本發(fā)明涉及鉆井液抑制劑制備領(lǐng)域，具體地說是一種鉆井液用聚有機(jī)硅胺抑制劑的制備方法。

背景技術(shù)：

在石油鉆井過程中，常常發(fā)生井筒周圍泥頁(yè)巖吸水膨脹、剝落甚至坍塌，導(dǎo)致劃眼等復(fù)雜情況。為解決這一問題，現(xiàn)場(chǎng)常使用多種防塌抑制劑，如聚合醇、改性瀝青、聚合物高分子包被劑、甲基葡萄糖甙及聚胺等。聚胺是近幾年發(fā)展起來的一種小分子量含氮原子或離子的聚合物防塌抑制劑。該產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)酰胺基或陽(yáng)離子銨、或分子形式的氨或羧酸或醚鍵。

現(xiàn)場(chǎng)常用的該類產(chǎn)品主要為非離子型聚胺、陽(yáng)離子型聚胺。能有效吸附在井壁表面的泥頁(yè)巖上或鉆屑表面，降低粘土晶格層間距，改善頁(yè)巖膜效應(yīng)，減少水分子進(jìn)入泥頁(yè)巖中，起到抑制泥巖膨脹作用。由于非離子聚胺中含有較多酰胺基團(tuán)或醚鍵，吸附于井壁泥頁(yè)巖表面或粘土膠粒上，表現(xiàn)出包被防塌抑制性，但分子量較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的絮凝現(xiàn)象，使鉆井液體系中自由水增加，濾失量提高，嚴(yán)重時(shí)鉆井液流變性也會(huì)發(fā)生較大改變，而且鉆井液起泡嚴(yán)重。陽(yáng)離子聚胺是通過電性吸附在帶負(fù)電的粘土顆?；蚓诒砻娴?，分子量小時(shí)，壓縮雙電層或進(jìn)入粘土片晶格中交換出離子直徑大的金屬離子來降低粘土晶格層間，達(dá)到抑制泥巖膨脹作用。由于分子量小，包被防塌抑制作用則不強(qiáng)，鉆屑或粘土盡管不膨脹，但分散較嚴(yán)重。分子量大的陽(yáng)離子聚胺除有壓縮雙電層抑制作用外，還有包被抑制作用，但同樣也會(huì)出現(xiàn)絮凝作用。因此，有必要研究出分子量適中，絮凝現(xiàn)象不明顯，能有效控制鉆井液中自由水的聚胺抑制劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)缺陷，提供在鉆進(jìn)液過程中絮凝現(xiàn)象不明顯、對(duì)鉆井液流變性和濾失量影響小、不起泡的一種鉆井液用聚有機(jī)硅胺抑制劑的制備方法。

一種鉆井液用聚有機(jī)硅胺抑制劑的制備方法，包括如下步驟：

1)、氯硅烷的制備：先取90-120重量份的二氯硅烷、5-8重量份的鉑催化劑于反應(yīng)器中后，再?gòu)暮銐郝┒分械稳?0-80重量份的3-氯丙烯于反應(yīng)器內(nèi)，攪拌、冷凝回流直至無液滴即可得到氯硅烷；

2)、含有烷氧基的氯硅烷的制備：將步驟1)反應(yīng)器的溫度降至0℃后，在滴加90～100重量份的小分子醇至反應(yīng)器內(nèi)的同時(shí)，向反應(yīng)器內(nèi)通入60～80重量份氨水，升溫至38～42℃，然后向反應(yīng)器內(nèi)通入氮?dú)夂蟮玫胶型檠趸穆裙柰楹吐然@溶液；

3)、含有烷氧基的有機(jī)硅胺的制備：向步驟2)反應(yīng)器內(nèi)加入5～6重量份催化劑Pt-N(C₂H₅)，從恒壓漏斗中滴入55-65重量份小分子有機(jī)胺，然后充入氮?dú)?、升溫、回流、冷卻得中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液；

4)、聚胺抑制劑的制備：在另一個(gè)反應(yīng)器中分別加入290～305重量份的去離子水、2～4重量份堿催化劑，使得水解體系PH值為9～10；再用滴加漏斗加入145～155重量份步驟3)制備的溶液反應(yīng)后，抽真空、冷卻獲得聚有機(jī)硅胺抑制劑。

