改性基团的结构单元；所述组氨酸聚合主链的组氨酸聚合度为6-9；式(1)各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基；X选自卤素；R2选自羟基取代的C3-C10的亚烷基。本专利技术第二方面提供上述改性聚组氨酸的制备方法，该方法包括：(1)在碱性条件下，将组氨酸或其盐进行脱水缩合反应，得到聚组氨酸；(2)在含水溶剂中，将式(1’)所示的化合物和聚组氨酸进行接触反应；式(1’)Y为卤素，优选为Cl、Br或I。本专利技术第三方面提供上述改性聚组氨酸作为超分子页岩抑制剂在水基钻井液中的应用。本专利技术第四方面提供一种含有上述改性聚组氨酸作为超分子页岩抑制剂的水基钻井液。本专利技术第五方面提上述水基钻井液在油气钻井中的应用。本专利技术提供的该改性聚组氨酸是一种可降解的生物材料，具有环境友好的优点；在用作页岩抑制剂时，通过其超分子性质，可以有效地抑制页岩中最主要的膨胀矿物蒙脱石的水化膨胀，表示出优异的抑制效果且其抗温性高，将有助于推动水基钻井液在页岩气钻探中的发展，为更好开发页岩气提供有力保障。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术一方面提供一种适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸，该改性聚组氨酸的组氨酸聚合主链上含有式(1)所示的连接有改性基团的结构单元；所述组氨酸聚合主链的组氨酸聚合度为6-9；式(1)各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基；X选自卤素；R2选自羟基取代的C3-C10的亚烷基。根据本专利技术，本专利技术的上述方法将制得一种具备超分子特性的改性聚组氨酸，该改性聚组氨酸在作为水基钻井液的页岩抑制剂时，可以通过自身的静电力、氢键及疏水作用等分子间作用力，以与页岩层作用发挥强抑制效果；并且，具备超分子特性的改性聚组氨酸也可以借助自身的分子间作用力保持较高的化学稳定性，利于长时的钻井作业。根据本专利技术，所述C3-C10的亚烷基的具体实例例如可以包括：C3的亚烷基、C4的亚烷基、C5的亚烷基、C6的亚烷基、C7的亚烷基、C8的亚烷基、C9的亚烷基、C10的亚烷基；C3-C8的亚烷基可以从上述具体实例中进行适应性的选择。所述C1-C6的烷基的具体实例例如可以包括：C1的烷基、C2的烷基、C3的烷基、C4的烷基、C5的烷基、C6的烷基；C1-C4的烷基可以从上述具体实例中进行适应性的选择。卤素的具体实例例如可以包括：F、Cl、Br、I。根据本专利技术，为了获得性能更为优良的页岩抑制剂，优选地，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基；R2选自羟基取代的C3-C8的亚烷基。更优选地，各个R1各自独立地选自甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基；X为Cl、Br或I；R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-、-CH2-CH2-CH(OH)-、-CH(OH)-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-、-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-或-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-。其中，式(1)所示的结构单元可以从以下式所示的具体结构单元中进行选择：式(1-1)：式(1)中，R1均为甲基，X为Cl，R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-；式(1-2)：式(1)中，R1均为甲基，X为Cl，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-；式(1-3)：式(1)中，R1均为甲基，X为Cl，R2选自-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-4)：式(1)中，R1均为甲基，X为Cl，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-；式(1-5)：式(1)中，R1均为甲基，X为Cl，R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-6)：式(1)中，R1均为甲基，X为Cl，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-7)：式(1)中，R1均为乙基，X为Cl，R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-；式(1-8)：式(1)中，R1均为乙基，X为Cl，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-；式(1-9)：式(1)中，R1均为乙基，X为Cl，R2选自-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-10)：式(1)中，R1均为乙基，X为Cl，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-；式(1-11)：式(1)中，R1均为乙基，X为Cl，R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-12)：式(1)中，R1均为乙基，X为Cl，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-13)：式(1)中，R1均为甲基，X为Br，R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-；式(1-14)：式(1)中，R1均为甲基，X为Br，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-；式(1-15)：式(1)中，R1均为甲基，X为Br，R2选自-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-16)：式(1)中，R1均为甲基，X为Br，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-；式(1-17)：式(1)中，R1均为甲基，X为Br，R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-18)：式(1)中，R1均为甲基，X为Br，R2选自-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-；式(1-19)：式(1)中，R1均为乙基，X为Br，R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-；式(1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸，其特征在于，该改性聚组氨酸的组氨酸聚合主链上含有式(1)所示的连接有改性基团的结构单元；所述组氨酸聚合主链的组氨酸聚合度为6‑9；

【技术特征摘要】
1.一种适用作超分子页岩抑制剂的改性聚组氨酸，其特征在于，该改性聚组氨酸的组氨酸聚合主链上含有式(1)所示的连接有改性基团的结构单元；所述组氨酸聚合主链的组氨酸聚合度为6-9；各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基；X选自卤素；R2选自羟基取代的C3-C10的亚烷基。2.根据权利要求1所述的改性聚组氨酸，其中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基；R2选自羟基取代的C3-C8的亚烷基；优选地，各个R1各自独立地选自甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基；X为Cl、Br或I；R2选自-CH2-CH(OH)-CH2-、-CH2-CH2-CH(OH)-、-CH(OH)-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-、-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-或-CH2-CH2-CH(OH)-CH2-CH2-。3.根据权利要求1或2所述的改性聚组氨酸，其中，所述组氨酸聚合主链的组氨酸聚合度为7-8。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的改性聚组氨酸，其中，式(1)所示的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马光长，蒋官澄，肖沣峰，邓宇，王凯，李新亮，史赫，杨丽丽，王君，王敏，李一迎，贺晓飞，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：四川,51