[发明专利]一种天然气水合物钻井液用双效抑制剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种天然气水合物钻井液用双效抑制剂及其制备方法与应用，所述天然气水合物钻井液用双效抑制剂是通过2‑丙烯酰氨基‑2‑甲基‑1‑丙烷磺酸与二甲基二烯丙基氯化铵自由基聚合反应制备得到的。本发明抑制剂钻井液配伍性良好，水合物分解抑制效率高，能显著降低过热条件下的水合物分解速率，降低粘土的水化分散程度，协同维持钻井过程中水合物地层的井壁稳定。

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物钻井液用双效抑制剂及其制备方法与应用，属于海域天然气水合物钻采技术领域。

背景技术

天然气水合物是一种通常以超过99％的甲烷气体和少于1％的其他烃类气体作为客体分子组成的笼型水合物。天然气水合物是一种清洁的接替能源，由天然气与水在高压低温条件下形成的结晶物质，全球水合物资源总量约是传统化石能源总量的两倍，我国海域的水合物资源量约为800亿吨油当量，是重要的潜在高效清洁油气接替资源，对于保障国家能源战略安全尤为重要。近年来美国、日本、加拿大等多个发达国家开展了水合物试采，我国海域深水天然气水合物试采也取得重要突破，但均离商业化开采相距甚远。

海底天然气水合物对温度、压力极为敏感，钻井过程中井筒工作液与天然气水合物发生传质传热等相互作用，易诱发储层内天然气水合物的分解，引起井眼周围地层应力重新分布、地层强度降低，导致井壁失稳、储层损害。通过注入化学剂稳定地层水合物或降低水合物的分解速率，能有效抑制水合物分解引起地层强度下降的现象。但是，目前关于水合物分解抑制剂的研究较少，例如：中国专利文献CN109321215A公开了一种由聚3-亚甲基2-吡咯烷酮、卵磷脂和聚N-乙烯基吡咯烷酮单独使用或复配而成的水合物分解抑制剂，可避免水合物分解造成的一系列井下事故，其中，卵磷脂的分解抑制效率最高，但是卵磷脂加入钻井液易引起起泡现象限制了其在钻井液中的加量，其加量通常不超过0.5％，而聚3-亚甲基2-吡咯烷酮的制备步骤繁琐。中国专利文献CN112961255A公开了一种由纤维素和3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷制备的水合物分解抑制剂，能改善钻井液体系的水合物分解抑制性，具有制备方法简单、绿色环保的特点。总体来说，目前对新型天然气水合物分解抑制剂的研究较少，并且现有的天然气水合物抑制剂对粘土水化抑制作用较弱，开发新型天然气水合物分解抑制剂具有重要的意义。

海域天然气水合物地层埋藏浅、成岩性差，粘土含量高达30％。水敏性粘土矿物与钻井液相互作用时，由于吸水使得地层强度降低，是影响井壁稳定性的关键因素之一。中国专利文献CN103509533A提供了一种适用于页岩地层的水化抑制剂，由非离子聚醚，有机小分子季铵盐制备得到，能有效降解决钻井过程中因页岩水化而引起的井壁失稳问题。中国专利文献CN106190064A公开了一种聚胺类抑制剂，通过低分子量的胺类化合物与杂环化合物在设定条件下反应合成，对泥页岩具有强抑制能力，与其他常规钻井液处理剂配伍性好，且无毒环保。目前水化抑制剂主要适用于页岩地层，尚未针对天然气水合物地层提出兼具水化抑制与水合物分解抑制作用的双效抑制剂。

因此，开发具有天然气水合物分解抑制性能和粘土水化抑制性能的双效抑制剂，是目前天然气水合物钻采技术领域的重点攻关方向之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种天然气水合物钻井液用双效抑制剂及其制备方法与应用。本发明的抑制剂加入钻井液后，能显著提高钻井液的天然气水合物分解抑制性，降低甲烷在水溶液中的传质效率；同时可以抑制粘土的水化分散程度，减少地层裂缝发育，有利于保障钻井过程中的井壁稳定；本发明的双效抑制剂兼具水合物分解抑制性能和粘土水化抑制性能，并且制备方法简单。

本发明的技术方案如下：

一种天然气水合物钻井液用双效抑制剂，所述天然气水合物钻井液用双效抑制剂是通过2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸与二甲基二烯丙基氯化铵自由基聚合反应制备得到的，所述天然气水合物钻井液用双效抑制剂具有如下式Ⅰ所示结构：

式Ⅰ中，x/y＝3.5-5。