本發(fā)明一種鉆井液用聚有機(jī)硅胺抑制劑的制備方法，其優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明生產(chǎn)的聚有機(jī)硅胺抑制劑分子量適中，分之結(jié)構(gòu)中含有硅羥基和胺基；分子中的Si-OH鍵與粘土上的Si-OH鍵在井下高溫和一定壓力下脫水縮聚成Si-O-Si鍵，在粘土表面能形成有效的疏水層，保證粘土表面具有合理的水化膜，阻止和減緩粘土表面的水化膨脹，同時(shí)通過胺基吸附在粘土顆粒表面形成牢固的化學(xué)吸附，疏水基團(tuán)(碳?xì)滏?伸展于吸附層的外面，形成疏水層進(jìn)一步防止粘土水化分散；

2、該抑制劑中的硅羥基和胺基都可以和水形成氫鍵，有效控制體系的自由水，降低鉆井液體系濾失量；由于該產(chǎn)品分子量小，基本不產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，另外，硅羥基首先與粘土縮聚成Si-O-Si鍵，也降低抑制劑對(duì)粘土的絮凝作用，表現(xiàn)出對(duì)鉆井液的流變性沒有影響；

3、該抑制劑是一種小分子量的有機(jī)硅表面活性劑，具有消泡和抑泡的作用，有效解決了常規(guī)聚胺抑制劑起泡嚴(yán)重的問題。

4、在步驟(2)中引入氨水，使反應(yīng)的副產(chǎn)物與氨水反應(yīng)得到氯化銨離子型抑制劑，增加了聚有機(jī)硅胺抑制劑的抑制性。

具體實(shí)施方式

一種鉆井液用聚有機(jī)硅胺抑制劑的制備方法，包括如下步驟：

1)、氯硅烷的制備：先取90-120重量份的二氯硅烷、5-8重量份的鉑催化劑于反應(yīng)器中后，再?gòu)暮銐郝┒分械稳?0-80重量份的3-氯丙烯于反應(yīng)器內(nèi)，攪拌、冷凝回流直至無液滴即可得到氯硅烷；

2)、含有烷氧基的氯硅烷的制備：將步驟1)反應(yīng)器的溫度降至0℃后，在滴加90～100重量份的小分子醇至反應(yīng)器內(nèi)的同時(shí)，向反應(yīng)器內(nèi)通入60～80重量份氨水，升溫至38～42℃，然后向反應(yīng)器內(nèi)通入氮?dú)夂蟮玫胶型檠趸穆裙柰楹吐然@溶液；

3)、含有烷氧基的有機(jī)硅胺的制備：向步驟2)反應(yīng)器內(nèi)加入5～6重量份催化劑Pt-N(C₂H₅)，從恒壓漏斗中滴入55-65重量份小分子有機(jī)胺，然后充入氮?dú)馍郎?、回流、冷卻得中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液；

4)、聚胺抑制劑的制備：在另一個(gè)反應(yīng)器中分別加入290～305重量份的去離子水、2～4重量份堿催化劑，使得水解體系PH值為9～10；再用滴加漏斗加入145～155重量份步驟3)制備的溶液反應(yīng)后，抽真空、冷卻獲得聚有機(jī)硅胺抑制劑。

其具體反應(yīng)式如下：

步驟(1)氯化硅烷的合成反應(yīng)

步驟(2)反應(yīng)式如下

HCl+NH₄OH→NH₄Cl+H₂O

步驟(3)反應(yīng)式如下

步驟(4)反應(yīng)式如下

優(yōu)選地，步驟1)中，從恒壓漏斗中滴入氯丙烯于反應(yīng)器內(nèi)時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)溫度為80-90℃，且時(shí)間為6～8h；

進(jìn)一步地，步驟1)中，攪拌速度為300r/min；

優(yōu)選地，步驟2)中，所述的小分子醇為甲醇、乙醇、乙二醇、丁醇中的一種或多種；

優(yōu)選地，步驟3)中，所述小分子有機(jī)胺為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一種或多種；

優(yōu)選地，步驟3)中，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣10次；

優(yōu)選地，步驟3)中，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器內(nèi)的空氣，然后沖入氮?dú)?，使反?yīng)器壓力為0.20～0.25MPa，加熱升溫至200～210℃，反應(yīng)10h，然后回流6h、冷卻；

優(yōu)選地，步驟4)中，所述的堿催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或多種；

優(yōu)選地，步驟4)中，反應(yīng)溫度為75～85℃，反應(yīng)時(shí)間為5h；

優(yōu)選地，步驟4)中，抽真空時(shí)的真空度為0.08-0.09KPa；且抽真空是為去除揮發(fā)性物質(zhì)小分子醇；

優(yōu)選地，步驟1)至步驟4)中的反應(yīng)器為陶瓷電加熱反應(yīng)器。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)越性作進(jìn)一步說明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例一

