一种泥页岩地层泡沫钻井用耐盐强抑制性发泡剂

摘要

本发明属于表面活性剂领域，具体涉及泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂及其制备方法。该表面活性剂的结构特征在于引入与泥页岩具有较强电荷相互作用的季胺盐和聚氧烷基醚结构，同时保持合适的疏水碳链长度。本发明公开的表面活性剂的制备方法是以烷基聚氧烷基醚二甲基叔胺与一氯甲烷季胺化，得到表面活性剂样品。本发明所提供的发泡剂应用于泥页岩地层时，在保证良好的起泡性同时，提供了极其优良的抑制性和耐盐性。

权利要求

1.一种烷基聚氧烷基醚三甲基氯化铵在泥页岩地层泡沫钻井中作为耐盐强抑制性发泡剂的应用，其特征在于所述烷基聚氧烷基醚三甲基氯化铵的结构式为：其中，R选自具有4-16个碳原子的支链烷基、环烷基和烷芳基；R1、R2、R3、R4各自独立的选自H、具有1-4个碳原子的支链烷基、直链烷基；X为2-8的整数；

所述烷基聚氧烷基醚三甲基氯化铵的制备方法，将烷基聚氧烷基醚二甲基叔胺与一氯甲烷反应生成烷基聚氧烷基醚三甲基氯化铵，烷基聚氧烷基醚二甲基叔胺与一氯甲烷的摩尔比为1:1.05，反应方程式如下：，

季铵化反应所用溶剂为甲苯，季铵化反应温度为50-80℃。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，R选自具有8-16个碳原子的烷基。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，R1、R2、R3为H，R4选自H、甲基、乙基、丙基、异丙基。

说明书

一种泥页岩地层泡沫钻井用耐盐强抑制性发泡剂

技术领域

[0001] 本发明涉及钻井用化学助剂，具体涉及一种泥页岩地层泡沫钻井用耐盐强抑制性发泡剂。

背景技术

[0002] 空气泡沫钻井是欠平衡钻井的主要方式之一，泡沫流体较常规泥浆钻井液密度低，井底压持效应小，不仅能够有效控制钻井液循环漏失、提高机械钻速，而且能够减轻储层伤害，保护低压油气藏。与纯气体钻井相比，泡沫流体粘度和切力高，悬浮和携岩能力强，能够有效解决气体钻井钻遇地层出水时无法顺利施工的技术难题，是漏失量较大的裂缝储层、压力衰竭地层和低压低渗地层等油气藏勘探开发较为理想的钻井技术之一。但是，由于泡沫钻井过程中泡沫流体所形成的液柱压力不能平衡地层的坍塌压力，而空气泡沫流体又不能在井壁形成泥饼，在遇水膨胀、遇水坍塌等水敏性泥页岩地层钻进时极易造成井壁失稳，引起卡钻等复杂事故，导致钻井工程的失败，因此，对泥页岩地层采用强抑制性的泡沫钻井液体系尤为关键。中国专利CN100535075C公开了一种强抑制性可循环微泡沫钻井液或完井液，其配方为膨润土+抗盐粘土+纯碱+复合抑制剂SD-YZ+低密度提粘剂SD-LVC+低密度提粘降滤失剂SD-LAC+低密度流型调节剂SD-LRC+低密度调节剂组成SD-LDC，其中SD-YZ、SD-LVC、SD-LAC、SD-LRC、SD-LDC均由多种化学剂复合而成，体系极其复杂，对现场应用工艺控制提出了严格的要求，泥浆维护不易。中国专利CN101798499B公开了一种钻井用强抑制性防塌泡沫液，其配方为0.1份稳泡剂（0.05g高粘羧甲基纤维素+0.05g黄原胶）+0.4份发泡剂（0.15份十二烷基硫酸钠K-12 + 0.15份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES + 0.05份聚乙二醇辛基苯基醚OP-10 +0.05份商品发泡剂SW-1）+2.6份防塌剂（0.3份次生有机阳离子形成剂CSJ-1 + 0.3份泥页岩抑制剂阳离子I + 2份氯化钾）+3份降滤失剂（2份羧甲基淀粉 + 1份碳酸钙），但该体系存在耐温性能一般，超高分子量聚合物用量较多而导致的泡沫液配制、溶解缓慢、降低了施工效率的问题，同时，该体系化学剂用量大，成本较高。

发明内容

[0003] 为克服目前技术存在的不足，本发明的目的为应对泥页岩地层泡沫钻进中存在的井壁失稳问题，提供一种耐盐性较高、强抑制性、单一组分的发泡剂。

[0004] 本发明所述的一种泥页岩地层泡沫钻井用耐盐强抑制性发泡剂，具有如下结构式：

[0005]

[0006] 其中，R选自具有4-16个碳原子的支链烷基、环烷基和烷芳基；R1、R2、R3、R4各自独立的选自H、具有1-4个碳原子的支链烷基、直链烷基。

[0007] R优选自具有8-16个碳原子的烷基。

[0008] R1、R2、R3为H，R4选自H、甲基、乙基、丙基、异丙基。

[0009] X为2-8的整数。

[0010] 本发明所述的一种泥页岩地层泡沫钻井用耐盐强抑制性发泡剂的制备方法为，将烷基聚氧烷基醚二甲基叔胺与一氯甲烷在一定温度下反应生成烷基聚氧烷基醚三甲基氯化铵，反应方程式如下：

