專利名稱：一種低起泡性鉆井液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井液，進(jìn)一步地說(shuō)是涉及一種含有由磺烷基改性的烷基糖苷化合物的低起泡性鉆井液及其制備方法。
背景技術(shù)：
烷基糖苷是新一代環(huán)境友好的綠色表面活性劑，國(guó)外九十年代才實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。它是一種非離子表面活性劑，所用原料是由可再生的自然資源衍生而來(lái)的葡萄糖和脂肪醇，烷基糖苷完全可生物降解。這類表面活性劑由于其無(wú)毒、無(wú)刺激及出色的表面活性而廣泛應(yīng)用于洗滌劑、化妝品、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域。根據(jù)其合成時(shí)所用脂肪醇碳鏈的長(zhǎng)短分為低碳烷基糖苷(烷基為C1～C7)和高碳烷基糖苷(烷基為C8及其以上)。
當(dāng)前高碳C8-18系列烷基糖苷已成功應(yīng)用在化妝品保濕劑和洗發(fā)香波及醫(yī)藥領(lǐng)域。烷基糖苷在油田化學(xué)中的應(yīng)用剛剛起步。近幾年有少許高碳烷基糖苷用在油田驅(qū)油上的報(bào)道，而對(duì)于低碳烷基糖苷的研究?jī)H限于甲基糖苷，國(guó)外已于90年代初將甲基葡萄糖苷應(yīng)用于鉆井液中，并成功地解決水敏性地層和其它復(fù)雜地層的井眼穩(wěn)定問(wèn)題。但應(yīng)用過(guò)程中甲基糖苷加量很大，成本較高，還不能大規(guī)模推廣。
目前，井眼穩(wěn)定問(wèn)題仍是鉆井工作者所面臨的主要問(wèn)題之一。井壁失穩(wěn)的表現(xiàn)形式主要為縮徑、擴(kuò)徑、卡鉆及井下復(fù)雜情況。而鉆井液與泥頁(yè)巖地層發(fā)生物理化學(xué)作用而引起的泥頁(yè)巖水化是井眼失穩(wěn)的主要原因之一。因此，最大限度地抑制泥頁(yè)巖水化膨脹、分散是解決井壁失穩(wěn)的根本途徑之一。烷基糖苷為多羥基縮醛，多羥基親水性好，水化膜厚，非極性基團(tuán)能提高產(chǎn)物的表面活性，因此烷基糖苷能顯著地提高泥頁(yè)巖膜效率、降低鉆井液中水的活度，且它們?cè)诰诘膹?qiáng)烈吸附能成功抑制水分子進(jìn)入井壁，因此它們的防塌作用極強(qiáng)，在鉆井液中可用做高效防塌劑。但烷基糖苷是表面活性劑，在應(yīng)用時(shí)有起泡現(xiàn)象，而且泡沫穩(wěn)定不容易除去，且隨著碳鏈的增長(zhǎng)而加重，從而限制了乙基糖苷及其碳鏈更長(zhǎng)的烷基糖苷在油田固井液和鉆井液中的應(yīng)用。因此消除它的起泡現(xiàn)象拓寬它的應(yīng)用面是烷基糖苷在油田化學(xué)應(yīng)用中的一個(gè)重要研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)低碳烷基糖苷(C1～C7烷基糖苷)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)低碳烷基糖苷進(jìn)行了進(jìn)一步的改性即在低碳烷基糖苷上引入新的基團(tuán)——磺烷基。烷基糖苷基礎(chǔ)上引入磺烷基，把屬于非離子型表面活性劑的烷基糖苷改性為陰離子型表面活性劑的磺烷基化烷基糖苷。使它的吸附性進(jìn)一步增強(qiáng)，與膨潤(rùn)土的作用的能力也進(jìn)一步增強(qiáng)，降粘能力、防塌抑制性好于烷基糖苷，同時(shí)引入磺烷基大大提高了低碳烷基糖苷的抗溫性、水溶性和消除它的起泡現(xiàn)象，使碳鏈較長(zhǎng)的烷基糖苷也有很好的水溶性，能高效應(yīng)用于固井液和鉆井液中，從而使改性了的烷基糖苷更適合用于中深井或超深井鉆進(jìn)的泥漿處理劑。
發(fā)明人對(duì)烷基糖苷的改性反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)述為如下反應(yīng)方程
和/或 因此，本發(fā)明的目的是提供一種含有由磺烷基改性的烷基糖苷化合物的鉆井液；本發(fā)明的另一目的是提供所述鉆井液的制備方法。
本發(fā)明提供的一種鉆井液，包含有泥漿和一種含改性烷基糖苷的改性助劑，其中所述改性助劑占泥漿體積的1～50％，優(yōu)選為1～20％。
該改性助劑中含有的改性烷基糖苷化合物，為磺烷基改性的烷基糖苷，具有以下結(jié)構(gòu)通式I
其中R1、R2分別選自氫或磺烷基。R1、R2不相同，即R1、R2不同時(shí)為氫或同時(shí)為磺烷基。所述磺烷基的分子式為-CmH2m(SO3Na)，其中m為1～3的整數(shù)，優(yōu)選為1；通式中X為等于或大于1的整數(shù)，優(yōu)選為1～10的整數(shù)；通式中n為1～7的整數(shù)，優(yōu)選為2～4的整數(shù)。
以上所述的改性烷基糖苷化合物的通式包括該改性烷基糖苷化合物的異構(gòu)體。
本發(fā)明所述鉆井液所包含的一種含改性烷基糖苷化合物的改性助劑，是按照包括以下步驟的方法制得的最終反應(yīng)產(chǎn)物a.低碳烷基糖苷的制備將淀粉和低碳醇在催化劑的存在下進(jìn)行苷化反應(yīng)，得到含低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；b.改性烷基糖苷的制備在步驟a得到的產(chǎn)物中加入所加淀粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當(dāng)于淀粉總重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃，優(yōu)選為(50～90)±5℃下繼續(xù)反應(yīng)充分后，得到的最終反應(yīng)混合物即為所述的改性助劑，其中含有磺烷基改性的烷基糖苷。
