一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑及其制備方法，其由下述原料制備而成，以淀粉、橋連劑及多胺基化合物為主要原料，在去離子水中、以催化劑作用下經(jīng)醚化反應(yīng)制備而得。本發(fā)明抑制型淀粉降濾失劑是由淀粉、橋連劑及多胺基化合物通過醚化反應(yīng)制備而得，其產(chǎn)物中淀粉分子鏈上具有豐富的胺基基團，能夠與地層黏土礦物發(fā)生多點吸附的作用，改善水基鉆井液抑制和降濾失性能。
【專利說明】
一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑及其制備方法，涉及石油、天然氣 及非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 降低泥頁巖地層在油氣鉆井過程頻繁發(fā)生井壁失穩(wěn)幾率，是從事石油、天然氣資 源勘探開發(fā)科研人員重點攻關(guān)方向。從控制鉆井液濾失量、提尚鉆井液抑制性，是提尚此類 地層井壁穩(wěn)定的有效手段。
[0003] 淀粉是一類性能優(yōu)良的鉆井液降濾失劑產(chǎn)品，其分子鏈中具有大量的羥基，可與 地層黏土礦物發(fā)生吸附、增黏、封堵等作用;還可以控制鉆井液的動、靜濾失量;并且?guī)缀跄?夠與所有水基鉆井液處理劑相配伍。通過化學(xué)鍵將胺基或季銨鹽基團引入淀粉分子鏈中， 制備出陽離子淀粉。在保持淀粉原有降濾失性能的同時，還可以同時改善淀粉的吸附、抑制 性能，進一步擴大其在鉆井液中的使用范圍。
[0004] 公開專利中，陽離子淀粉主要通過醚化法和接枝共聚法制備而得，其陽離子性來 至于季銨鹽或陽離子可聚合單體。受淀粉反應(yīng)中心數(shù)量或接枝效率的影響，難以獲得高陽 離子密度的淀粉，因此無法充分發(fā)揮該類產(chǎn)品的性能優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑。在有限的淀粉反應(yīng)中心 上，引入多胺基化合物，提高淀粉分子鏈中陽離子基團密度，起到改善鉆井液抑制和濾失性 能的目的。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑的制備方法，該方 法以水為溶劑，所涉及原料工藝安全環(huán)保、易于工業(yè)化，所獲得產(chǎn)品性能穩(wěn)定。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] -種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，由下述原料制備而成，以淀粉、橋連劑及多胺 基化合物為主要原料，在去離子水中、以催化劑作用下經(jīng)醚化反應(yīng)制備而得;所述的橋連 劑、催化劑、去離子水質(zhì)量比為，橋連劑:催化劑:去離子水=1: 〇 . 05~0.1: 2.5~5;所述的 淀粉與多胺基化合物質(zhì)量比為，淀粉:多胺基化合物= 1:1~1.05;所述的去離子水與淀粉 的質(zhì)量比為，去離子水:淀粉=1:1~2.5。
[0009] 所述的橋連劑為環(huán)氧氯丙烷、甲基環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷中的任一種或混合物；
[0010] 所述的催化劑為對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一種或混合物；
[0011]所述的淀粉為羧甲基淀粉鈉、羥乙基淀粉、馬鈴薯淀粉、可溶性淀粉中的任一種或 混合物。
[0012] 所述的多胺基化合物為多乙稀多胺、聚乙稀亞胺（Mw = 300)、聚乙稀亞胺（Mw = 600)、聚乙稀亞胺(Mw = 1800)、聚乙稀亞胺(Mw = 3500)、聚乙稀亞胺(Mw = 20000)、聚乙稀亞 胺(Mw = 30000)、聚乙稀亞胺(Mw = 50000)、聚乙稀亞胺(Mw = 70000)中的任一種或混合物。
[0013] -種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑的制備方法，包括以下步驟：
[0014] (1)將橋連劑、催化劑、去離子水按上述質(zhì)量比加入到四口瓶中，并將此四口瓶固 定在帶有回流冷凝、機械攪拌和控溫裝置的鐵架臺上；
[0015] (2)開動攪拌、控溫和回流冷凝裝置，設(shè)定攪拌速度為100~200r/min，溫度控制為 85~95°C，攪拌反應(yīng)5~6h;
[0016] (3)攪拌狀態(tài)下，按上述質(zhì)量比將多胺基化合物緩慢倒入步驟(2)所得溶液中，維 持溫度為85~95°C、攪拌速度為200~300r/min、保溫攪拌反應(yīng)3~5h后，冷卻至室溫；
[0017] (4)攪拌狀態(tài)下，按上述質(zhì)量比將淀粉緩慢加入到步驟(3)所得溶液中，維持反應(yīng) 釜內(nèi)溫度為120~130°C、攪拌速度為100~200r/min、保溫反應(yīng)3~5h后，反應(yīng)釜內(nèi)降至室 溫；
[0018] (5)步驟(4)所得產(chǎn)物于40~50 °C鼓風(fēng)干燥8~I Oh后，剪切粉碎得到粉末狀物質(zhì)即 為本發(fā)明鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑。
[0019] 所述的步驟（1)中的橋連接為環(huán)氧氯丙烷、甲基環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷中的任一 種或混合物；
[0020] 所述的步驟（1)中的催化劑為對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一種或 混合物；
[0021] 所述的步驟(3)中的淀粉為羧甲基淀粉鈉、羥乙基淀粉、馬鈴薯淀粉、可溶性淀粉 中的任一種或混合物。
