水基钻井液用抗高温有机硅-胺类抑制剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种水基钻井液用抗高温有机硅-胺类抑制剂及其制备方法，本发明专利技术的抑制剂以一定配比的N,N-二甲基丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷为反应单体，通过自由基共聚反应制得，其制备方法简单，收率高。经由室内评价实验证明，所制备的有机硅-胺类抑制剂不仅可在室温(25℃)下有效抑制膨润土和钻屑的水化造浆，且经220℃老化16h后依旧可维持较强的抑制性能，适用于活性泥页岩地层钻井作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油天然气
，尤其涉及一种水基钻井液用抗高温有机硅-胺类抑制剂及其制备方法。
技术介绍
地层因黏土矿物的造浆作用而引发的失稳已成为钻井工程中的常发事件。钻井液用抑制剂为水基钻井液体系的关键处理剂之一，其有着抑制地层矿物与钻屑水化，维持井壁稳定与井径规则，防止钻头泥包等重要作用。随着对深部地层油气资源的勘探与开发力度的不断增大，下部井段温度不断升高，抑制剂面临高温作用的严峻挑战，目前国内现场所使用的胺类抑制剂，普遍存在抗温能力不足的缺陷，导致其抑制性能在高温环境下大幅下降，无法有效抑制地层及钻屑的水化造浆，严重限制了其在深井作业中的应用。胺类抑制剂通过其分子结构中的吸附基团，吸附于黏土颗粒表面，一方面形成致密的聚合物包被层，阻滞水分子侵入，另一方面通过其分子长链同时吸附多个黏土颗粒与晶层，发挥如锚链一般的锚固作用，抑制造浆颗粒的分散与运移。如抑制剂抗温性能不足，其分子结构易受高温作用的破坏，且受高温作用时，抑制剂分子热运动加剧，其与黏土颗粒间的吸附被破坏。在高温脱附与降解作用的共同影响下，抑制剂的抑制性能大幅下降，甚至完全丧失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种深井高温环境的水基钻井液用抗高温抑制剂，该有机硅-胺类抑制剂具有较理想的抗温性能，抗温可达220℃。一种水基钻井液用抗高温有机硅-胺类抑制剂，其分子结构式为：其中，a＝65.0％～75.0％，b＝10.0％～20.0％，c＝1-a-b。本专利技术的另一个目的是提供该抑制剂的制备方法，该抑制剂按照一定的配比由N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570)经由共聚反应制得。进一步地，如上所述的制备方法，包括以下步骤：(1)按一定的摩尔比例依次称取三种反应单体：N,N-二甲基丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；(2)向反应容器中加入一定量的N,N-二甲基甲酰胺作为反应溶剂，在搅拌条件下向溶剂中加入所述三种反应单体，待其混合均匀后通氮排氧；(3)将反应温度设定为60～75℃，待升温至预定温度后继续通氮气，并加入质量为单体总质量0.3％～0.8％的偶氮二异丁腈，在通氮保护条件进行反应，制得粉白色凝胶状产物；(4)将凝胶状产物浸泡于过量苯中，静置一定时间后进行过滤分离，将不溶成分在过量无水乙醇中浸泡12小时后进行减压抽滤，收集滤纸上的不溶成分继而对其进行真空干燥、粉碎，所得白色粉末即为抑制剂成品。进一步地，如上所述的制备方法，步骤(1)中所述N,N-二甲基丙烯酰胺:二甲基二烯丙基氯化铵:γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为：(9～12):(1～3):(1～2)。进一步地，如上所述的制备方法，步骤(2)中，所述三种反应单体加入的总质量为溶剂质量的25.0％。进一步地，如上所述的制备方法，步骤(4)中过滤分离采用索式提取器进行过滤分离。有益效果：(1)本专利技术提供的水基钻井液用抗高温有机硅-胺类抑制剂，具有较理想的抗温性能，抗温可达220℃。该抑制剂的制备方法通过溶液自由基聚合反应制备，操作简单，条件温和，且收率较高。该抑制剂简称PKDAS。