以上所述步驟a為低碳烷基糖苷的制備。項(xiàng)有技術(shù)中烷基糖苷的制備是已有的技術(shù)，如美國(guó)專利US 2,276,621；US 2,390,507；US 2,606,186；US 3,296,245；US 3,375,243等；中國(guó)專利申請(qǐng)CN 1128265A；CN 1030763A等。因此，在這里步驟a可參照各種現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有的低碳烷基糖苷的制備方法。也可以優(yōu)選按照包括以下步驟的方法來(lái)制備低碳烷基糖苷a1.將淀粉和低碳醇以1∶0.3～1∶20，優(yōu)選為1∶1～1∶5的重量比混合，為了保障淀粉盡可能完全反應(yīng)，低碳醇的含量為過(guò)量；a2.在以上混合物中加入低碳醇總加入量1～8％wt，優(yōu)選為3～5％wt的催化劑；a3.將上述混合原料在溫度(80～170)±5℃下，于反應(yīng)釜中充分反應(yīng)；a4.將步驟a3的反應(yīng)產(chǎn)物調(diào)PH值至堿性，得到含有低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；以上步驟a中低碳醇選自n為1～7的CnH2n+1OH中的至少一種，優(yōu)選n為2～4的CnH2n+1OH中的至少一種；所述淀粉可選自現(xiàn)有技術(shù)中可得的任何淀粉，一般常用下列淀粉中的至少一種玉米淀粉、小麥淀粉、紅薯淀粉、大米淀粉。
以上所述低碳烷基糖苷的制備步驟a2中催化劑選自無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、對(duì)甲苯磺酸吡啶鹽或2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉鹽的至少一種。其中無(wú)機(jī)酸優(yōu)選自硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸等；有機(jī)酸優(yōu)選自C2-8磺基羧酸、對(duì)甲苯磺酸、磺基丁二酸、十二烷基苯磺酸、十二烷基硫酸、烷基萘磺酸、苯甲酸等。以上所述物質(zhì)均可市售而得。
以上所述低碳烷基糖苷的制備步驟a3中，反應(yīng)溫度優(yōu)選為(110～150)±5℃；反應(yīng)一般在常壓下進(jìn)行；反應(yīng)時(shí)間視反應(yīng)是否充分而定，一般至少為1～8小時(shí)，優(yōu)選至少為2～5小時(shí)。
以上所述低碳烷基糖苷的制備步驟a4中將步驟a3得到的反應(yīng)產(chǎn)物調(diào)PH值為堿性，一是為了防止烷基糖苷在酸性條件下會(huì)發(fā)生逆反應(yīng)重新生成糖和脂肪醇，另外步驟b改性烷基糖苷的制備反應(yīng)優(yōu)選在堿性條件下進(jìn)行。該步驟中PH值優(yōu)選調(diào)節(jié)為8～11，更優(yōu)為9～10。
以上所述改性烷基糖苷的制備步驟b中磺化試劑選自亞硫酸氫鈉、亞硫酸納或焦亞硫酸鈉中的一種或幾種；磺化試劑加入量?jī)?yōu)選為所加淀粉總重量的55～80％wt。所述甲醛的加入量?jī)?yōu)選為所加淀粉總重量的15～30％wt，若反應(yīng)時(shí)所用的是甲醛的水溶液則以其中所含的甲醛量為計(jì)量基準(zhǔn)。該步驟中為了保障步驟a的反應(yīng)產(chǎn)物中低碳烷基糖苷盡可能完全轉(zhuǎn)化，醛和磺化試劑的用量為過(guò)量。步驟b中反應(yīng)一般在常壓下進(jìn)行。反應(yīng)時(shí)間視反應(yīng)是否充分而定，一般反應(yīng)時(shí)間至少為1～7小時(shí)。
以上所述的所述改性助劑的制備方法中，步驟a的低碳烷基糖苷的制備中低碳烷基糖苷的產(chǎn)率一般為95％，步驟b的磺烷基化烷基糖苷的產(chǎn)率一般為90％。
通過(guò)以上所述的步驟，得到的磺烷基取代的烷基糖苷產(chǎn)物，可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的精制方法來(lái)處理，如過(guò)濾、分離、萃取、蒸餾、精餾等方法。提純后的磺烷基烷基糖苷可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的紅外、核磁等表征方法來(lái)表征。
以上所述的本發(fā)明鉆井液所含的改性助劑的制備方法中，步驟a的低碳烷基糖苷的制備中，所述淀粉可以為分步投料即將一份淀粉與總的低碳醇經(jīng)過(guò)所述步驟a1、a2、a3后，再將另一份淀粉與步驟a3的反應(yīng)混合物混合，在同步驟a3一樣的溫度、壓力條件下反應(yīng)；直至淀粉投放完畢后再經(jīng)過(guò)所述步驟a4，得到含有低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；所述每步所投的淀粉量為淀粉總量的0.05～50％wt，優(yōu)選為淀粉總量的30～50％wt。淀粉是一次性投料還是分步投料一般是視情況而定，因?yàn)榈矸鄄蝗苡谥敬?，如果淀粉總量大，反?yīng)開(kāi)始就全部加入后會(huì)使攪拌困難、反應(yīng)慢，淀粉也容易因?yàn)槭軣岵痪Ｋ栽诘矸劭偭看髸r(shí)分步投料可使反應(yīng)速度加快，而且也不容易糊。
