一种钻井液用环保型有机硅防水锁剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钻井液用环保型有机硅防水锁剂及其制备方法和应用。该有机硅防水锁剂包含疏水基和亲水基，疏水基为聚甲基硅氧烷链，亲水基为磺酸基和羟基；其是通过甲基硅氧烷类与乙烯基硅氧烷类进行水解缩合反应后与磺酸基单体的接枝反应得到的。本发明专利技术的有机硅防水锁剂不仅能较强降低表面张力，使孔隙表面由水湿变为气湿，增大滤液返排，提高气相渗透率，显著的降低储层水锁伤害；而且起泡率低、抑泡和消泡性好，其制备原料易得，反应条件安全易行，易于工业化生产。

Environmental friendly organosilicon water proofing agent for drilling fluid and preparation method and application thereof

The invention provides an environment-friendly organosilicon waterproof lock agent for drilling fluid and a preparation method and application thereof. The silicone waterproof lock agent comprises hydrophobic group and hydrophilic group, the hydrophobic group is polymethylsiloxane chain, and the hydrophilic group is sulfonic group and hydroxyl group. The silicone waterproof lock agent of the invention can not only strongly reduce the surface tension, change the pore surface from water-wet to gas-wet, increase the drainage of filtrate, improve the gas permeability, significantly reduce the damage of reservoir water lock, but also has the advantages of low foaming rate, good foaming inhibition and defoaming, easy preparation of raw materials, safe and feasible reaction conditions, and easy to industry. Chemical production.

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液用环保型有机硅防水锁剂及其制备方法和应用
本专利技术属于石油勘探
，涉及一种钻井液用环保型有机硅防水锁剂及其制备方法和应用。
技术介绍
低渗透致密气藏是中国油气盆地中一种重要的油气藏类型，我国累计探明的低渗透油气储量已超过全国油气探明总储量的50％，在我国塔里木、松辽、鄂尔多斯、准噶尔和柴达木等含油气盆地新增探明油气储量中，低渗透油气储量占剩余可探明储量的主体。低渗透储层普遍具有泥质胶结物含量高、孔喉细小、渗透率超低、孔隙度超低和含水饱和度超低等特点，导致储层毛细管压力高、水敏性强和渗透性差，外来流体容易自吸进入储层，但其返排困难，相关研究结果表明，该滞留水对储层的伤害率可达70％-90％。当气藏的含水饱和度低于储层的束缚水饱和度时，储层处于亚束缚水状态，由于过剩的毛细管压力，当外来流体与储层接触时，很容易被吸入到亲水的孔隙中，产生一个附加的表皮压降，该毛细管阻力等于毛细管弯液面两侧的非润湿相压力和润湿相压力的差值，其大小可以由任意曲面的Laplace方程确定，在返排时，外来流体逐渐从大到小从毛细管中依次排出，排液速度逐次减慢，造成水锁伤害。目前主要使用的防水锁剂是甲醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚等醇类，ABSN、ABS、OP-10、tween等碳系表面活性剂以及含氟表面活性剂。但这些常用的防水锁剂存在以下不足：(1)醇类在地层中容易发生醇吸，降低储层渗透率，且醇类处理不能起持久解除水锁；(2)碳系表面活性有机硅防水锁剂普遍存在着表面张力高、难以使储层达到气湿，且耐温性低、起泡率高；(3)含氟表面活性有机硅防水锁剂使用成本高、污染环境。有机硅氧链由于柔性可平躺于界面，使硅甲基在界面紧密定向排列，最终使水的表面张力可达到20-21mN/m；Si-C的键长可以使其甲基上的氢能展开，导致其具有很好的疏水性，且能通过固液界面吸附于岩石表面达到气润湿。除此之外，还具有起泡率低、抑泡消泡性高、安全环保等特点。因此，研究含有有机硅氧链的防水锁剂有助于高效、低成本的解除水锁，提高低渗透致密气藏产能。
技术实现思路
为了解决目前常用防水锁剂的成本高、效果差、不环保等不足，本专利技术的目的在于提供一种钻井液用环保型有机硅防水锁剂及其制备方法；本专利技术的目的还在于提供该有机硅防水锁剂在低渗透致密气藏中的应用。该有机硅防水锁剂加入钻井液中可以较强降低表面张力，使孔隙表面由水润变为气湿，增大滤液返排，提高气相渗透率，显著的降低储层水锁伤害，且起泡率低、抑泡和消泡性好，对环境无污染。本专利技术的目的通过以下技术方案得以实现：一方面，本专利技术提供一种钻井液用环保型有机硅防水锁剂，该有机硅防水锁剂包含疏水基和亲水基，疏水基为聚甲基硅氧烷链，亲水基为磺酸基和羟基；其是通过甲基硅氧烷类与乙烯基硅氧烷类进行水解缩合反应后与磺酸基单体的接枝反应得到的.上述的有机硅防水锁剂中，优选地，该有机硅防水锁剂的HLB值为3-4，临界表面张力为20-21mN/m，临界胶束质量浓度为0.09％-0.10％。上述的有机硅防水锁剂中，优选地，所述聚甲基硅氧烷链的Mw/Mn＝1.1-1.2，Mz/Mn＝1.3-1.4。上述的有机硅防水锁剂中，优选地，于150℃、pH＝9-10的水中，该有机硅防水锁剂的表面张力小于25mN/m。另一方面，本专利技术还提供上述有机硅防水锁剂的制备方法，其包括以下步骤：步骤一，向反应釜中加入有机溶剂和甲基硅氧烷类，搅拌升温至50-60℃，加入催化剂进行水解反应得到甲基羟基硅烷；步骤二，向反应釜中加入乙烯基硅氧烷类进行水解缩合反应得到乙烯基聚甲基硅氧烷；步骤三，继续升温至60-75℃，向反应釜中加入引发剂和磺酸基单体进行接枝改性反应引入亲水基；步骤四，将步骤三反应后的溶液冷却，过滤或离心，得到棕红色透明溶液，用碱液中和至pH值为6-7即得到该有机硅防水锁剂。上述的制备方法中，优选地，所用催化剂的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的20％-40％。上述的制备方法中，优选地，所述乙烯基硅氧烷类的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的5.0％-6.0％。上述的制备方法中，优选地，所述磺酸基单体的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的3.5％-4.0％。上述的制备方法中，优选地，所述引发剂的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的0.2％-0.3％。上述的制备方法中，优选地，所述有机溶剂可以包括乙醇、异丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷和甲苯等中的一种或多种的组合。上述的制备方法中，优选地，所述甲基硅氧烷类可以包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、正己基三氯硅烷、正己基三甲氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三氯硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷等中的一种或多种的组合。上述的制备方法中，优选地，所述催化剂可以包括质量分数均为10％的硫酸、盐酸、醋酸、苯甲酸和乙二酸的水溶液等中的一种或多种的组合。上述的制备方法中，优选地，所述乙烯基硅氧烷类可以包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷等中的一种或多种组合。上述的制备方法中，优选地，所述引发剂可以包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化二碳酸二环己酯等中的一种或多种的组合。上述的制备方法中，优选地，所述引发剂配成质量分数为0.1％-0.12％的溶液。上述的制备方法中，优选地，所述磺酸基单体可以包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-羟基-3-烯丙氧基-1-丙烯磺酸和2-甲基丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸等中的一种或多种组合。上述的制备方法中，优选地，所述磺酸基单体配成质量分数为14％-18％的溶液。上述的制备方法中，优选地，所述碱液可以包括质量分数为15％-20％的氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，水解反应的时间为1-2h。上述的制备方法中，优选地，在步骤二中，水解缩合反应的时间为1-1.5h。上述的制备方法中，优选地，在步骤三中，接枝改性反应的时间为4-6h。再一方面，本专利技术还提供上述有机硅防水锁剂在低渗透致密气藏中的应用。上述的应用中，优选地，在钻开低渗透致密气藏储层时，以相对于钻井液水相质量0.2％-0.3％的加量加入所述有机硅防水锁剂，能够减少因滤液水锁引起的储层伤害。再一方面，本专利技术还提供一种复配型防水锁剂，其采用上述有机硅防水锁剂复配碳系、氟碳和氟硅表面活性剂而得到的。采用该有机硅防水锁剂制备得到的复配型防水锁剂在不伤害其作用的情况下能够形成性能更好的防水锁剂。本专利技术具备以下有益效果：(1)本专利技术分子量较小，在气-水界面在不断更新时，相对空间位阻小，容易扩散到溶液表面，向表面扩散和吸附达到平衡的时间更短，在吸附初期就会更快降低溶液表面张力。(2)本专利技术可在岩石-水界面通过化学键和氢键定向吸附，使岩石由高能表面变为低能表面，达到气润湿，增大滤液返排，进而使液相在储层内的渗透率提高，气井产能增加；起泡率低、抑泡和消泡性好。(3)本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井液用环保型的有机硅防水锁剂，其特征在于：该有机硅防水锁剂包含疏水基和亲水基，疏水基为聚甲基硅氧烷链，亲水基为磺酸基和羟基；其是通过甲基硅氧烷类与乙烯基硅氧烷类进行水解缩合反应后与磺酸基单体的接枝反应得到的。

