[发明专利]一种温敏型天然气水合物动力学抑制剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种温敏型天然气水合物动力学抑制剂以及制备方法，所述的天然气水合物动力学抑制剂是通过N‑乙烯基甲酰胺与2‑溴乙基乙醚发生亲核取代反应得预聚合单体NE，随后预聚合单体NE与N‑乙烯基吡咯烷酮发生自由基共聚制备得到的。本发明还提供温敏型水合物动力学抑制剂的制备方法。本发明天然气水合物动力学抑制剂用于抑制天然气水合物晶核生成和长大，进一步抑制井筒中天然气水合物的聚并和沉积，防止其堵塞井筒，同时可调节钻井液流变性，从而保障天然气水合物的安全、高效生产。

技术领域

本发明涉及一种温敏型天然气水合物动力学抑制剂及其制备方法，属于水基钻井液有机添加剂技术领域。

背景技术

我国油气供需矛盾日益凸显，常规油气资源已不能满足日益增长的国民经济发展需求，开发高效、清洁的新能源对保障我国能源安全具有重要的战略意义。天然气水合物作为一种清洁、高热值、蕴藏量巨大的资源，我国海域的水合物资源量约为800亿吨油当量，有望成为未来替代油气资源的新型清洁能源之一。然而，天然气水合物在钻井过程中存在一系列关键技术问题：天然气水合物在井筒中易生成，聚并导致井筒堵塞，严重时甚至会导致钻井事故。

目前，在钻采过程中，天然气水合物的抑制方法主要是通过向钻井液中加入水合物热力学抑制剂，如甲醇、乙二醇、盐类电解质等，通过改变天然气水合物形成的热力学条件，避免水合物在井筒中形成。然而，热力学抑制剂存在用量高、效果差等不足，如甲醇、乙醇、氯化钠等用量高达20～60wt％，这大大提高了天然气水合物的开发成本，且甲醇、乙二醇等化学试剂会给海洋生态环境造成二次伤害；氯化钠等盐类电解质对钻井工具的腐蚀性较高，严重时甚至会导致管线断裂等事故发生，给天然气水合物生产安全带来极大的风险。因此，现有的热力学抑制剂已经无法满足海域天然气水合物开发的进一步需求。

天然气水合物动力学抑制剂是一种通过影响水合物动力学参数来抑制水合物生成和生长的低剂量抑制剂，无需改变水合物生成的相平衡条件，在使用量低至体系总量的3.0wt％以下，即可大幅度延长水合物成核时间、减小晶核生长速率，减少钻井过程中的水合物堵塞。相比传统热力学抑制方法，水合物动力学抑制剂具有用量少，效果显著、环境效益好等优点，能有效抑制井筒内水合物的形成和沉积，可为安全、高效开采水合物资源提供有力保障。

此外，天然气水合物钻采过程中，当钻井液循环流经深水海底区域(4℃以下)时，钻井液粘度急剧增加，导致钻井过程中环空钻井液的流变性难以控制，管柱内循环阻力增加，严重威胁天然气水合物钻采安全。

关于天然气水合物动力学抑制剂也有专利文献报道。例如：中国专利文件CN105859963A提供了一种多环聚合天然气水合物动力学抑制剂，使用N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、丙烯酰胺、丙烯腈，通过自由基聚合制备得到，该动力学抑制剂可有效抑制天然气水合物的生成，但其不能在低温条件下调控钻井液的流变性；中国专利文件CN108276512A提供了一种温敏型聚合物，该聚合物使用乙烯己内酰胺单体(VCL)，通过自由基聚合，制备了一种可调控钻井液流变性的高分子聚合物(PVCL)，但由于其只含有环形结构，所以对水合物抑制性能较弱。

中国专利文件CN111116797A提供了一种新型的天然气水合物抑制剂，所述抑制剂以N-乙烯基吡咯烷酮为基础，在其单体环结构上添加新的结构基团得到的，所述的结构基团为含C1-C6的羟基、含C1-C6的烃基或含C1-C6的氨基。中国专利文件CN109735316A提供一种天然气水合物抑制剂。所述的天然气水合物抑制剂以N-乙烯基吡咯烷酮为基础，通过化学合成，在端基添加-CF₃或-RCF₃基团，改变抑制剂的端链结构，以达到增强抑制效果的目的。但以上两种抑制剂在重复单元中仅含多元环形结构，不含线性结构，对水合物抑制类型单一，抑制能力不足。同时，其仅用来抑制天然气水合物的生成，但钻井液流变性调控效果不佳，不足以满足当前水合物地层开发需求。

因此，需开发一种可有效抑制天然气水合物生成和在低温条件下可以调节钻井液流变性能的天然气水合物动力学抑制剂。为此，提出本发明。

发明内容