本發(fā)明經(jīng)研究得知，在烷基糖苷基礎(chǔ)上引入磺烷基得到的改性烷基糖苷化合物，使非離子型的表面活性劑的烷基糖苷轉(zhuǎn)化成陰離子型的表面活性劑的磺烷基化烷基糖苷，從而增強(qiáng)了該化合物的水溶性、吸附性，減弱了起泡性。吸附性增強(qiáng)使化合物與膨潤(rùn)土的作用能力進(jìn)一步增加，降粘能力、防塌抑制性均好于烷基糖苷，同時(shí)引入磺烷基大大提高了化合物的抗溫性，從而使它更適合用于中深井或超深井鉆進(jìn)的泥漿處理劑。
本發(fā)明提供的這種鉆井液組合物中含有的改性助劑中的改性烷基糖苷化合物具有以上所述的結(jié)構(gòu)通式I，可以是結(jié)構(gòu)通式中所述的一種改性烷基糖苷，也可以是結(jié)構(gòu)通式中所述的一種以上的改性烷基糖苷和/或其異構(gòu)體的混合物；優(yōu)選為磺甲基化的烷基糖苷，其中烷基為C1～C7的烷基，更優(yōu)選C2～C4的烷基，最優(yōu)選為磺甲基化乙基糖苷和/或磺甲基化丙基糖苷。
本發(fā)明所述的鉆井液中還可包含有現(xiàn)有技術(shù)中鉆井液所用的助劑如鉆井液中常用的提粘劑主要為高分子的聚合物，如聚丙烯酰胺類或丙烯酸與丙烯酰胺共聚物類等，如大鉀(KPAM)、80A-51、FA-367、VAMA等；降粘劑的分子量要比提粘劑的分子量要小，如小鉀(KPAN)、NH4PAN、磺化丹寧、XY-27等；降濾失劑主要有羧甲基纖維素、腐植酸類、磺甲基酚醛樹(shù)脂、褐煤樹(shù)脂等。以上助劑的用量是現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)用量。
本發(fā)明所述的鉆井液的制備方法，包括以下步驟a.低碳烷基糖苷的制備將淀粉和低碳醇在催化劑的存在下進(jìn)行苷化反應(yīng)，得到含低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；b.在步驟a得到的反應(yīng)產(chǎn)物中加入所加淀粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當(dāng)于淀粉總重量15～35％wt的甲醛，在(50～100)±5℃，優(yōu)選為(50～90)±5℃下繼續(xù)反應(yīng)充分后，得到的最終反應(yīng)產(chǎn)物即為所述的改性助劑，其中含有磺烷基改性的烷基糖苷；c.將由步驟b得到的最終反應(yīng)產(chǎn)物，即所述改性助劑與包括泥漿在內(nèi)的組分混合均勻得到所述鉆井液，其中改性助劑占泥漿體積的1～50％，針對(duì)一般情況的油井，兼顧效果和成本問(wèn)題，優(yōu)選為1～20％。
上述本發(fā)明鉆井液組合物制備方法的步驟a～b即為本發(fā)明所提供的含改性烷基糖苷化合物的改性助劑的一種制備方法，步驟a～b的具體內(nèi)容均同前所述。其中所述步驟a的低碳烷基糖苷的制備中，所述淀粉也可以為分步投料，即將一份淀粉與總的低碳醇經(jīng)過(guò)所述步驟a1、a2、a3后，再將另一份淀粉與步驟a3的反應(yīng)產(chǎn)物混合，在同步驟a3一樣的溫度、壓力條件下反應(yīng)；直至淀粉投放完畢后再經(jīng)過(guò)所述步驟a4，得到含有低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；所述每步所投的淀粉量為淀粉總量的0.05～50％wt，優(yōu)選30～50％wt。
上述本發(fā)明鉆井液組合物制備方法的步驟c中，所述的改性助劑可以是步驟b得到的最終反應(yīng)產(chǎn)物按所述用量直接加入泥漿；也可以是步驟b得到的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)提純精制出磺烷基改性的烷基糖苷后加入。本發(fā)明所述的改性助劑對(duì)鉆井液的改良效果是由于其中的磺烷基改性的烷基糖苷賦予的。泥漿和其它助劑組分均是現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的鉆井液中所用的泥漿和助劑。采用現(xiàn)有技術(shù)中所用的混合設(shè)備如攪拌機(jī)等設(shè)備進(jìn)行混合。
本發(fā)明涉及的改性助劑中含有的磺烷基改性的烷基糖苷在保留烷基糖苷優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，克服了起泡的缺點(diǎn)。而且烷基糖苷上引入磺烷基后有效增大它的水溶性，并提高了其抗溫能力，使碳鏈較長(zhǎng)的烷基糖苷也具有合適的HLB(表征親水親油的性能，該值大物質(zhì)親水，該值小物質(zhì)親油)值，從而很好應(yīng)用于固井液與鉆井液中。烷基糖苷上引入磺甲基后吸附性、與膨潤(rùn)土的作用能力也進(jìn)一步增強(qiáng)，降粘能力、防塌抑制性均好于烷基糖苷，從而使它更適合用于中深井或超深井鉆進(jìn)的泥漿、水泥漿處理劑等。
本發(fā)明涉及的改性助劑中含有的磺烷基改性的烷基糖苷屬于陰離子表面活性劑，對(duì)預(yù)水化膨潤(rùn)土和水泥漿的降粘分散效果奇佳，處理劑分子優(yōu)先吸附在膨潤(rùn)土顆粒和水泥顆粒表面，強(qiáng)烈拆散膨潤(rùn)土顆粒間的卡片房子結(jié)構(gòu)，使自由水從網(wǎng)絡(luò)包裹中釋放出來(lái)，增大漿體的流動(dòng)性。該處理劑的性能優(yōu)于常規(guī)的低分子聚合物降粘劑，且不受鉆井液PH值、溫度的影響，可提高鉆井液的固相容量，可用做鉆井液中的降粘劑和水泥漿中的分散劑及緩凝劑。
