本發(fā)明涉及石油鉆井用鉆井液，尤其涉及黏土礦物表面水化抑制劑的制備方法和應用。

背景技術：

1、國家能源局發(fā)布的《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》中，要求2020年力爭實現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量300億立方米，2030年實現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量800-1000億立方米。頁巖氣的開發(fā)已經(jīng)成為國家能源發(fā)展的戰(zhàn)略資源。實現(xiàn)水平井長水平段(>2000米)水平井安全、優(yōu)質(zhì)、快速的鉆井成為頁巖氣開發(fā)的一個難點，其中井壁穩(wěn)定問題尤為突出。

2、當鉆井液鉆探水敏型泥頁巖地層時，通常會帶來井壁失穩(wěn)的問題。在鉆采過程中，所鉆地層有75％為頁巖地層，并且有90％的井壁失穩(wěn)問題都發(fā)生在該區(qū)域。井壁的失穩(wěn)通常會導致鉆頭泥包、井壁坍塌、高扭矩、高阻力、卡鉆和縮徑等復雜井下事故。由此井壁失穩(wěn)問題會嚴重影響鉆井速度，導致勘探和生產(chǎn)成本的大幅增加。研究表明，井壁失穩(wěn)問題所帶來的損失每年超過1億美元，占鉆井成本10％以上。

3、頁巖氣已經(jīng)成為我國國家能源發(fā)展的戰(zhàn)略資源，現(xiàn)階段大多數(shù)頁巖氣水平井長水平段的鉆探工作主要采用油基鉆井液來完成。油基鉆井液能完全抑制地層中黏土礦物的水化作用，因此具有井壁穩(wěn)定性好、鉆井液性能穩(wěn)定、油氣層損害小等水基鉆井液不具有的優(yōu)點，但較高的配置和應用成本以及環(huán)境污染問題制約了油基鉆井液的應用。因此研制與油基鉆井液性能相當?shù)乃@井液已經(jīng)成為目前國內(nèi)外鉆井液技術發(fā)展的重要方向。

4、為了替代油基鉆井液，水基鉆井液的首要任務是解決完全抑制黏土礦物的表面水化問題。現(xiàn)階段水基鉆井液使用的抑制劑可抑制黏土滲透水化，但沒有抑制劑能很好解決表面水化抑制問題。目前只有高濃度的有機酸鹽作為抑制劑時才能通過活度平衡原理實現(xiàn)對表面水化的抑制，但過高的濃度會導致成本較高，環(huán)境污染，對鉆井液流變性也有嚴重影響。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術問題，本發(fā)明的提供黏土礦物表面水化抑制劑及其制備方法和應用。

2、為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：

3、本發(fā)明提供一種黏土礦物表面水化抑制劑，所述黏土礦物表面水化抑制劑的結(jié)構(gòu)式如下所示：

4、

5、本發(fā)明還提供一種上述的黏土礦物表面水化抑制劑的制備方法，包括以下步驟：

6、將4g?2-(2-(2-氨基乙氧基)乙氧基)乙基氨基甲酸叔丁酯加入到100ml的單口瓶中，再加入60ml乙腈，5.13g碳酸鈉和0.4g的碘化鈉，攪拌半小時后，加入2.09g溴代-三聚乙二醇-溴代，升溫至70℃回流反應48h，通過抽濾除去多余的碘化鈉和碳酸鈉，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮反應液，得到中間體粗品；

7、向中間體中加入30ml的飽和hcl乙酸乙酯溶液脫boc保護基，常溫下攪拌過夜，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮反應液，用石油醚洗滌產(chǎn)物，干燥得到產(chǎn)物4.24g，即為黏土礦物表面水化抑制劑。

8、在一些實施例中，所述干燥的溫度為80℃，干燥時間為12h。

9、其具體的合成方程式如下所示：

10、本發(fā)明還提供一種上述的制備方法制得的黏土礦物表面水化抑制劑在水基鉆井液中的應用。

11、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

12、本發(fā)明抑制劑用于水基鉆井液抑制黏土礦物表面水化，能有效地抑制黏土礦物表面水化，且加量小，成本低的無毒性抑制劑，sj-2抑制劑在1wt％的加量時，都能完全抑制黏土礦物表面水化，將濕態(tài)蒙脫土基底間距從1.91nm分別降低到1.38nm，干態(tài)sj-2-蒙脫土復合物基底間距增加到1.36nm。表明抑制劑能插入蒙脫土晶層間，降低蒙脫土復合物基底間距，排除層間水分子，具有良好的抑制劑能力，并且具有優(yōu)異的置換層間可交換陽離子的能力。毒性測試表明抑制劑的1wt％水溶液為無毒性。

技術特征：

1.黏土礦物表面水化抑制劑，其特征在于，所述黏土礦物表面水化抑制劑的結(jié)構(gòu)式如下所示：

2.一種如權(quán)利要求1所述的黏土礦物表面水化抑制劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為80℃，干燥時間為12h。

4.一種如權(quán)利要求2或3所述的制備方法制得的黏土礦物表面水化抑制劑在水基鉆井液中的應用。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及石油鉆井用鉆井液技術領域，尤其涉及黏土礦物表面水化抑制劑的制備方法和應用，所述黏土礦物表面水化抑制劑的結(jié)構(gòu)式如下所示：本發(fā)明抑制劑用于水基鉆井液抑制黏土礦物表面水化，能有效地抑制黏土礦物表面水化，且加量小，成本低的無毒性抑制劑，SJ?2抑制劑在1wt％的加量時，都能完全抑制黏土礦物表面水化，將濕態(tài)蒙脫土基底間距從1.91nm分別降低到1.38nm，干態(tài)SJ?2?蒙脫土復合物基底間距增加到1.36nm。表明抑制劑能插入蒙脫土晶層間，降低蒙脫土復合物基底間距，排除層間水分子，具有良好的抑制劑能力，并且具有優(yōu)異的置換層間可交換陽離子的能力。毒性測試表明抑制劑的1wt％水溶液為無毒性。

技術研發(fā)人員：黃丹超,陳世林,孫金聲,毛禹清,王建威,陳紅,唐濤,廖茂芪,張健
受保護的技術使用者：西南石油大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19