本发明涉及油田化学技术领域，具体而言，涉及一种水基钻井液用双子型页岩抑制剂水剂、粉剂及其制备方法，以及抑制剂。
背景技术：
近5年来，中国页岩气勘探开发实现了跨越式发展，成为继美国、加拿大之后，第三个实现页岩气工业化生产的国家，2016年页岩气产量达到了78.82亿m3。基于中国页岩气勘探开发的快速发展，钻井技术也飞速发展，对一些大位移井、水平井、高温高压井等复杂井的钻井技术也随之提升。
油基钻井液使用方便，通常用来钻各种复杂井，具有井壁稳定性好、钻屑完整度高、润滑性好等特点，但是油基泥浆的处理是当前一大问题，对环境具有污染，也可能对地层造成污染，现场应用限制越来越大。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供了一种水基钻井液用双子型页岩抑制剂，所述抑制剂的结构如下：
其中：所述R1为碳原子数为1-6的烷基，所述R2、R3、R4、R5、R6、 R7为羟乙基、羟丙基或碳原子数为1～18的烷基。
本发明还提供了一种水基钻井液用双子型页岩抑制剂水剂，以及它的制备方法。
水基钻井液用双子型页岩抑制剂水剂的制备方法包括以下步骤：
S1：将胺类化合物和卤代烷烃与溶剂混合高温搅拌得到反应产物。
在某些实施方式中，所述S1中胺类化合物和卤代烷烃的比例范围为 1.3:1～3:1。
在某些实施方式中，所述S1中以质量份计，包括以下组分：
卤代烷烃：25～34份
胺类化合物：45～60份
溶剂：15～30份。
在某些实施方式中，所述S1中的卤代烷烃为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、 1,3-二氯丙烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷中的任意一种或任意几种的混合物；
所述S1中的胺类化合物为N,N-二甲基乙醇胺，N,N-二甲基丙醇胺，N， N-二乙基乙醇胺，N，N-二乙基丙醇胺以及通式为
的化合物的任意一种或任意几种的混合物。
在某些实施方式中，所述S1中的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的任意一种或任意几种的混合物。
在某些实施方式中，所述S1中胺类化合物和卤代烷烃与溶剂混合于 40～120℃下进行搅拌，反应1～24h。
本发明还提供了一种水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂，以及它的制备方法。
水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将胺类化合物和卤代烷烃与溶剂混合高温搅拌得到反应产物；
步骤二：将获取的反应产物减压蒸馏至恒重；
步骤三：将减压蒸馏至恒重的反应产物加入丙酮洗涤、过滤、干燥即得到所述抑制剂。
本发明的有益效果如下：
需要理解的是，水基钻井液较油基钻井液更为环保，能有效减少对地层的污染，但在保持井眼稳定剂及有效解决钻进过程中复杂问题具有技术挑战。
需要理解的是，井眼由于地质、钻井作业、钻井液与岩层的相互作用易出现不稳定现象，主要存在于泥页岩井段。泥页岩中的粘土矿物是影响稳定性最主要的原因。当泥页岩遇水后，水分子与粘土表面氧原子形成氢键，或渗透到粘土晶层之间，导致粘土晶层层间距增加，造成粘土水化膨胀，体积增大，阻碍钻井中岩屑运移、增加钻具与井眼之间摩擦等不良影响，更会影响井壁稳定性。
因此强抑制性的水基压裂液关键在于高效页岩抑制剂的研究。页岩抑制剂的研究核心在于中和粘土中多余的负电荷，同时，加入能形成氢键的羟基化合物也能起到一定的粘合作用。
具体而言，水基钻井液中加入本发明提供的水基钻井液用双子型页岩抑制剂，可以通过阳离子中和粘土中多余的负电荷，分子中所含有的多羟基与粘土表面氧原子形成多氢键作用，增加粘合作用，防止水分子钻入黏土晶层里面产生水化，实现抑制粘土矿物遇水膨胀的目的。
概括来说，本发明提供的水基钻井液用双子型页岩抑制剂存在以下技术优势：
①强化的抑制作用；
②具有阳离子的吸附中和作用以及羟基的多氢键粘合作用；
③分散性好，粘土矿物加入水基钻井液用双子型页岩抑制剂的水中具有良好的分散作用；
④长期稳定性，经过多次冲刷仍能显著维持抑制粘土水化膨胀；
⑤化学结构稳定，具有优异的耐温性及耐盐性。
总之，该水基钻井液用双子型页岩抑制剂使用方便，更为符合实际应用过程中需求，在实际应用中具有突破性的意义。