本發(fā)明涉及的改性助劑中含有的磺烷基改性的烷基糖苷還能很好的穩(wěn)定粘土顆粒，防止粘土顆粒膨脹、分散、運(yùn)移而堵塞油氣通道，同時(shí)，還可使巖石由親水界面反轉(zhuǎn)為親油界面，減少油流阻力，達(dá)到保護(hù)油氣層目的。
它們與常規(guī)處理劑配伍性好、潤(rùn)滑性好、不污染油氣層、能抗180℃高溫且能生物降解，不污染環(huán)境?？捎迷诟鞣N區(qū)塊各種地層的油田鉆井，尤其是敏感區(qū)塊和超深井及地?zé)峋?br> 實(shí)驗(yàn)室證明本發(fā)明涉及的改性助劑中含有的磺烷基改性的烷基糖苷應(yīng)用在油田化學(xué)處理劑中非常有效。在穩(wěn)定井壁方面優(yōu)于低碳烷基糖苷，并且它的抗溫性要明顯高于烷基糖苷，且在鉆井液應(yīng)用中不起泡，不提粘，是很好的井壁穩(wěn)定劑，尤其可適用于超深井或地?zé)峋?br> 本發(fā)明的含有所述改性助劑的鉆井液的效果歸納如下(1)原料來(lái)源廣，成本低，制作工藝安全、簡(jiǎn)單。
(2)其中改性助劑的水溶性好，鉆井液不起泡。
(3)在鉆井液中能顯著提高泥頁(yè)巖膜效率，降低鉆井液中水的活度，防塌性能好(4)降粘效果好，優(yōu)于常規(guī)低分子聚合物降粘劑(5)具有良好的潤(rùn)滑性，抗污染能力對(duì)油氣層無(wú)污染(6)抗溫性極強(qiáng)，可用于超深井和地?zé)峋?7)其中改性助劑與其它處理劑配伍性好，鉆井液性能不受任何處理劑影響(8)可生物降解，無(wú)毒，不造成環(huán)境污染以4％坂土漿作為基漿，加入其體積2％含磺甲基丙基糖苷的所述改性助劑作為對(duì)比漿進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下RS(滾動(dòng)回收率)提高率≥50％；膨脹率降低率≥40％；表觀粘度能降低率≥70％；摩擦系數(shù)降低率≥20％；泥頁(yè)巖滲透恢復(fù)增長(zhǎng)率≥19％。
在水泥漿中分散效果明顯，且有一定的緩凝作用。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書(shū)中提出。
一、制備實(shí)驗(yàn)以下實(shí)施例中，反應(yīng)用的原料中，玉米淀粉、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、硫酸、鹽酸、磷酸、十二烷基苯磺酸鈉、對(duì)甲苯磺酸吡啶鹽、氫氧化鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、甲醛、乙醛、丙醛等均是常規(guī)的化學(xué)品，均為市售。
實(shí)施例1用電子天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入60克無(wú)水甲醇(化學(xué)純)，濃度50％wt硫酸9克，用攪拌機(jī)混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在85±5℃下反應(yīng)2小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)1.6小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至9，得含有甲基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B1。降溫至55±5℃然后加入亞硫酸氫鈉110克和濃度為37％wt的甲醛溶液100克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)即得含有磺甲基化甲基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A1。
實(shí)施例2用天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入100克無(wú)水乙醇(化學(xué)純)，加入濃度50％wt磷酸(化學(xué)純)15克，用攪拌機(jī)攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在120℃±5℃下反應(yīng)4小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)4小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至11，得含乙基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B2。然后降溫至90±5℃再加入亞硫酸氫鈉130克和濃度為37％wt的乙醛溶液126克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)即得含磺乙基化乙基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A2。