[0011]

[0012] 其中烷基聚氧烷基醚二甲基叔胺与一氯甲烷的摩尔比为1:1.05；季胺化反应所用溶剂为甲苯；季胺化反应温度50-80℃。

[0013] 本发明的优点在于，采用特定的分子结构设计在发泡剂中引入与泥页岩具有较强电荷相互作用的季胺盐结构，在保持化学剂较强的起泡能力同时，增加泥页岩表面的吸附，形成疏水层，抑制泥页岩水化分散。

[0014] 本发明与现有技术相比具有的有益效果如下：

[0015] 1) 本发泡剂应用于泥页岩地层时，在保证良好的起泡性同时，提供了极其优良的抑制性。

[0016] 2) 本发泡剂组成单一，使用简单。

[0017] 3) 本发泡剂不含高分子量聚合物，现场添加时溶解迅速，使用方便。

具体实施方式

[0018] 下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。

[0019] 实施例1 7：发泡剂的制备。~

[0020] 实施例1

[0021] 将0.10mol十二烷基聚氧丙烯醚二甲基叔胺（环氧丙烷重复单元数为2）与0.105mol一氯甲烷加入到250mL反应釜中，再加入110.0g甲苯，开动搅拌并密闭加热到50℃，反应5h后停止，蒸出溶剂甲苯及过量一氯甲烷，得膏状样品。

[0022] 实施例2

[0023] 将0.10mol十六烷基聚氧丙烯醚二甲基叔胺（环氧丙烷重复单元数为5）与0.105mol一氯甲烷加入到250mL反应釜中，再加入90.0g甲苯，开动搅拌并密闭加热到80℃，反应3h后停止，蒸出溶剂甲苯及过量一氯甲烷，得膏状样品。

[0024] 实施例3

[0025] 将0.10mol十二烷基聚氧丙烯醚二甲基叔胺（环氧丙烷重复单元数为8）与0.105mol一氯甲烷加入到250mL反应釜中，再加入85.0g甲苯，开动搅拌并密闭加热到60℃，反应3h后停止，蒸出溶剂甲苯及过量一氯甲烷，得膏状样品。

[0026] 实施例4

[0027] 将0.10mol辛基聚氧丁烯醚二甲基叔胺（环氧丁烷重复单元数为5）与0.105mol一氯甲烷加入到250mL反应釜中，再加入85.0g甲苯，开动搅拌并密闭加热到80℃，反应3h后停止，蒸出溶剂甲苯及过量一氯甲烷，得膏状样品。

[0028] 实施例5

[0029] 将0.10mol辛基聚氧丙烯醚二甲基叔胺（环氧丙烷重复单元数为5）与0.105mol一氯甲烷加入到250mL反应釜中，再加入85.0g甲苯，开动搅拌并密闭加热到60℃，反应3h后停止，蒸出溶剂甲苯及过量一氯甲烷，得膏状样品。

[0030] 实施例6

[0031] 将0.10mol壬基酚聚氧丙烯醚二甲基叔胺（环氧丙烷重复单元数为5）与0.105mol一氯甲烷加入到250mL反应釜中，再加入85.0g甲苯，开动搅拌并密闭加热到80℃，反应3h后停止，蒸出溶剂甲苯及过量一氯甲烷，得膏状样品。

[0032] 实施例7

[0033] 将0.10mol十二烷基聚氧乙烯醚二甲基叔胺（环氧乙烷重复单元数为5）与0.105mol一氯甲烷加入到250mL反应釜中，再加入85.0g甲苯，开动搅拌并密闭加热到50℃，反应3h后停止，蒸出溶剂甲苯及过量一氯甲烷，得膏状样品。

[0034] 实施例8：发泡剂的性能评价

[0035] 发泡剂的泡沫性能：取10.0 g发泡剂样品，加入990.0 g去离子水或盐水配制成发泡剂溶液（浓度为1.0 wt%）。取100 mL溶液倒入高速搅拌机的量杯中，以11000 rpm的速度搅拌1min，搅拌停止后开始计时，迅速将形成泡沫倒入到量筒中，测量并记录泡沫的体积Vf，记录泡沫中析出50 mL液体所用时间t（1 析液半衰期）及泡沫体积降至初始体积一半所用时间t（2 泡沫半衰期）。

[0036] 发泡剂的抑制性能：参照标准《SY-T5613-2000泥页岩理化性能试验方法》测试泥页岩在清水以及发泡剂溶液中的岩心滚动回收率。具体步骤：称取4-8目岩心20.0g，加至高温老化釜中，随后将350 mL去离子水或1.0 wt%浓度的发泡剂溶液体系加入老化釜，80℃热滚16h后，将岩心过100目筛，筛留物105℃干燥4h，干燥器内冷却至室温，称重。回收岩屑的重量与初始岩屑重量之比即为一次岩心回收率。

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