1)、將90g的二氯硅烷和5g的鉑催化劑加入反應(yīng)器中；再將70g的3-氯丙烯從恒壓漏斗中滴入反應(yīng)器中，控制攪拌速度300r/min，使反應(yīng)器中溫度維持在85℃，6h滴完后繼續(xù)冷凝回流直至幾乎無液滴為止，得到氯硅烷；

2)、插入氨水管至上述反應(yīng)器中部，將反應(yīng)體系溫度降低至0℃。以90g的乙二醇慢慢滴加到反應(yīng)器中，邊滴邊通入70g的氨水。滴完后升溫至40℃，不斷攪拌并保持回流反應(yīng)2h，然后再在反應(yīng)器底部通入氮?dú)?，鼓泡趕出未反應(yīng)完的鹽酸氣體，得到含有烷氧基的氯硅烷和氯化銨溶液；

3)、再加入5g的催化劑Pt—N(C₂H₅)于反應(yīng)器中，從恒壓漏斗中滴入55g的乙二胺，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣10次，然后沖入氮?dú)?，使反?yīng)器壓力為0.20MPa，加熱升溫至210℃，反應(yīng)10h，然后繼續(xù)回流6h，冷卻得到中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液；

4)、在另一個(gè)反應(yīng)器中加入300g的去離子水，并用3g的氫氧化鈉作為催化劑，將水解體系PH值控制在10，用滴加漏斗緩慢加入150g的含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液?？刂品磻?yīng)溫度在80℃，反應(yīng)5h，抽真空去除揮發(fā)性物質(zhì)，冷卻得到羥基硅胺和氯化銨溶液，即為聚有機(jī)硅胺抑制劑。

實(shí)施例二

1)、將90g的二氯硅烷和7g鉑催化劑加入反應(yīng)器中；再將70g的3-氯丙烯從恒壓漏斗中滴入反應(yīng)器中，控制攪拌速度300r/min，滴加速度控制在使反應(yīng)器中溫度維持在85℃，7h滴完后繼續(xù)冷凝回流直至幾乎無液滴為止，得到氯硅烷。

2)、插入氨水管至上述反應(yīng)器中部，將反應(yīng)體系溫度降低至0℃。以90g的乙醇慢慢滴加到反應(yīng)器中，邊滴邊通入80g氨水。滴完后升溫至40℃，不斷攪拌并保持回流反應(yīng)1.5h，然后再在反應(yīng)器底部通入氮?dú)猓呐葳s出未反應(yīng)完的鹽酸氣體，得到含有烷氧基的氯硅烷和氯化銨溶液。

3)、再加入6g的催化劑Pt—N(C₂H₅)于反應(yīng)器中，從恒壓漏斗中滴入60g的三乙烯四胺，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣10次，然后沖入氮?dú)猓狗磻?yīng)器壓力為0.25MPa，加熱升溫至210℃，反應(yīng)10h，然后繼續(xù)回流6h，冷卻得到中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液。

4)、在另一個(gè)反應(yīng)器中加入300g去離子水，并用2g的氫氧化鈉作為催化劑，將水解體系PH值控制在9，用滴加漏斗緩慢加入150g的含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液?？刂品磻?yīng)溫度在85℃，反應(yīng)5h，抽真空去除揮發(fā)性物質(zhì)，冷卻得到羥基硅胺和氯化銨溶液，即為聚有機(jī)硅胺抑制劑。

實(shí)施例三

1)、將100g的二氯硅烷和6g的鉑催化劑加入反應(yīng)器中；再將75g的3-氯丙烯從恒壓漏斗中滴入反應(yīng)器中，控制攪拌速度300r/min，滴加速度控制在使反應(yīng)器中溫度維持在85℃，7h滴完后繼續(xù)冷凝回流直至幾乎無液滴為止，得到氯硅烷。

2)、插入氨水管至上述反應(yīng)器中部，將反應(yīng)體系溫度降低至0℃。以95g的甲醇慢慢滴加到反應(yīng)器中，邊滴邊通入75g的氨水。滴完后升溫至40℃，不斷攪拌并保持回流反應(yīng)1.8h，然后再在反應(yīng)器底部通入氮?dú)猓呐葳s出未反應(yīng)完的鹽酸氣體，得到含有烷氧基的氯硅烷和氯化銨溶液。

