[发明专利]一种低分子量支化季铵盐制成的页岩插层抑制剂

说明书

本发明公开了一种低分子量支化季铵盐制成的页岩插层抑制剂，属于油气田钻井技术领域，该页岩抑制剂由低分子量支化季铵盐与水按比例混合配制而成，其中低分子量支化季铵盐在页岩插层抑制剂中的质量比为0.5～10％，所述低分子量支化季铵盐以多胺类化合物和含有烯键的季铵盐为原料、用分步合成法或一锅合成法合成，具体步骤为：将原料配置为相应浓度的溶液，把上述溶液滴加混合后，加热回流，再经减压蒸馏、洗涤、抽滤、烘干得到低分子量支化季铵盐。本发明所合成的低分子量支化季铵盐页岩插层抑制剂无毒无害、具有良好的抑制能力，效果远超同类产品，且抗温能力达到260℃，特别适合超高温深井的钻井。

技术领域

本发明属于油气田钻井技术领域，具体涉及一种低分子量支化季铵盐制成的页岩插层抑制剂。

背景技术

井壁不稳定经常导致井壁坍塌，缩径，卡钻等井下复杂事故，增加了钻井时间和钻井成本。75％的井壁不稳定主要发生在泥页岩地层，特别是水敏性地层。油基钻井液虽然在井壁稳定、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆以及快速钻井等方面有明显的优势，但由于其对环境污染严重，不昜处理、处理成本过高而渐渐使国内外研究者将目光聚焦在水基钻井液上，因此开发研究出效果与油基钻井液相当的水基钻井液来代替油基钻井液是当前钻井液技术发展的一种趋势。

页岩地层黏土矿物含量高，页岩气水平井水平段长，钻井液与地层接触的时间大大增加，页岩水化更严重，井壁失稳更加突出。为实现水基钻井液代替油基钻井液，必须首先做到水基钻井液能像油基钻井液那样完全抑制黏土矿物的水化。聚胺类高性能钻井液体系是符合钻井过程多方面要求并认为可替代油基钻井液的新型环保型钻井液，国内外研究表明，以胺类单体为主要原料的聚胺类抑制剂已经被广泛应用于水基钻井液体系，并且取得了较好的抑制效果。

但目前所研究和应用的聚胺类抑制剂多为线性结构，对于线性聚胺抑制剂而言，其在水中溶解后通常呈无规则得线性构型，当其用于页岩气钻井过程中时，在粘土上的缠绕、包被是不均匀的，容易造成重复吸附或者没有吸附。与此同时，作用基团一般存在于分子链的两端，使得一个分子链通常只含有两个作用基团，在这种情况下线性聚胺抑制剂的作用效果也往往存在一定的局限性。并且高分子量的聚胺化合物难以进入粘土层间，使得其抑制性能被限制。

发明内容

本发明的一个目的是针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，一种低分子量支化季铵盐制成的页岩插层抑制剂，以解决插层抑制黏土矿物表面水化问题，本发明具有高效无毒、正电荷密度高、抑制性能好、防泥包性能好等优点，同时提供了一种制备方法，刚方法稳定可靠、产率高。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种低分子量支化季铵盐制成的页岩插层抑制剂，由低分子量支化季铵盐与水按比例混合配制而成，其中低分子量支化季铵盐在页岩插层抑制剂中的重量比为0.5～10％，所述低分子量支化季铵盐以多胺类化合物和含有烯键的季铵盐为原料、用分步合成法或一锅合成法合成，其步骤如下：

S11、将多胺类化合物和含烯键的季铵盐分别溶解在溶剂中，配制成溶液；

S12、在氮气气氛下，将含烯键的季铵盐的溶液滴加在多胺类化合物中；

S13、将S12所得混合溶液在105℃进行回流反应；

S14、取S13产品进行减压蒸馏，再经洗涤、抽滤、烘干得到低分子量支化季铵盐。

进一步的，所述分步合成法具体步骤包括：

S21、准确称取等摩尔份的多胺类化合物和含有烯键的季铵盐类化合物，并将其分别溶解在等质量的溶剂中，其中多胺类化合物溶液的质量浓度为50％，把多胺类化合物的溶液转移至三口烧瓶中，在氮气氛围的保护下，升温至40-45℃，将含有烯键的季铵盐溶液匀速的滴入多胺类化合物的溶液中，边滴加边以900r/min的速度搅拌，滴加完后，升温至105℃，加热回流反应5-7h，反应完毕后，经减压蒸馏得到G1的粗产品，粗产品经洗涤、抽滤、烘干得到G1低分子量支化季铵盐；