一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂及其制备方法

本发明属于油田化学，具体涉及一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂及其制备方法。

背景技术：

1、泥页岩储层分布广泛，其中90%以上的井下事故均是由于井壁失稳导致。因此，泥页岩井壁失稳成为制约油气储层安全、高效钻井的关键问题，也是油气井领域研究的热点和难点。泥页岩井壁失稳主要由黏土矿物水化分散导致，因此，在钻井液中加入无机盐（kcl、nh4cl等）、有机胺（聚醚胺、阳离子共聚物等）、封堵材料（沥青类、纳米颗粒等）等抑制剂是延缓黏土水化分散、维护井壁稳定的最主要、最有效的手段。但现有抑制剂对深层复杂泥页岩地层抑制能力有限，进一步开发抗高温的高效抑制剂、更好的解决泥页岩水化失稳仍是需要继续研究的关键技术难题。

2、纳米技术在钻井液中的应用属于前沿领域。近年来，大量研究证明，纳米材料作为钻井液页岩抑制剂应用前景广阔。如纳米sio2、纳米cuo、纳米zno可以改善钻井液流变性、降低膨润土的水化膨胀量；疏水改性的纳米sio2可通过封堵、改变润湿性等作用增强钻井液抑制能力；此外，氧化石墨烯也具有抑制黏土水化膨胀的作用。但这些研究主要使用常规的无机纳米颗粒作为基质制备水基钻井液抑制剂，抑制效果仍不理想。分子纳米粒子是一种分子级的有机/无机杂化材料，poss则是其中最具代表性的一类。相较于其他纳米粒子，poss粒子尺寸更小、溶解性更好、相容性好，其顶角含有各种有机基团，易于改性，且热稳定性强，在钻井液处理剂中研究潜力巨大。

3、目前，将poss（倍半硅氧烷）作为钻井液处理剂的研究很少。专利cn105602535 a公开了一种有机盐钻井液用纳米封堵剂及其制备方法，该有机盐钻井液用纳米封堵剂由甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、n-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺共聚制得，该封堵剂抗温耐盐，具有较好的封堵效果，该专利主要利用poss可与有机分子实现分子水平上结合的特点，将poss作为一个纳米尺寸的交联点，使其包裹在分子链中，实现更紧密连接，防止封堵材料脱落，但该专利并未利用改性poss作为抑制剂，也不含阳离子单体。专利cn114573771 a公开了一种能够提高水基钻井液防塌能力的含氟硅聚合物页岩抑制剂及其制备方法，该抑制剂使用笼型聚倍半硅氧烷单体以及含氟丙烯酸酯类单体，采用可逆加成断裂链转移法制备含氟硅纳米嵌段共聚物，该抑制剂能够改善岩石表面润湿性，使亲水性页岩转变为疏水性页岩，能够显著降低黏土水化膨胀，可抗温150°c。但该抑制剂主要通过调节润湿性以提高抑制能力，其制备流程相对复杂，完全的疏水特性不利于其在钻井液中与其他水溶性处理剂实现良好配伍性，高温高矿化度条件下容易由于解吸附而使其抑制效果下降。

技术实现思路

1、为解决至少一种上述问题，本发明提出了一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂，其具有较强的抗温能力。

2、本发明的技术方案如下：一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂的制备方法，以摩尔比为1:2~8的八乙烯基poss单体和亲水性含巯基单体为原料，以光引发剂为助剂，通过点击反应制得。

3、本发明的一种实施方式在于，所述制备方法具体包括以下步骤：将八乙烯基poss单体和亲水性含巯基单体溶解于溶剂中并混合，随后加入光引发剂，在惰性气体保护条件下，紫外照射并持续反应4~8h，反应结束后，对其进行分离提纯即得。

4、本发明的一种实施方式在于，所述亲水性含巯基单体中含有氨基、乙氧基中的至少一种。

5、进一步的，所述亲水性含巯基单体为3-巯基-1-丙胺、巯基-peg（聚乙氧基）-氨基、巯基乙酰胺中的至少一种。

6、进一步的，所述巯基-peg-氨基中，所述peg的聚合度为4~10。

7、本发明的一种实施方式在于，所述光引发剂为安息香二甲醚、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一种或多种。

8、本发明的一种实施方式在于，所述光引发剂加量为单体总质量的4%~8%。

9、本发明的一种实施方式在于，所述八乙烯基poss单体的溶剂为甲苯、四氢呋喃、二甲苯或氯仿中的一种，所述亲水性含巯基单体的溶剂为甲醇、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种。选用溶剂的原则在于，两种溶剂分别能够溶解八乙烯基poss单体和亲水性含巯基单体，同时两种溶剂之间具有一定的溶解度。

10、本发明的一种实施方式在于，所述分离提纯步骤具体为：将产物旋蒸后得到固体，用丙酮对固体洗涤后，冻干即得。

11、本发明的另一个目的是公开一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂，采用上述任一方法制备而成，其具有较好的抗温能力。

12、本发明的有益效果在于：

13、本发明利用“巯基-烯”点击反应原理，反应效率高，条件温和，操作简单；一方面，充分利用分子纳米粒子的纳米尺寸效应、热稳定性、顶角有机基团易改性和良好相容性的特点，另一方面，引入亲水性基团，提高poss分子纳米粒子的亲水性，强化改性poss的吸附性和抑制能力，得到的分子纳米粒子基抑制剂抗温能力强、抑制效果好，能够很好的应用于超深井的开发。

技术特征：

1.一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂的制备方法，其特征在于，以摩尔比为1:2~8的八乙烯基poss单体和亲水性含巯基单体为原料，以光引发剂为助剂，通过点击反应制得，所述亲水性含巯基单体中含有氨基、乙氧基中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：将八乙烯基poss单体和亲水性含巯基单体溶解于溶剂中并混合，随后加入光引发剂，在惰性气体保护条件下，紫外照射并持续反应4~8h，反应结束后，对其进行分离提纯即得。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亲水性含巯基单体为3-巯基-1-丙胺、巯基-peg-氨基、巯基乙酰胺中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述亲水性含巯基单体为巯基-peg-氨基时，所述peg的聚合度为4~10。

5.根据权利要求1或2所述的方法，所述光引发剂为安息香二甲醚、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的方法，所述光引发剂加量为单体总质量的4%~8%。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述八乙烯基poss单体的溶剂为甲苯、四氢呋喃、二甲苯或氯仿中的一种，所述亲水性含巯基单体的溶剂为甲醇、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分离提纯步骤具体为：将产物旋蒸后得到固体，用丙酮对固体洗涤后，冻干即得。

9.一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂，采用权利要求1~8任一所述的方法制备而成。

技术总结
本发明提供了一种基于分子纳米粒子的抗高温抑制剂及其制备方法，涉及油田化学技术领域。该抑制剂以摩尔比为1:2~8的八乙烯基POSS单体和亲水性含巯基单体为原料，以光引发剂为助剂，通过点击反应制得。最终制得的抑制剂，具有较好的抗温能力和抑制性，能够应用于超深井的开发。

技术研发人员：李新亮,张何海,段明,胡耀太,左浩然,刘帅,方申文,熊艳,施鹏
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