一种疏水成膜抑制剂及其制备方法与流程

本发明涉及石油助剂，尤其涉及一种疏水成膜抑制剂及其制备方法。

背景技术：

1、伴随油气勘探技术的快速发展和开发进程不断加快，勘探开发的重点已经由中浅层向深层、超深层发展，受埋深及沉积环境影响，深部地层岩性复杂多变，泥页岩井壁失稳问题异常突出。油基钻井液凭借着良好的高温稳定性和强抑制性是复杂深井施工的首选，但在环境保护及钻井液综合成本控制压力下，其推广应用规模受到限制。泥页岩地层井壁失稳主要是表面亲水性的岩石微纳米级孔缝发育，岩石自吸作用导致钻井液及其滤液进入页岩微孔缝，水化膜短程斥力将导致水化变形或微结构破坏；钻井过程中，在井底压差、毛细管力、化学势差等作用下，钻井完井液滤液沿着微裂缝或层理面优先侵入，造成近井壁的孔隙压力增加，削弱了液柱压力对井壁的有效应力支撑井壁作用；滤液侵入引起泥岩表面水化作用，水化膜“楔入”作用，使微裂缝开裂、扩展、分叉、再扩展，相互贯通，最后与主裂缝贯通，最后地层沿某一力学性质最弱的裂缝或层理面发生破坏，造成井壁掉块等失稳情况。因此，为保持泥页岩地层井壁稳定，需要通过改变黏土矿物表面从亲水向疏水转变，最大程度地拉紧黏土矿物相邻晶层，尽可能地减少水分子进入岩石内部。

2、近年来发展起来的胺基聚醚类抑制剂通过氢键和水解出的铵根离子的静电引力将黏土片层束缚在一起，在一定程度上降低了黏土矿物表面水化程度，但抑制效果与油基钻井液相比仍然存在着不小差距，而且此类抑制剂存在着价格昂贵、起泡严重、高温易分解和对钻井液流变性影响大等问题，推广应用受到限制。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种水基钻井液用疏水成膜抑制剂及其制备方法。该剂能够最大程度地拉紧相邻晶层降低水分子进入，可将黏土矿物表面从亲水向疏水转变从而减轻页岩的自吸效应，包裹在黏土表面的碳链形成油膜进一步降低钻井液及其滤液进入页岩微孔缝。水基钻井液添加疏水成膜抑制剂后，泥页岩地层的井壁稳定性可大幅提高，水敏性储层的渗透率损害可明显降低。本发明的目的之一在于提供一种疏水成膜抑制剂。

2、本发明的目的之二在于提供一种该疏水成膜抑制剂的制备方法。

3、本发明的目的之三在于提供一种水基钻井液，包括该疏水成膜抑制剂。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、第一方面，本发明提供了一种具有式i所述结构的疏水成膜抑制剂，

6、

7、x-选自bf4-、pf6-、

8、f-、cl-、br-、i-、no3-中的一种；r选自ch3、ch2ch3、ch2ch2ch3、ch2ch2ch2ch3中的一种；

9、r1、r2和r3各自独立地选自ch3、och3、och2ch3、och2ch2och3和och2ch2och2ch2och3中的一种，且不同时为ch3；更优选地，r1、r2和r3各自独立地选自ch3、och3和och2ch3中的一种，且不同时为ch3；

10、m代表ch2结构单元的个数，为0～9的整数，优选为0～6的自然数，更优选为2、3或4；

11、n代表ch2结构单元的个数，为0～9的整数，优选为0～6的自然数，更优选为1、2或3。

12、第二方面，本发明提供了一种上述疏水成膜抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

13、将式ii-1所示结构的胺基化合物和式ii-2所示结构的有机硅化合物在溶剂中溶解，升温后加入催化剂，搅拌条件下回流，反应一段时间，经减压蒸馏、除杂，分液后得疏水成膜抑制剂；

14、

15、式ii-1中，x-选自bf4-、pf6-、

16、f-、cl-、br-、i-、no3-中的一种；

17、r选自ch3、ch2ch3、ch2ch2ch3、ch2ch2ch2ch3中的一种；

18、m代表ch2结构单元的个数，为0～9的整数，优选为0～6的自然数，更优选为2、3或4；

19、式ii-2中，r1、r2和r3各自独立地选自ch3、och3、och2ch3、och2ch2och3和och2ch2och2ch2och3中的一种，且不同时为ch3；更优选地，r1、r2和r3各自独立地选自ch3、och3和och2ch3中的一种，且不同时为ch3；

