[发明专利]一种水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种能够降能够使得水基钻井液具有更优良的防塌能力的水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂及其制备方法。所述水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂的制备方法使用笼形聚倍半硅氧烷硅烷单体以及含氟丙烯酸酯类单体，采用可逆加成断裂链转移法制备含氟硅纳米嵌段共聚物；包括以下步骤：S1、聚笼形聚倍半硅氧烷的制备；S2、嵌段共聚物的制备。采用发明所述水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂的制备方法得到的页岩抑制剂能够显著改变岩石表面润湿性，使亲水性页岩转变为疏水性页岩；具有强抑制性，能显著降低黏土水化膨胀，抑制页岩水化分散；抗温能力强，在高温下仍表现出良好的抑制。

技术领域

本发明涉及石油工业的油田化学领域，尤其是一种水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂及其制备方法。

背景技术

众所周知的：油气钻井过程中，井壁稳定问题是世界范围内普遍存在的问题。井壁失稳造成的井壁垮塌、缩径、漏失、卡钻及储层污染等井下复杂情况和事故，不仅严重威胁钻井安全、延长钻井周期，而且大幅度增加钻井成本。钻井过程中所钻遇的地层75％由泥页岩组成，而90％以上的井壁失稳发生在泥页岩井段。因此，复杂泥页岩地层的井壁稳定对于安全经济高效钻井具有十分重要的意义。

泥页岩水化是导致井壁失稳的重要因素，原因在于钻井过程中钻井液侵入地层引起地层黏土矿物水化膨胀，导致岩石强度降低，而岩石表面的亲水性是导致泥页岩水化的根本原因。目前稳定井壁的钻井液技术主要有泥页岩抑制技术、地层孔缝封堵技术和化学固壁技术，均没有解决岩石表面的亲水性问题。因此，对于复杂结构井钻井过程中遇到的易水化泥页岩地层，上述技术仍难以解决井壁失稳问题。虽然油基钻井液在解决井壁稳定方面有着独特优势，但是其成本高、环保性能差，迫切需要具备高效抑制能力且环保的水基钻井液。而高性能水基钻井液技术的关键在于高效抑制剂的研发与应用。

降低页岩表面的亲水性可降低岩石表面自由能。依据热力学定律，泥页岩表面自由能是岩石吸附水和表面水化的驱动力。因此，降低页岩表面亲水性可以抑制泥页岩表面水化。纳米疏水材料可以大幅度提高固体表面的接触角，甚至可以达到超疏水(接触接＞150°)的效果，目前在建筑、木材、电子、玻璃等行业取得了巨大的成功，但是钻井液环境中，纳米材料在固体表面的吸附动力学特性不同于空气中的吸附，因此纳米疏水材料在钻井液领域的研究和应用鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够降低页岩表面自由能，使岩石发生润湿反转，改变岩石亲水性，大幅减少页岩水化，能够使得水基钻井液具有更优良的防塌能力的水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂的制备方法，使用笼形聚倍半硅氧烷硅烷单体以及含氟丙烯酸酯类单体，采用可逆加成断裂链转移法制备含氟硅纳米嵌段共聚物；

包括以下步骤：

S1、聚笼形聚倍半硅氧烷的制备；

取甲苯，在甲苯搅拌的过程中加入笼形聚倍半硅氧烷单体，同时加入可逆加成断裂链转移剂，混合均匀；再加入引发剂，通氮气15～30min使反应体系无氧，升温至65～80℃继续恒温搅拌7～9h；反应完毕后，产品在乙酸乙酯/甲醇混合物中沉淀，在45～50℃真空烘箱中干燥过夜；

S2、嵌段共聚物的制备；

取步骤S1中得到产品，然后加入甲苯和含氟丙烯酸酯类单体，搅拌得到均匀混合物，加入引发剂，通氮气15～30分钟制造无氧环境，在65～80℃反应7～9h；得到的产品在正己烷中沉淀，并将沉淀所得产物在45～50℃真空烘箱中干燥过夜。

进一步的，步骤S1中笼形聚倍半硅氧烷单体采用甲基丙烯酰氧丁基POSS、甲基丙烯酸乙酯POSS、甲基丙烯酸异辛酯POSS、甲基丙烯酸PSSS、丙烯酸酯POSS、丙烯POSS中的一种。