實(shí)施例3用電子天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入100克無(wú)水乙醇(化學(xué)純)，濃度37％wt鹽酸13.5克，用攪拌機(jī)混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在130±5℃下反應(yīng)1小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)0.6小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至9，得含乙基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B3，降溫至60±5℃然后加入亞硫酸鈉120克和濃度為37％wt的甲醛溶液86克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)即得含磺甲基乙基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A3。
實(shí)施例4用天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入無(wú)水甲醇(化學(xué)純)30克，無(wú)水乙醇(化學(xué)純)50克，十二烷基苯磺酸8克，用攪拌機(jī)混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在100±5℃下反應(yīng)2小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥的玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)1.5小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至9，得到含有甲基糖苷、乙基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B4，降溫至50±5℃然后加入亞硫酸氫鈉100克和濃度為37％wt的甲醛溶液90克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)即得含有磺甲基化甲基糖苷、磺甲基化乙基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A4。
實(shí)施例5用電子天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入200克丙醇(化學(xué)純)，6克對(duì)甲苯磺酸吡啶鹽，用攪拌機(jī)攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在130±5℃下反應(yīng)1小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)1.5小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至10，得到含丙基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B5，降溫至70±5℃然后加入亞硫酸鈉170克和濃度為37％wt的乙醛溶液126克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，即得含磺乙基丙基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A5。
實(shí)施例6用天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入400克正丁醇(化學(xué)純)，濃度37％wt的鹽酸21克，用攪拌機(jī)攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在135±5℃下反應(yīng)2小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)2.5小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至10，得到含丁基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B6；降溫至60±5℃后加入亞硫酸氫鈉180克和濃度為37％wt的甲醛溶液170克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)結(jié)束，即得含磺甲基化丁基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A6。
實(shí)施例7用天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入600克正戊醇(化學(xué)純)，濃度37％wt的鹽酸32克，用攪拌機(jī)攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在140±5℃下反應(yīng)3小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)3小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至11，得到含戊基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B7，降溫至80±5℃后加入亞硫酸氫鈉170克和濃度為37％wt的甲醛溶液87克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)4小時(shí)結(jié)束，即得含磺甲基戊基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A7。
