[发明专利]一种环保型超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂

说明书

本发明公开了一种环保型超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂，属于油气田钻井技术领域，所述超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂是由超支化聚季铵盐聚氨基酸与水混合配制而成，其中超支化聚季铵盐氨基酸在页岩插层抑制剂中的质量比为0.5％‑3％，所述超支化聚季铵盐氨基酸按以下步骤合成：S1、超支化聚合物的合成；S2、超支化聚合物的纯化；S3、超支化聚合物的封端。本发明提供的超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂无毒无害，更易于与带负电的黏土层结合且其抑制性能相比于同类插层抑制剂性能有明显提升，原料易得，价格便宜，提供的合成方法稳定可靠，适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂。

背景技术

井壁不稳一直是钻井过程中需要克服的世界性难题。其经常导致井壁坍塌、缩径、卡钻等复杂事故，增加了钻井时间和钻井成本。据统计数据显示，75％的井壁不稳问题主要发生在泥页岩地层，尤其是水敏性地层，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长，页岩水化更严重，井壁失稳更加突出。油基钻井液虽具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等优点，但是，油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响，而且与使用水基钻井液相比机械钻速一般较低，以上缺点大大地限制了油基钻井液的推广应用。

近年来随着环保要求的逐渐提高，开发出效果与油基钻井液相当且符合环保要求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。为了克服现有抑制剂的缺点，研究者们在抑制剂方面展开了大量实验研究，但真正被市场所接受的品种不多，尤其是适用于高温高密度且符合环保要求的水基钻井液尚待开发。近年来，氨基酸物质由于其生物无毒性，安全可降解等优点得到了众人的关注。

但目前所研究和应用的聚胺类抑制剂多为线性结构，对于线性聚胺类抑制剂而言，其在水中溶解后通常呈无规则的线性构型，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。超支化聚合物由于其低粘度、高流变性以及良好的溶解性和大量可修饰的末端官能团等一系列独特的物理化学特性，且结构上呈现三维立体结构，因此我们通过引进超支化聚合物来改善以上缺点。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提供一种超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂，该抑制剂响应了环保要求，且抑制性能相比于同类产品有明显提升，能完全满足各种复杂井况的钻井需求，且合成工艺简单、环保，产率较高，生产成本低廉，适合工业化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂，所述超支化聚季铵盐氨基酸制成的页岩插层抑制剂由超支化聚季铵盐氨基酸与水混合配制合成，其中超支化聚季铵盐氨基酸在页岩插层抑制剂中的质量比为0.5％-3％，所述超支化聚季铵盐氨基酸以胺类化合物及丁二酸酐为原料，季铵盐氨基酸类化合物为封端试剂采用如下步骤合成:

(1)超支化聚合物的合成：

取25mmol胺类化合物与25mmol丁二酸酐分别溶解在100ml的有机溶剂中，在冰水浴、通氮气搅拌条件下向胺类化合物的溶液中逐滴滴加丁二酸酐溶液，滴加完成后，再升温至 25-35℃反应8-24h，反应完毕后，减压蒸馏得到淡黄色液体。

(2)超支化聚合物的纯化：

超支化聚合物的制备：将(1)所得的淡黄色液体用80-100ml有机溶剂溶解，在90-110℃，氮气氛围并搅拌的条件下，回流反应4h。将所得产物用有机溶剂重复沉淀洗涤3次，经真空干燥后得到淡黄色粉末。

(3)超支化聚合物的封端：