3)、再加入5g的催化劑Pt—N(C₂H₅)于反應(yīng)器中，從恒壓漏斗中滴入60g的二乙烯三胺，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣10次，然后沖入氮?dú)猓狗磻?yīng)器壓力為0.25MPa，加熱升溫至205℃，反應(yīng)10h，然后繼續(xù)回流6h，冷卻得到中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液。

4)、在另一個(gè)反應(yīng)器中加入300g的去離子水，并用3g的氫氧化鉀作為催化劑，將水解體系PH值控制在10，用滴加漏斗緩慢加入150g的含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液?？刂品磻?yīng)溫度在75℃，反應(yīng)5h，抽真空去除揮發(fā)性物質(zhì)，冷卻得到羥基硅胺和氯化銨溶液，即為聚有機(jī)硅胺抑制劑。

實(shí)施例四

1)、將110g的二氯硅烷和6g的鉑催化劑加入反應(yīng)器中；再將75g的3-氯丙烯從恒壓漏斗中滴入反應(yīng)器中，控制攪拌速度300r/min，滴加速度控制在使反應(yīng)器中溫度維持在85℃，約8h滴完后繼續(xù)冷凝回流直至幾乎無液滴為止，得到氯硅烷；

2)、插入氨水管至上述反應(yīng)器中部，將反應(yīng)體系溫度降低至0℃。以100g的丁醇慢慢滴加到反應(yīng)器中，邊滴邊通入75g的氨水。滴完后升溫至40℃，不斷攪拌并保持回流反應(yīng)1.9h，然后再在反應(yīng)器底部通入氮?dú)?，鼓泡趕出未反應(yīng)完的鹽酸氣體，得到含有烷氧基的氯硅烷和氯化銨溶液；

3)、再加入6g的催化劑Pt—N(C₂H₅)于反應(yīng)器中，從恒壓漏斗中滴入60g的三乙烯四胺，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣10次，然后沖入氮?dú)?，使反?yīng)器壓力為0.25MPa，加熱升溫至210℃，反應(yīng)10h，然后繼續(xù)回流6h，冷卻得到中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液；

4)、在另一個(gè)反應(yīng)器中加入300g的去離子水，并用4g的氫氧化鈉作為催化劑，將水解體系PH值控制在9，用滴加漏斗緩慢加入150g的含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液?？刂品磻?yīng)溫度在80℃，反應(yīng)5h，抽真空去除揮發(fā)性物質(zhì)，冷卻得到羥基硅胺和氯化銨溶液，即為聚有機(jī)硅胺抑制劑。

實(shí)施例五

1)、將100g的二氯硅烷和7g的鉑催化劑加入反應(yīng)器中；再將為80g的3-氯丙烯從恒壓漏斗中滴入反應(yīng)器中，控制攪拌速度300r/min，滴加速度控制在使反應(yīng)器中溫度維持在85℃，8h滴完后繼續(xù)冷凝回流直至幾乎無液滴為止，得到氯硅烷；

2)、插入氨水管至上述反應(yīng)器中部，將反應(yīng)體系溫度降低至0℃。以95g的二乙烯三胺慢慢滴加到反應(yīng)器中，邊滴邊通入為70g的氨水。滴完后升溫至40℃，不斷攪拌并保持回流反應(yīng)1.6h，然后再在反應(yīng)器底部通入氮?dú)?，鼓泡趕出未反應(yīng)完的鹽酸氣體，得到含有烷氧基的氯硅烷和氯化銨溶液；

3)、再加入為5g的催化劑Pt—N(C₂H₅)于反應(yīng)器中，從恒壓漏斗中滴入65g的乙二胺，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣10次，然后沖入氮?dú)?，使反?yīng)器壓力為0.20MPa，加熱升溫至210℃，反應(yīng)10h，然后繼續(xù)回流6h，冷卻得到中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液；

4)、在另一個(gè)反應(yīng)器中加入為300g的去離子水，并用3g的氫氧化鉀作為催化劑，將水解體系PH值控制在9，用滴加漏斗緩慢加入150g的含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液。控制反應(yīng)溫度在78℃，反應(yīng)5h，抽真空去除揮發(fā)性物質(zhì)，冷卻得到羥基硅胺和氯化銨溶液，即為聚有機(jī)硅胺抑制劑。

實(shí)施例六

1)、將120g的二氯硅烷和8g的鉑催化劑加入反應(yīng)器中；再將80g的3-氯丙烯從恒壓漏斗中滴入反應(yīng)器中，控制攪拌速度300r/min，滴加速度控制在使反應(yīng)器中溫度維持在85℃，7.5h滴完后繼續(xù)冷凝回流直至幾乎無液滴為止，得到氯硅烷；