實(shí)施例8用天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入1500克正己醇(化學(xué)純)，濃度98％wt硫酸31克，用攪拌機(jī)攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在150±5℃下反應(yīng)3小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)3小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至11，得到含己基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B8。降溫至90±5℃后加入亞硫酸氫鈉180克和濃度為37％wt的甲醛溶液140克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)即得含磺甲基己基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A8。
實(shí)施例9用天平稱取100克干燥的玉米淀粉，加入4000克正庚醇(化學(xué)純)，濃度98％wt的硫酸81克，用攪拌機(jī)攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應(yīng)釜中，在170±5℃下反應(yīng)4小時(shí)左右后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，向反應(yīng)產(chǎn)物中又加入100克干燥玉米淀粉，攪拌均勻，倒入反應(yīng)釜中，反應(yīng)4小時(shí)，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調(diào)PH值至11，得到含庚基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物B9。降溫至100±5℃后加入亞硫酸氫鈉200克和濃度為37％wt的甲醛溶液160克，打開(kāi)攪拌繼續(xù)反應(yīng)7小時(shí)結(jié)束，即得含磺甲基庚基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物A9。
二、效果實(shí)驗(yàn)以下實(shí)驗(yàn)中所用的泥漿均為現(xiàn)有技術(shù)中已有的泥漿，可市售而得；所用到按上述制備實(shí)驗(yàn)中得到的含低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物中還含有反應(yīng)中剩余的淀粉、醇、催化劑等對(duì)鉆井液性能無(wú)負(fù)面影響；所用到按上述制備實(shí)驗(yàn)中得到的含改性烷基糖苷(磺烷基化的烷基糖苷)的最終反應(yīng)產(chǎn)物中還含有反應(yīng)中剩余的淀粉、醇、催化劑、醛、磺化試劑、低碳烷基糖苷等對(duì)鉆井液性能無(wú)負(fù)面影響。
實(shí)施例10含甲基糖苷鉆井液及含磺甲基甲基糖苷鉆井液應(yīng)用效果比較在4％wt預(yù)水化膨潤(rùn)土漿中分別加入膨潤(rùn)土漿體積2％的制備實(shí)驗(yàn)所得的含甲基糖苷的B1(實(shí)施例1)、含磺甲基甲基糖苷的A1(實(shí)施例1)、含乙基糖苷的B3(同實(shí)施例3)、含磺甲基乙基糖苷的A3(實(shí)施例3)，比較它們對(duì)泥頁(yè)巖的回收率和膨脹率?；厥章屎团蛎浡试u(píng)價(jià)步驟參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6335-1997泥頁(yè)巖理化性能試驗(yàn)方法之泥頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1(設(shè)4％wt預(yù)水化膨潤(rùn)土漿16小時(shí)的膨脹率為100％)。
表1

可見(jiàn)改性的低碳烷基糖苷比未改性的低碳烷基糖苷對(duì)泥頁(yè)巖的回收率高、膨脹率小，效果優(yōu)于未改性的低碳烷基糖苷。
實(shí)施例11比較起泡性參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5350-91鉆井液用發(fā)泡劑評(píng)價(jià)程序。取不同濃度(加入組分占水體積的百分?jǐn)?shù))的制備實(shí)驗(yàn)所得的含烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物的水溶液和含磺甲基烷基糖苷的最終反應(yīng)產(chǎn)物的水溶液于具塞量筒中，連續(xù)振蕩50次后開(kāi)始計(jì)時(shí)，觀測(cè)最大泡沫量及5min后泡沫量，測(cè)定結(jié)果如表2表2

由上表可知，改性烷基糖苷起泡性很小，且泡沫保持時(shí)間也很短，適合于作為鉆井液處理劑。
實(shí)施例12抗溫性比較取4％wt坂土作為基漿來(lái)評(píng)價(jià)含制備實(shí)驗(yàn)所得的乙基糖苷的B3和含磺甲基乙基糖苷的A3對(duì)鉆井液抗溫能力的改性，其中B3或A3的加入量均為基漿體積的5％。結(jié)果見(jiàn)表3表3

由此可見(jiàn)含有A3的坂土在180℃下滾動(dòng)16小時(shí)后性能與常溫變化不大，但含有B3的性能明顯變壞，說(shuō)明乙基糖苷分子上引入磺烷基基團(tuán)后抗溫性明顯增強(qiáng)。
