一种甜菜碱型聚硅氧烷、其制备方法及其应用

本发明涉及油田化学，具体为一种甜菜碱型聚硅氧烷、其制备方法及其应用。

背景技术：

1、由于对石油资源的需求日益增加，对非常规页岩气的研究已成为一个热门的研究课题。然而，由于地层压力高、温度高、岩性复杂等因素的影响，深层钻井作业面临着严峻的挑战。油基钻井液以其润滑性、抑制性和高温稳定性著称，但其使用受到其成本和环境法规的限制。另一方面，水基钻井液以其环境友好、流变性能显著、性能优良等特点在钻井作业中得到了广泛的应用。然而地层中的水敏性泥页岩可以通过吸收水基钻井液中的游离水而膨胀，从而导致裂缝发育、井筒坍塌和经济损失等问题。因此，强抑制性水基钻井液体系成为了研究的重点，开发新型高性能页岩抑制剂又成为了水基钻井液体系研究的关键。

2、公开号为cn202210210471的发明专利，公开了一种水基钻井液用含氟硅聚合物页岩抑制剂的制备方法，该抑制剂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，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；具有良好抑制性，能显著降低黏土水化膨胀，抑制页岩水化分散。该抑制剂具有良好的抑制性能，但抗高温能力较差，且制备过程繁琐成本较高。公开号为cn201611193488的发明专利，公开了一种钻井液用页岩抑制剂有机硅聚合物及其制备方法，吸附包覆粘土颗粒能力强，它能有效的降低页岩的膨胀系数，减小粘土的造浆率，抑制页岩的水化分散，提高井壁的稳定性，抑制垮塌，有效的保护油气层。该抑制剂具备一定的环境友好性，但抗温能力差且抑制性能有待提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决现有页岩抑制剂抗高温能力较差、抑制性能不佳、制备方法复杂的问题，本发明提供一种能够有效减少泥页岩水化，提高井壁稳定性且具有良好抗高温能力的水基钻井液用甜菜碱型聚硅氧烷页岩抑制剂及其制备方法。

2、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

3、一种甜菜碱型聚硅氧烷，制备所述聚硅氧烷的原料包含：八甲基环四硅氧烷，四甲基四氢环四硅氧烷，六甲基二硅氧烷，第一单体，第二单体，催化剂，

4、引发剂；所述聚硅氧烷的结构式如下所示：

5、进一步的，所述第一单体的结构通式为其中r1、r2、r3、r4、r5各自独立地为具有1至20个碳原子的相同或不同的、枝化的或未枝化的、脂肪族或芳香族烃基。

6、进一步的，所述第二单体的结构通式为中的任一种，其中r6、r8为卤族元素，r7、r9、r10独立地为具有1至20个碳原子的相同或不同的、枝化的或未枝化的、脂肪族或芳香族烃基。

7、进一步的，所述催化剂为铂(0)-1，3-二乙烯-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷。

8、进一步的，所述催化剂的加入量为单体总质量的0.3％-0.5％wt。

9、进一步的，所述引发剂为强酸性离子交换树脂。

10、本发明还提供上述的一种甜菜碱型聚硅氧烷的制备方法，包括以下步骤：

11、s1、提供八甲基环四硅氧烷，四甲基四氢环四硅氧烷，六甲基二硅氧烷，第一单体，第二单体，催化剂及引发剂；

12、s2、取八甲基环四硅氧烷，四甲基四氢环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷及引发剂，在酸性条件下聚合第一预设时间，反应温度为第一温度，得到含氢聚硅氧烷；