20、n代表ch2结构单元的个数，为0～9的整数，优选为0～6的自然数，更优选为1、2或3。

21、优选的，具体制备方法如下：

22、(1)向反应器中加入式ii-1所示结构的胺基化合物、式ii-2所示结构的有机硅化合物、干燥剂和溶剂，搅拌条件下升温至预定反应温度，得到反应液a；

23、(2)向反应液a中加入氰基化试剂，搅拌条件下回流，反应一段时间后，得到反应液b；

24、(3)将反应液b进行过滤，除去干燥剂后再减压蒸馏，除去溶剂和氰基化试剂，得到淡黄色粗产物；

25、(4)将步骤(3)所得粗产品用乙醇沉淀除杂，分液后取下层淡黄色液体，即为疏水成膜抑制剂。

26、在一些实施方案中，步骤(1)所述溶剂为四氢呋喃(thf)、n，n-二甲基甲酰胺(dmf)、n，n-二甲基乙酰胺(dma)和二甲亚砜(dmso)中的一种。

27、在一些实施方案中，步骤(1)所述反应温度为35～55℃。

28、在一些实施方案中，步骤(1)式ii-1所示结构的胺基化合物与式ii-2所示结构的有机硅化合物的摩尔比为(1～3)：1，优选为(1.2～1.8)：1。

29、在一些实施方案中，步骤(1)式ii-1所示结构的胺基化合物和式ii-2所示结构的有机硅化合物在溶剂中的质量百分浓度为5.0％～20.0％，优选为6.0％～12.0％。

30、在一些实施方案中，步骤(1)所述干燥剂为无机干燥剂，优选为na2so4、mgso4、caso4、al2o3、cacl2、p2o5中的一种，更优选为mgso4或al2o3。

31、在一些实施方案中，步骤(1)所述干燥剂的加入量为式ii-1所示结构的胺基化合物和式ii-2所示结构的有机硅化合物总质量的2.0％～5.0％。

32、在一些实施方案中，步骤(2)所述氰基化试剂为丙酮氰醇。

33、在一些实施方案中，步骤(2)所述氰基化试剂与式ii-2所示结构的有机硅化合物的摩尔比为(1～3)：1，优选为(1.2～1.6)：1。

34、在一些实施方案中，步骤(2)所述反应时间为12～64h，优选为24～36h。

35、在一些实施方案中，步骤(4)具体步骤包括：将步骤(3)得到的粗产物加入到乙醇中，静置12h，即发生分层现象，用分液漏斗分离，取下层淡黄色液体，即得最终产物。

36、第三方面，本发明提供了一种水基钻井液，包括上述疏水成膜抑制剂。

37、本发明中，对所述疏水成膜抑制剂在水基钻井液中的加量没有特别限定，可以根据地层情况、钻井液性能、钻井工程现场需要等情况进行适当地调整，例如可以以所述水基钻井液总量为基准，所述疏水成膜抑制剂的加量为0.02wt％～0.5wt％。

38、本发明中，对所述水基钻井液的类型没有特别限制，可以采用本领域技术人员所熟知的水基钻井液类型，包括但不限于钾胺基钻井液体系、聚合物防塌钻井液体系、抗高温磺化钻井液体系、抗高温聚磺钻井液体系、kcl钻井液体系、甲酸盐钻井液体系、复合盐钻井液体系和无固相钻井液体系。

39、有益效果：

40、本发明所提供的疏水成膜抑制剂，是一种有机硅离子液体，分子中含有咪唑环阳离子为阳离子基团，可以通过静电吸附作用拉紧相邻晶层；分子结构上的硅氧烷结构，在碱性的钻井液中水解生成si—oh，继而与黏土层间和外表面的羟基发生缩聚反应生成si—o—si基团，从而发生牢固的化学吸附：吸附在黏土层间的抑制剂可以与无机阳离子发生置换，将黏土的片层结构牢固地吸附在一起，阻碍黏土的水化膨胀；分子中疏水性的碳链包覆在黏土表面，一方面可以将黏土表面由亲水性向疏水性转变，另一方面形成油膜阻碍水分子的进一步侵入。

41、在上文中已经详细地描述了本发明，但是上述实施方式本质上仅是例示性，且并不欲限制本发明。此外，本文并不受前述现有技术或 技术实现要素： 或以下实施例中所描述的任何理论的限制。