實(shí)施例13選取含本發(fā)明所述改性助劑的鉆井液進(jìn)行提高回收率及巖心膨脹實(shí)驗(yàn)，設(shè)4％2t預(yù)水化膨潤(rùn)土漿16小時(shí)的膨脹率為100％，膨脹率評(píng)價(jià)步驟參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T6335-1997泥頁(yè)巖理化性能試驗(yàn)方法之泥頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)。其中制備實(shí)驗(yàn)所得的B3或A3的加入量均為基漿體積的5％。結(jié)果如表4表4

上表說(shuō)明本發(fā)明改性烷基糖苷對(duì)泥頁(yè)巖的抑制性好于未改性的烷基糖苷。
實(shí)施例14在8％wt的預(yù)水化膨潤(rùn)土漿中分別加入膨潤(rùn)土漿體積2％的制備實(shí)驗(yàn)所得的含乙基糖苷的B3及含磺甲基化乙基糖苷的A3，按照SY/T 5241-91水基鉆井液用降濾失劑評(píng)價(jià)程序進(jìn)行降失水評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5243-91水基鉆井液用降粘劑評(píng)價(jià)程序進(jìn)行降粘評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5表5

可見(jiàn)含磺甲基乙基糖苷的改性助劑降粘能力優(yōu)于乙基糖苷。
實(shí)施例15以制備實(shí)驗(yàn)所得的含乙基糖苷的B3、含磺甲基乙基糖苷的A3為例，將其分別加入到4％wt預(yù)水化膨潤(rùn)土漿中，按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540-2002鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行油氣層保護(hù)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表6表6

由此可見(jiàn)，含改性烷基糖苷的鉆井液具有良好性能的同時(shí)，能保持好的油氣層保護(hù)效果。
實(shí)施例16改性助劑的用量對(duì)鉆井液改性的影響以制備實(shí)驗(yàn)所得的含磺甲基乙基糖苷的A3為例，將其以不同的體積濃度(相對(duì)于基漿的體積百分率)加入到基漿(4％wt預(yù)水化膨潤(rùn)土漿+泥漿體積0.3％KPAM)中，按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540-2002鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行油氣層保護(hù)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，回收率和膨脹率評(píng)價(jià)步驟參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T6335-1997鉆井液用頁(yè)巖抑制劑評(píng)價(jià)方法，摩擦系數(shù)評(píng)價(jià)步驟參照SY/T 6094-94鉆井液用潤(rùn)滑劑評(píng)價(jià)程序，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7(基漿的泥頁(yè)巖膨脹率為16小時(shí)的實(shí)際膨脹率)表7

由于本發(fā)明涉及的改性助劑中含有的磺烷基烷基糖苷水溶性很好，且在鉆井液中不提粘，隨在鉆井液中加量不同對(duì)鉆井液的性能影響也不同。加量越多，鉆井液抑制性越強(qiáng)、潤(rùn)滑性越好、越有利于油氣層保護(hù)。當(dāng)加量達(dá)35％(相對(duì)泥漿體積的百分?jǐn)?shù))以上時(shí)，可作為合成基鉆井液的連續(xù)相，性能類似于油基泥漿。但它成本相對(duì)于油基泥漿低且沒(méi)有閃點(diǎn)，使用安全、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)地層的復(fù)雜情況和成本來(lái)確定加入改性烷基糖苷的量。
權(quán)利要求
1.一種低起泡性鉆井液，包含有泥漿和一種含改性烷基糖苷的改性助劑，其中所述改性助劑占泥漿體積的1～50％；所述改性助劑是按照包括以下步驟的方法制得的最終反應(yīng)產(chǎn)物a.低碳烷基糖苷的制備將淀粉和低碳醇在催化劑的存在下進(jìn)行反應(yīng)，得到含低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；b.改性改性烷基糖苷的制備在步驟a得到的反應(yīng)產(chǎn)物中加入所加淀粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當(dāng)于淀粉總重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃下繼續(xù)反應(yīng)充分后，得到的最終反應(yīng)產(chǎn)物即為所述的改性助劑，其中含改性的烷基糖苷；上述步驟a中低碳醇選自n為1～7的CnH2n+1OH中的至少一種；上述步驟b醛選自m為1～3的CmH2mO中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液，其中所述的步驟a包括以下步驟a1.將淀粉和低碳醇以1∶0.3～1∶20的重量比混合；a2.在以上混合物中加入低碳醇總加入量1～8％wt的催化劑；a3.