综上所述，本发明提供的水基钻井液用双子型页岩抑制剂具有上述诸多的优点及价值，并在同类产品中未见有类似的方法公开发表或使用而确属创新，产生了好用且实用的效果，较现有的技术具有增进的多项功效，从而较为适于实用，并具有广泛的产业价值。
具体实施方式
在下文中，将实施例更全面地描述本公开。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本公开的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A 或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
本发明提供了一种水基钻井液用双子型页岩抑制剂，所述抑制剂的结构如下：
其中：所述R1为碳原子数为1-6的烷基，所述R2、R3、R4、R5、R6、 R7为羟乙基、羟丙基或碳原子数为1～18的烷基。
上述，可以理解的是，水基钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
水基钻井液其主要的体系有分散钻井液、钙处理钻井液、盐水钻井液、聚合物钻井液、正电胶钻井液和抗高温深井水基钻井液。
水基钻井液较油基钻井液更为环保，能有效减少对地层的污染，但在保持井眼稳定剂及有效解决钻进过程中复杂问题具有技术挑战。
需要理解的是，井眼由于地质、钻井作业、钻井液与岩层的相互作用易出现不稳定现象，主要存在于泥页岩井段。泥页岩中的粘土矿物是影响稳定性最主要的原因。当泥页岩遇水后，水分子与粘土表面氧原子形成氢键，或渗透到粘土晶层之间，导致粘土晶层层间距增加，造成粘土水化膨胀，体积增大，阻碍钻井中岩屑运移、增加钻具与井眼之间摩擦等不良影响，更会影响井壁稳定性。
因此强抑制性的水基压裂液关键在于高效页岩抑制剂的研究。页岩抑制剂的研究核心在于中和粘土中多余的负电荷，同时，加入能形成多个氢键的羟基化合物也能起到一定的粘合作用。
具体而言，水基钻井液中加入本发明提供的水基钻井液用双子型页岩抑制剂，可以通过阳离子中和粘土中多余的负电荷，分子中所含有的羟基与粘土表面氧原子形成多氢键，增加粘合作用，防止水分子钻入黏土晶层里面产生水化，实现抑制粘土矿物遇水膨胀的目的。
概括来说，本发明提供的水基钻井液用双子型页岩抑制剂存在以下技术优势：
①强化的抑制作用；
②具有阳离子的吸附中和作用以及羟基的多氢键粘合作用；
③分散性好，粘土矿物加入水基钻井液用双子型页岩抑制剂的水中具有良好的分散作用；
④长期稳定性，经过多次冲刷仍能显著维持抑制粘土水化膨胀；
⑤化学结构稳定，具有优异的耐温性及耐盐性。
本发明还提供了一种水基钻井液用双子型页岩抑制剂水剂，以及它的制备方法。
水基钻井液用双子型页岩抑制剂水剂的制备方法包括以下步骤：
S1：将胺类化合物和卤代烷烃与溶剂混合高温搅拌得到反应产物。
优选的，所述S1中胺类化合物和卤代烷烃的比例范围为1.3:1～3:1。
优选的，所述S1中以质量份计，包括以下组分：
卤代烷烃：25～34份
胺类化合物：45～60份
溶剂：15～30份。
优选的，所述S1中的卤代烷烃为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯丙烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷中的任意一种或任意几种的混合物；
所述S1中的胺类化合物为N,N-二甲基乙醇胺，N,N-二甲基丙醇胺，N，N-二乙基乙醇胺，N，N-二乙基丙醇胺以及通式为
的化合物的任意一种或任意几种的混合物。
优选的，所述S1中的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的任意一种或任意几种的混合物。
优选的，所述S1中胺类化合物和卤代烷烃与溶剂混合于40～120℃下进行搅拌，反应1～24h。
本发明还提供了一种水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂，以及它的制备方法。
水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将胺类化合物和卤代烷烃与溶剂混合高温搅拌得到反应产物；
步骤二：将获取的反应产物减压蒸馏至恒重；
步骤三：将减压蒸馏至恒重的反应产物加入丙酮洗涤、过滤、干燥即得到所述抑制剂。
需要理解的是，本发明还提供了水基钻井液用双子型页岩抑制剂的性能评价：
1.1页岩抑制实验
取8g水基钻井液用双子型页岩抑制剂样品加入392g水中，配制为2％水溶液，装入高速搅拌器，调整转速至11000r/min，快速加入20g膨润土，计时搅拌8min，停止后迅速带入CST仪，检测CST值为18.15s。