【技术特征摘要】
1.一种钻井液用环保型的有机硅防水锁剂，其特征在于：该有机硅防水锁剂包含疏水基和亲水基，疏水基为聚甲基硅氧烷链，亲水基为磺酸基和羟基；其是通过甲基硅氧烷类与乙烯基硅氧烷类进行水解缩合反应后与磺酸基单体的接枝反应得到的。2.根据权利要求1所述的有机硅防水锁剂，其特征在于：该有机硅防水锁剂的HLB值为3-4，临界表面张力为20-21mN/m，临界胶束质量浓度为0.09％-0.10％。3.根据权利要求1或2所述的有机硅防水锁剂，其特征在于：所述聚甲基硅氧烷链的Mw/Mn＝1.1-1.2，Mz/Mn＝1.3-1.4。4.根据权利要求1所述的有机硅防水锁剂，其特征在于：于150℃、pH＝9-10的水中，该有机硅防水锁剂的表面张力小于25mN/m。5.权利要求1-4任一项所述有机硅防水锁剂的制备方法，其包括以下步骤：步骤一，向反应釜中加入有机溶剂和甲基硅氧烷类，搅拌升温至50-60℃，加入催化剂进行水解反应得到甲基羟基硅烷；步骤二，向反应釜中加入乙烯基硅氧烷类进行水解缩合反应得到乙烯基聚甲基硅氧烷；步骤三，继续升温至60-75℃，向反应釜中加入引发剂和磺酸基单体进行接枝改性反应引入亲水基；步骤四，将步骤三反应后的溶液冷却，过滤或离心，得到棕红色透明溶液，用碱液中和至pH值为6-7即得到该有机硅防水锁剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所用催化剂的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的20％-40％；优选地，所述乙烯基硅氧烷类的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的5.0％-6.0％；优选地，所述磺酸基单体的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的3.5％-4.0％；优选地，所述引发剂的质量为所述甲基硅氧烷类的质量的0.2％-0.3％。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷和甲苯中的一种或多种的组合。8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述甲基硅氧烷类包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，姚旭洋，王双威，赵志良，张蝶，尹达，王立辉，李龙，王茜，李家学，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11