將上述混合原料在溫度(80～170)±5℃下，于反應(yīng)釜中充分反應(yīng)；a4.將步驟a3的反應(yīng)產(chǎn)物調(diào)PH值至堿性，得到含有低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；上述步驟a2中催化劑選自無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、對(duì)甲苯磺酸吡啶鹽或2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉鹽中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆井液，其中所述步驟a1～a4的低碳烷基糖苷的制備中，所述淀粉為分步投料，即將一份淀粉與總的低碳醇經(jīng)過(guò)所述步驟a1、a2、a3后，再將另一份淀粉與步驟a3反應(yīng)得到的產(chǎn)物混合，在同步驟a3一樣的條件下反應(yīng)；直至淀粉投放完畢后再經(jīng)過(guò)所述步驟a4，得到含有低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；所述每步所投的淀粉量為淀粉總量的0.05～50％wt。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆井液，其中所述低碳醇CnH2n+1OH中n為2～4。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆井液，其中所述淀粉和低碳醇總加入量的重量比為1∶1～1∶5。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆井液，其中步驟a2所述的催化劑選自下列物質(zhì)中的至少一種硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、C2-8磺基羧酸、對(duì)甲苯磺酸、磺基丁二酸、十二烷基苯磺酸、十二烷基硫酸、烷基萘磺酸、苯甲酸、對(duì)甲苯磺酸吡啶鹽和2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆井液，其中步驟a4中PH值為8～11。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液，其中步驟b中磺化試劑選自亞硫酸氫鈉、亞硫酸納或焦亞硫酸鈉中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液，其中步驟b所述的磺化試劑加入量為所述淀粉總量的55～80％wt。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液，其中步驟b所述的醛加入量為所述淀粉總量的15～25％wt。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液，其中所述改性助劑占泥漿體積的1～20％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11之任一項(xiàng)所述的鉆井液的制備方法，包括以下步驟a.低碳烷基糖苷的制備將淀粉和低碳醇在催化劑的存在下進(jìn)行反應(yīng)，得到含低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；b.改性烷基糖苷的制備在步驟a得到的低碳烷基糖苷中加入所加淀粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當(dāng)于淀粉總重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃下繼續(xù)反應(yīng)充分后，得到的最終反應(yīng)產(chǎn)物即為所述的改性助劑，其中含有磺烷基改性的烷基糖苷；c.鉆井液制備將由步驟b得到的最終反應(yīng)產(chǎn)物，即所述的改性助劑以所述用量與包括泥漿在內(nèi)的組分混合均勻得到鉆井液；上述步驟a中低碳醇選自n為1～7的CnH2n+1OH中的至少一種；上述步驟b中磺化試劑選自亞硫酸氫鈉、亞硫酸納或焦亞硫酸鈉中的一種或幾種；醛選自m為1～3的CmH2mO中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含有泥漿和一種含改性烷基糖苷的改性助劑的低起泡性鉆井液及其制備方法，其中所述改性助劑占泥漿體積的1～50％。所述改性助劑是按照包括以下步驟的方法制得的最終反應(yīng)產(chǎn)物將淀粉和低碳醇混合在催化劑存在下苷化反應(yīng)得到含低碳烷基糖苷的反應(yīng)產(chǎn)物；在上述產(chǎn)物中加入磺化試劑和醛，在(50～100)±5℃下繼續(xù)反應(yīng)充分后得到的最終反應(yīng)混合物即為所述的含有磺烷基改性的烷基糖苷的改性助劑。含有該改性助劑的鉆井液吸附性進(jìn)一步增強(qiáng)，與膨潤(rùn)土的作用的能力也進(jìn)一步增強(qiáng)，降粘能力、防塌抑制性好，抗溫性高，而且消除了起泡性，非常適合用于中深井或超深井的鉆進(jìn)。
文檔編號(hào)C09K8/02GK1733863SQ20041005806
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者肖超, 趙素麗, 宋明全, 蔡利山, 王文立, 江山紅, 王治法 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院