[发明专利]一种钻井液用超支化有机硅抑制剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钻井液用超支化有机硅抑制剂及其制备方法，所述超支化有机硅抑制剂是将超支化聚乙烯亚胺的端胺基部分接枝硅氧烷和疏水基团，得到的所述超支化有机硅抑制剂。所述硅氧键可以实现与黏土的结合，而所述疏水基团可以赋予抑制剂一定的疏水性。本发明提供的超支化有机硅抑制剂可与水敏性黏土矿物发生牢固的化学吸附，可有效抑制水敏性黏土矿物的水化膨胀和水化分散。同时，引入的疏水基团提高了分子膜的疏水性，增加了黏土颗粒与水分子之间的排斥作用，延迟了水分子进入黏土内部的时间，而在实际的钻井施工中，延迟水敏性黏土矿物的水化时间，为水敏性岩屑的通过振动筛筛除提供了有利条件，这对于维护钻井液的性能提供了有利条件。

技术领域

本发明属于油田化学助剂领域，涉及钻井液用有机硅抑制剂，特别地，涉及一种钻井液用超支化有机硅抑制剂及其制备方法。

背景技术

在钻井工程中，泥页岩地层中的水敏性黏土矿物即会水化膨胀和水化分散，从而导致泥包钻头、缩径、垮塌掉块等一系列的井下负责情况，这就对钻井液的抑制性提出了更高的要求。常用的钻井液抑制剂包括KCl、NH₄Cl、HCOOK、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺钾盐、聚合醇和聚胺等。其中，聚胺被公认为是效果较佳的抑制剂品种。

聚胺抑制剂的相对分子质量和阳离子度对页岩的抑制性能具有较大影响。当聚胺抑制剂的相对分子质量较小时，聚胺抑制剂分子嵌入黏土层间，通过静电吸附和氢键作用，将相邻的黏土片层束缚在一起，阻碍了黏土的层间距的增大，在性能上表现为抑制水化膨胀，这与KCl的抑制机理相似。

随着聚胺抑制剂相对分子质量的增大，由于聚胺抑制剂分子直径超过了黏土的层间距，导致进入黏土晶层间替换可交换阳离子的分子数减少，则更多的聚胺抑制剂分子通过静电吸附和氢键作用将黏土包被，阻碍钻井液中水分子侵入黏土的进程，在性能上表现为抑制水化分散，这与聚丙烯酰胺的抑制机理相似。但无论哪种作用机理，聚胺抑制剂与黏土之间的吸附作用是抑制剂发挥抑制效果的基础。

自Flory在上世纪50年代初提出超支化聚合物这个概念以来，作为一种具有高度分支拓扑结构的树枝状聚合物，已经被引入到钻井液助剂领域中被作为钻井液抑制剂来使用，且表现出良好的抑制效果。2016年，Ferreira C.C.等在《Applied Clay Science》第132卷中发表的《Partially hydrophobized hyperbranched polyglycerols as non-ionicreactive shale inhibitors for water-based drilling fluids》中，采用丙三醇、甲基丙烯酸甲酯、三羟甲基丙烷和长链环氧化物为原料，制得了疏水型的超支化聚醚甘油抑制剂，其抑制性能优良，且与KCl具有良好的协同增效性。

中国专利CN106520085A公开了一种树枝状聚醚泥页岩抑制剂及其制备方法与应用，所述树枝状聚醚泥页岩抑制剂是由端胺基树枝聚合物与环氧烷烃反应得到的，其实质是将伯胺基替换成羟基，并引入醚氧基。羟基、醚氧基与胺基同为吸附基团，羟基、醚氧基与黏土的吸附则是通过氢键吸附来实现的，仍属于物理吸附。该专利并没有对该泥页岩抑制剂的抗温性进行评价，也没有评价高温对吸附量的影响程度，只是指出该抑制剂的抑制性能优于常规的泥页岩抑制剂KCl。

2018年宣扬等在《中国石油大学学报(自然科学版)》第41卷第6期中发表的《超支化聚乙烯亚胺作为钻井液页岩抑制剂研究》中首次公开了超支化聚乙烯亚胺可以作为钻井液抑制剂，研究表明，相对分子质量最低的和最高的超支化聚乙烯亚胺的作用效果最佳。通过作用机理分析，相对分子质量最低的超支化聚乙烯亚胺主要是通过插层作用来减小黏土层间距的增大，从而有效抑制了黏土的水化膨胀；相对分子质量较高的超支化聚乙烯亚胺主要是通过架桥作用，即包被作用来抑制黏土的水化分散的。根据超支化聚乙烯亚胺的分子结构特点，超支化聚乙烯亚胺与黏土之间的相互作用主要是通过静电吸附和氢键吸附来实现的，这与常规的聚胺抑制剂相同。文献没有对超支化聚乙烯亚胺高温条件下的抑制性能进行评价。