13、s3、将s2得到的含氢聚硅氧烷与第一单体混合，加入催化剂，反应第二预设时间，反应温度为第二温度，得到叔胺基聚硅氧烷；

14、s4、将s3中所得到的叔胺基聚硅氧烷与第二单体混合，反应第三预设时间，反应温度为第三温度，减压蒸馏，得终产物甜菜碱型聚硅氧烷。

15、进一步的，所述第一预设时间为12～48h，所述第二预设时间为12～24h，所述第三预设时间为12～24h。

16、进一步的，所述第一温度为60～90℃，所述第二温度为60～80℃，所述第三温度为80～100℃。

17、本发明还提供上述的一种甜菜碱型聚硅氧烷的应用，所述甜菜碱型聚硅氧烷用于水基钻井液页岩抑制剂。

18、与现有技术相比，本发明的优点在于：

19、1.本发明所涉及的一种甜菜碱型聚硅氧烷，其聚合物主链以硅原子和氧原子为骨架，具有高的热稳定性和化学稳定性，具备良好的抗高温性。同时其分子链中既带有阴离子基团同时也带有阳离子基团，具备良好的水溶性。相比于传统的阴离子聚合物抑制剂，具备更强的与负电性黏土吸附的能力，季铵阳离子可以有效增强聚合物在黏土上的吸附能力。相比于传统的阳离子聚合物抑制剂，具备更好的流变性和滤失造壁性的适应性，羧基阴离子可以通过氢键作用吸附在黏土表面形成聚合物膜，有效阻止和延缓水分子与黏土表面的接触抑制表面水化。

20、2.本发明所涉及的一种甜菜碱型聚硅氧烷的制备方法，其方法简单，反应条件温和，适用性广泛。

21、3.本发明所涉及的一种甜菜碱型聚硅氧烷应用在页岩抑制剂时，具有良好的抗温性和抑制性能，用量少即可达到较好的性能，大大降低了成本。

技术特征：

1.一种甜菜碱型聚硅氧烷，其特征在于，制备所述聚硅氧烷的原料包含：八甲基环四硅氧烷，四甲基四氢环四硅氧烷，六甲基二硅氧烷，第一单体，第二单体，催化剂，引发剂；所述聚硅氧烷的结构式如下所示：

2.根据权利要求1所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷，其特征在于，所述第一单体的结构通式为其中r1、r2、r3、r4、r5各自独立地为具有1至20个碳原子的相同或不同的、枝化的或未枝化的、脂肪族或芳香族烃基。

3.根据权利要求1所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷，其特征在于，所述第二单体的结构通式为

4.根据权利要求1所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷，其特征在于，所述催化剂为铂(0)-1，3-二乙烯-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷。

5.根据权利要求4所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷，其特征在于，所述催化剂的加入量为单体总质量的0.3％～0.5％wt。

6.根据权利要求1所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷，其特征在于，所述引发剂为强酸性离子交换树脂。

7.基于权利要求1～6任一项所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，所述第一预设时间为12～48h，所述第二预设时间为12～24h，所述第三预设时间为12～24h。

9.根据权利要求7所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，所述第一温度为60～90℃，所述第二温度为60～80℃，所述第三温度为80～100℃。

10.基于要求1～6任一项所述的一种甜菜碱型聚硅氧烷的应用，其特征在于，所述甜菜碱型聚硅氧烷用于水基钻井液页岩抑制剂。

技术总结
本发明公开了一种甜菜碱型聚硅氧烷、其制备方法及其应用，涉及油田化学技术领域，制备所述聚硅氧烷的原料包含：八甲基环四硅氧烷，四甲基四氢环四硅氧烷，六甲基二硅氧烷，第一单体，第二单体，催化剂，引发剂；其制备方法为：取原料，取八甲基环四硅氧烷，四甲基四氢环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷及引发剂在酸性条件下聚合得到含氢聚硅氧烷，将含氢聚硅氧烷与第一单体在催化剂作用下制得叔胺基聚硅氧烷；将叔胺基聚硅氧烷与第二单体进行季铵化反应，减压蒸馏得产物。还提供甜菜碱型聚硅氧烷在水基钻井液页岩抑制剂的应用。本聚合物具有高的热稳定性和化学稳定性，具备良好的抗高温性，抑制性能良好，用量少可以降低成本。

技术研发人员：林凌,任仁,白玉龙,周太刚,杨玉坤,罗平亚
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：2024/1/13