2)、插入氨水管至上述反應(yīng)器中部，將反應(yīng)體系溫度降低至0℃。以100g的乙醇慢慢滴加到反應(yīng)器中，邊滴邊通入80g的氨水。滴完后升溫至40℃，不斷攪拌并保持回流反應(yīng)2h，然后再在反應(yīng)器底部通入氮?dú)?，鼓泡趕出未反應(yīng)完的鹽酸氣體，得到含有烷氧基的氯硅烷和氯化銨溶液；

3)、再加入6g的催化劑Pt—N(C₂H₅)于反應(yīng)器中，從恒壓漏斗中滴入60g的乙二胺，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣10次，然后沖入氮?dú)?，使反?yīng)器壓力為0.25MPa，加熱升溫至210℃，反應(yīng)10h，然后繼續(xù)回流6h，冷卻得到中間產(chǎn)物為含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液；

4)、在另一個(gè)反應(yīng)器中加入300g的去離子水，并用為3g的氫氧化鈉作為催化劑，將水解體系PH值控制在10，用滴加漏斗緩慢加入150g的含有烷氧基的有機(jī)硅胺和氯化銨溶液。控制反應(yīng)溫度在83℃，反應(yīng)5h，抽真空去除揮發(fā)性物質(zhì)，冷卻得到羥基硅胺和氯化銨溶液，即為聚有機(jī)硅胺抑制劑。

以下就本發(fā)明試劑與現(xiàn)有的抑制劑NH-1、抑制劑UHIB做性能比較，具體步驟如下：

配制3％的樣品溶液，分別通過測(cè)定去離子水和樣品溶液對(duì)膨潤(rùn)土的體積膨脹率和高溫高壓線性防膨率，并計(jì)算相應(yīng)的體積防膨率和高溫高壓線性防膨率；鉆屑滾動(dòng)回收率；

具體操作如下：

通過取400ml現(xiàn)場(chǎng)鉆井液，加入12ml試樣配制成試樣漿，倒入老化罐，稱取6-10目烘干鉆屑30g于老化罐中，在120℃條件下滾動(dòng)16小時(shí)后用40目篩過篩，將篩余物烘干，然后再計(jì)算鉆屑滾動(dòng)回收率；

對(duì)于表觀粘度上升率，先配制膨潤(rùn)土含量為4％的膨潤(rùn)土基漿，取4杯配好的膨潤(rùn)土基漿，每杯400ml，其中兩杯中分別加入12ml試樣形成試樣漿，將4杯漿放入滾子加熱爐中，在120℃條件下滾動(dòng)16小時(shí)后冷卻并攪拌，分別按GB/T16783.1的方法測(cè)定膨潤(rùn)土漿在600r/min的讀數(shù)D₁和試樣漿的讀數(shù)D₂，計(jì)算表觀粘度上升率。(兩個(gè)樣平行實(shí)驗(yàn)的目的是減少實(shí)驗(yàn)誤差)

同樣方法，再按GB/T 16783.2的方法測(cè)定膨潤(rùn)土基漿的濾失量FL₁和試樣漿的FL₂，并計(jì)算濾失量上升率。對(duì)于起泡率的研究：取100ml的膨潤(rùn)土漿，加入12ml試樣，高速攪拌5min，迅速倒入量筒中，讀出試樣漿體積V，并計(jì)算出起泡率。

:結(jié)果見下表1：

表1聚有機(jī)硅胺抑制劑性能

從表1中可以看出，聚有機(jī)硅胺抑制劑的體積防膨率為87.3％，高溫高壓線性防膨率為91.2％，鉆屑滾動(dòng)回收率為53.4％，比NH-1高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UHIB，顯示其具有良好的抑制性。聚有機(jī)硅胺抑制劑的表觀粘度上升率為-3.6％，表現(xiàn)出略降粘現(xiàn)象；而NH-1的為51.2％，UHIB的為21.8％，均表現(xiàn)出增粘作用；聚有機(jī)硅胺抑制劑的濾失量上升率為-1.9％，表現(xiàn)出略降濾失作用；而NH-1的為21.5％，UHIB的為20.2％，均表現(xiàn)出增濾失現(xiàn)象。聚有機(jī)硅胺抑制劑的起泡率為3.9％，NH-1的為9.8％，UHIB的為11.2％?，F(xiàn)場(chǎng)一般要求處理劑的加入引起的起泡率低于10％，顯示其對(duì)鉆井液性能的影響較小。

當(dāng)然，以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。