1.2页岩分散实验
取16g水基钻井液用双子型页岩抑制剂样品加入384g水中，配制为4％水溶液，装入高速搅拌器，调整转速至11000r/min，快速加入120g膨润土，计时搅拌30min，停止后用六速粘度计分别测其3r/min、6r/min、100r/min、 200r/min、300r/min、600r/min条件下的溶液粘度值。
1.3耐水洗实验
采用SY/T 5971-2016中7.4的方法中测定水基钻井液用双子型页岩抑制剂的耐水洗能力达到100％。
1.4耐温实验
一组取16g水基钻井液用双子型页岩抑制剂样品加入384g水中，配制为4％水溶液，装入高速搅拌器，调整转速至11000r/min，快速加入120g 膨润土，计时搅拌30min，停止后在120℃下滚动16h后再11000r/min搅拌 5min，测其在600r/min时的粘度值θ600；另一组为空白水样装入高速搅拌器，调整转速至11000r/min，快速加入120g膨润土，计时搅拌30min，停止后在120℃下滚动16h后再11000r/min搅拌5min，测其在600r/min时的粘度值Φ600。根据公式(1)算出高温下的相对抑制率为89.10％。
注：水基钻井液用双子型页岩抑制剂样品为含有50％粉剂的液体抑制剂。
实施例1
将N,N-二甲基乙醇胺，N,N-二甲基丙醇胺按1:1组合而成的45份胺类化合物和25份1,6-二氯丙烷按1.8:1比例，与15份甲醇加入到500mL的三口烧瓶中。
然后在80℃下进行搅拌，反应7h。
将反应产物转移到500mL的茄形瓶中，在50℃下进行减压蒸馏至恒重，然后加入每次300mL丙酮，洗涤、过滤2次，滤饼经真空室温下干燥至恒重得到水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂。
实施例2
将N，N-二乙基乙醇胺，十二烷基二乙醇胺、十六烷基二乙醇胺按3:1:0.5 组合而成的55份胺类化合物和1,3-二氯戊烷、1,4-二氯己烷按2:1比例组合而成的34份卤代烷烃按55:34比例，与丙酮、异丙醇按2:1比例混合而成的30份溶剂加入到500mL的三口烧瓶中。
然后在70℃下进行搅拌，反应8h。
将反应产物转移到1000mL的茄形瓶中，在60℃下进行减压蒸馏至恒重，然后加入每次200mL丙酮，洗涤、过滤3次，滤饼经真空室温下干燥至恒重得到水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂。
实施例3
将N,N-二甲基丙醇胺、十八烷基二乙醇胺按2:1比例组合而成的50份胺类化合物和1,3-二氯丙烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷按1:1:0.5比例组合而成的30份卤代烷烃按5:3比例，与甲醇、异丙醇按1:1组合而成的25 份溶剂加入到500mL的三口烧瓶中。
然后在80℃下进行搅拌，反应5h。
将反应产物转移到500mL的茄形瓶中，在70℃下进行减压蒸馏至恒重，然后加入每次500mL丙酮，洗涤、过滤1次，滤饼经真空室温下干燥至恒重得到水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂。
实施例4
将十六烷基二乙醇胺、十八烷基二乙醇胺按2:1比例组合而成的48份胺类化合物和20份1,3-二氯丙烷按2.4:1比例，与乙醇、丙酮按1:2比例组合成的18份溶剂加入到500mL的三口烧瓶中。
然后在80℃下进行搅拌，反应7h。
将反应产物转移到500mL的茄形瓶中，在50℃下进行减压蒸馏至恒重，然后加入每次300mL丙酮，洗涤、过滤2次，滤饼经真空室温下干燥至恒重得到水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂。
实施例5
将N，N-二乙基乙醇胺，N,N-二甲基丙醇胺、十六烷基二乙醇胺、十八烷基二乙醇胺按2:2:1:0.5比例组合而成的40份胺类化合物和1,3-二氯丙烷、1,5-二氯戊烷按2:1比例组合而成的20份卤代烷烃按2:1比例，与乙醇、丙酮按1:2比例组合成的28份溶剂加入到500mL的三口烧瓶中。
然后在50℃下进行搅拌，反应10h。
将反应产物转移到500mL的茄形瓶中，在40℃下进行减压蒸馏至恒重，然后加入每次100mL丙酮，洗涤、过滤5次，滤饼经真空室温下干燥至恒重得到水基钻井液用双子型页岩抑制剂粉剂。