黏土矿物表面水化抑制剂的制备方法和应用

本发明涉及石油钻井用钻井液，尤其涉及黏土矿物表面水化抑制剂的制备方法和应用。

背景技术：

1、国家能源局发布的《页岩气发展规划(2016-2020年)》中，要求2020年力争实现页岩气产量300亿立方米，2030年实现页岩气产量800-1000亿立方米。页岩气的开发已经成为国家能源发展的战略资源。实现水平井长水平段(>2000米)水平井安全、优质、快速的钻井成为页岩气开发的一个难点，其中井壁稳定问题尤为突出。

2、当钻井液钻探水敏型泥页岩地层时，通常会带来井壁失稳的问题。在钻采过程中，所钻地层有75％为页岩地层，并且有90％的井壁失稳问题都发生在该区域。井壁的失稳通常会导致钻头泥包、井壁坍塌、高扭矩、高阻力、卡钻和缩径等复杂井下事故。由此井壁失稳问题会严重影响钻井速度，导致勘探和生产成本的大幅增加。研究表明，井壁失稳问题所带来的损失每年超过1亿美元，占钻井成本10％以上。

3、页岩气已经成为我国国家能源发展的战略资源，现阶段大多数页岩气水平井长水平段的钻探工作主要采用油基钻井液来完成。油基钻井液能完全抑制地层中黏土矿物的水化作用，因此具有井壁稳定性好、钻井液性能稳定、油气层损害小等水基钻井液不具有的优点，但较高的配置和应用成本以及环境污染问题制约了油基钻井液的应用。因此研制与油基钻井液性能相当的水基钻井液已经成为目前国内外钻井液技术发展的重要方向。

4、为了替代油基钻井液，水基钻井液的首要任务是解决完全抑制黏土矿物的表面水化问题。现阶段水基钻井液使用的抑制剂可抑制黏土渗透水化，但没有抑制剂能很好解决表面水化抑制问题。目前只有高浓度的有机酸盐作为抑制剂时才能通过活度平衡原理实现对表面水化的抑制，但过高的浓度会导致成本较高，环境污染，对钻井液流变性也有严重影响。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的提供黏土矿物表面水化抑制剂及其制备方法和应用。

2、为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

3、本发明提供一种黏土矿物表面水化抑制剂，所述黏土矿物表面水化抑制剂的结构式如下所示：

4、

5、本发明还提供一种上述的黏土矿物表面水化抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

6、将5g[2-(2-氨基乙氧基)乙基]氨基甲酸叔丁酯加入到100ml的单口瓶中，再加入80ml乙腈，7.8g碳酸钠和0.5g的碘化钠，室温搅拌0.5h后，加入2.83g2,2'-二溴二乙醚，70℃温度条件下回流，反应48h后，通过抽滤除去多余的碘化钠和碳酸钠，用旋转蒸发仪浓缩反应液，用石油醚洗涤产物，干燥得到中间产物；

7、向粗产物中加入30ml的饱和hcl乙酸乙酯溶液脱boc保护基，常温下搅拌4h，有大量白色固体析出，反应完成后进行抽滤，保留滤饼，真空干燥得到5.22g，即为黏土矿物表面水化抑制剂。

8、在一些实施例中，所述真空干燥的温度为80℃，干燥时间为12h。

9、其具体的合成方程式如下所示：

10、本发明还提供一种上述的制备方法制得的黏土矿物表面水化抑制剂在水基钻井液中的应用。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

12、本发明抑制剂用于水基钻井液抑制黏土矿物表面水化，能有效地抑制黏土矿物表面水化，且加量小，成本低的无毒性抑制剂，抑制剂在1wt％的加量时，能完全抑制黏土矿物表面水化，将湿态蒙脱土基底间距从1.91nm分别降低到1.43nm，并且具有优异的置换层间可交换阳离子的能力。毒性测试表明抑制剂的1wt％水溶液为无毒性。

技术特征：

1.黏土矿物表面水化抑制剂，其特征在于，所述黏土矿物表面水化抑制剂的结构式如下所示：

2.一种如权利要求1所述的黏土矿物表面水化抑制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为80℃，干燥时间为12h。

4.一种如权利要求2或3所述的制备方法制得的黏土矿物表面水化抑制剂在水基钻井液中的应用。

技术总结本发明涉及石油钻井用钻井液技术领域，尤其涉及黏土矿物表面水化抑制剂的制备方法和应用，所述黏土矿物表面水化抑制剂的结构式如下所示：本发明抑制剂用于水基钻井液抑制黏土矿物表面水化，能有效地抑制黏土矿物表面水化，且加量小，成本低的无毒性抑制剂，抑制剂在1wt％的加量时，能完全抑制黏土矿物表面水化，将湿态蒙脱土基底间距从1.91nm分别降低到1.43nm，并且具有优异的置换层间可交换阳离子的能力。毒性测试表明抑制剂的1wt％水溶液为无毒性。技术研发人员：黄丹超,陈世林,孙金声,晏玮,罗仕林,陈红,唐涛,廖茂芪,张健受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6