(2)反应单体选用含C＝C键的乙烯基单体，便于通过共聚反应生成主链由C-C键构成的聚合物，保证其分子结构的稳固性；(3)选用DMAA作为非离子单体，与常用的AM相比，DMAA以两个空间位阻更大的甲基取代了酰胺基团氮上的两个氢原子，增大了分子链段的蜷曲阻力，进而增强分子链刚性，且甲基取代可降低酰胺基团极性，提高后者的水解稳定性；(4)选用DMDAAC可为抑制剂引入季铵基团，利用该基团水化后强烈的质子特性，吸附于黏土颗粒表面并降低其Zeta电位，同时拉近晶层间距并挤出部分层间吸附水，且DMDAAC在聚合物中形成的季铵基团呈五元环状结构，不仅自身结构较为稳固，且可进一步增强分子链刚性；(5)KH-570中的硅氧烷基团水解可后形成硅羟基，继而与黏土颗粒表面富含的硅羟基发生缩合反应生成键能较高的Si-O-Si键，增强共聚物与黏土颗粒间的键合强度，赋予抑制剂牢固的吸附能力。附图说明图1为本专利技术抑制剂PKDAS的红外光谱谱图；图2为本专利技术抑制剂PKDAS的热重-差热分析图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：抑制剂PKDAS的制备准确称取100.0g的N,N-二甲基甲酰胺，倒入容量为500ml的三口烧瓶中，开启磁力搅拌，并依次称取15.5g的N,N-二甲基丙酰胺、5.3g的二甲基二烯丙基氯化铵和4.2g的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，倒入盛有DMF的三口烧瓶中，待其充分混合均匀后，通氮气排氧，升温至反应温度，并在通氮气30分钟后，加入0.1g的引发剂偶氮二异丁腈，在通氮气条件下反应8小时后即得粉白色凝胶状产物，将其取出并浸泡于过量苯中，静置24小时后用索式提取器进行过滤分离，将不溶成分在过量无水乙醇中浸泡12小时后进行减压抽滤，收集滤纸上的不溶成分继而对其进行真空干燥、粉碎，所得白色粉末即为抑制剂PKDAS，计算其产率为91.2％，其反应方程式为：实施例2：抑制剂PKDAS的结构表征参见图1，图1是抑制剂PKDAS的红外吸收光谱谱图，对其图谱的特征吸收峰分析如下：3452cm-1处为KH-570酯基中的C＝O键伸缩振动吸收峰；2929cm-1处为共聚物分子主链中－CH2－的伸缩振动峰；2124cm-1处为DMAA与DMDAAC结构单元中－N－CH3的吸收峰；1722cm-1处为DMAA伯酰胺基团的C＝O弯曲振动吸收峰；1635cm-1处为DMAA叔酰胺基团中的C＝O键伸缩振动吸收峰；1494cm-1处为DMAA中的C－N键伸缩振动峰；1407cm-1处为KH-570中硅氧烷基团的－CH3的吸收峰；1349cm-1处为DMAA中N－CH3的特征吸收峰；1257cm-1处为KH-570中酯基的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水基钻井液用抗高温有机硅‑胺类抑制剂，其特征在于，其分子结构式为：其中，a＝65.0％～75.0％，b＝10.0％～20.0％，c＝1‑a‑b。

【技术特征摘要】
1.一种水基钻井液用抗高温有机硅-胺类抑制剂，其特征在于，
其分子结构式为：
其中，a＝65.0％～75.0％，b＝10.0％～20.0％，c＝1-a-b。
2.一种制备权利要求1所述水基钻井液用抗高温有机硅-胺
类抑制剂的方法，其特征在于，该抑制剂按照一定的配比由N,N-
二甲基丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、γ-(甲基丙烯酰氧)丙
基三甲氧基硅烷经由共聚反应制得。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括以下
步骤：
(1)按一定的摩尔比例依次称取三种反应单体：N,N-二甲基
丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲
氧基硅烷；
(2)向反应容器中加入一定量的N,N-二甲基甲酰胺作为反应
溶剂，在搅拌条件下向溶剂中加入所述三种反应单体，待其混合
均匀后通氮排氧；
(3)将反应温度设定为60～75...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗霄，蒲晓林，都伟超，黄桃，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51