[0022] 所述的步驟(4)中的多胺基化合物為多乙稀多胺、聚乙稀亞胺(Mw = 300)、聚乙稀 亞胺（Mw = 600)、聚乙稀亞胺（Mw =1800)、聚乙稀亞胺（Mw = 3500)、聚乙稀亞胺（Mw = 20000)、聚乙稀亞胺(Mw = 30000)、聚乙稀亞胺(Mw = 50000)、聚乙稀亞胺(Mw = 70000)中的 任一種或混合物。
[0023]本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 本發(fā)明抑制型淀粉降濾失劑是由淀粉、橋連劑及多胺基化合物通過醚化反應(yīng)制備 而得，其產(chǎn)物中淀粉分子鏈上具有豐富的胺基基團，能夠與地層黏土礦物發(fā)生多點吸附的 作用，改善水基鉆井液抑制和降濾失性能。
【具體實施方式】
[0025] 下面列舉具體實施例，以說明本發(fā)明所述的產(chǎn)品及其制備過程。
[0026] 實施例1
[0027] 47.760g環(huán)氧氯丙烷、4.776g對甲苯磺酸和119.400g去離子水轉(zhuǎn)移至帶回流冷凝、 控溫攪拌裝置的反應(yīng)釜中。設(shè)定攪拌速度為l〇〇r/min、溫度為85°C、保溫反應(yīng)5h。維持攪拌 速度為300r/min，將47.760g多乙烯多胺倒入反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度為85°C，保溫反 應(yīng)3h。將38.208g羧甲基淀粉鈉加入到上述反應(yīng)釜中，調(diào)整攪拌速度為200r/min，120°C保溫 反應(yīng)3h，反應(yīng)釜降至室溫。將反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至鼓風(fēng)烘箱中，40°C下鼓風(fēng)干燥8h后，剪切 粉碎得到粉末狀物質(zhì)即為本發(fā)明鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，計為IF-1。
[0028] 實施例2
[0029] 47.760g甲基環(huán)氧氯丙烷、2.388g十二烷基苯磺酸和143.280g去離子水轉(zhuǎn)移至帶 回流冷凝、控溫攪拌裝置的反應(yīng)釜中。設(shè)定攪拌速度為200r/min、溫度為95°C、保溫反應(yīng)6h。 維持攪拌速度為200r/min，將50.148g聚乙稀亞胺(Mw = 300)倒入反應(yīng)爸中，控制反應(yīng)爸內(nèi) 溫度為95°C，保溫反應(yīng)5h。將42.984g羥乙基淀粉加入到上述反應(yīng)釜中，調(diào)整攪拌速度為 100r/min，130 °C保溫反應(yīng)5h，反應(yīng)釜降至室溫。將反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至鼓風(fēng)烘箱中，50 °C下 鼓風(fēng)干燥IOh后，剪切粉碎得到粉末狀物質(zhì)即為本發(fā)明鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，計為 IF-2〇
[0030] 實施例3
[0031] 47.760g環(huán)氧溴丙烷、4. OOOg氨基磺酸和130.500g去離子水轉(zhuǎn)移至帶回流冷凝、控 溫攪拌裝置的反應(yīng)釜中。設(shè)定攪拌速度為150r/min、溫度為90°C、保溫反應(yīng)4h。維持攪拌速 度為250r/min，攪拌狀態(tài)下將49.500g聚乙稀亞胺(Mw = 600)倒入反應(yīng)爸中，控制反應(yīng)爸內(nèi) 溫度為90°C，保溫反應(yīng)4h。將20.500g羧甲基淀粉鈉和20.0 OOg羥乙基淀粉加入到上述反應(yīng) 釜中，調(diào)整攪拌速度為150r/min，125°C保溫反應(yīng)4h，反應(yīng)釜降至室溫。將反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移 至鼓風(fēng)烘箱中，50°C下鼓風(fēng)干燥9h后，剪切粉碎得到粉末狀物質(zhì)即為本發(fā)明鉆井液用抑制 型淀粉降濾失劑，計為IF-3。
[0032] 實施例4~9
[0033] 實施例4~9的所述的步驟如實施例1，所需原料配比和反應(yīng)條件見表1和表2。
[0034]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點及效果通過試驗驗證如下：
[0035] 飽和鹽水鉆井液：在1000 mL自來水中加入8g純堿和100g鈣膨潤土，高速攪拌 20min，室溫靜置放置48h后，再向其中加入36 %的氯化鈉，高速攪拌IOmin，室溫靜置放置 16h，得到飽和鹽水鉆井液。
[0036] 加入本發(fā)明產(chǎn)品IF-l、IF-2、IF-3于350mL上述鉆井液中，150°C滾動老化16h后，測 試鉆井液的高溫高壓失水濾失量。
[0037]巖肩滾動回收實驗步驟如下：
[0038] (1)量取1 %的本發(fā)明產(chǎn)品IF-I、IF-2、IF-3于350mL清水中，高速攪拌5min備用； [0039] (2)粒徑介于2.0~5. Omm之間的巖肩于103°C下干燥4h后，降至室溫備用；
[0040] (3)稱取20g上述巖肩放入老化罐，并倒入清水；
[0041] (4)上述老化罐密封后，經(jīng)150°C下滾動16h降溫后取出。用孔徑0.42mm篩回收巖 肩，并于103°C下干燥4h，降至室溫稱量回收巖肩質(zhì)量；
[0042] (5)按照式1計算頁巖回收率R。
[0043] R=Gi/G〇X100% (式 1)
[0044] 式中：
[0045] Go:頁巖質(zhì)量，g
[0046] Gi:回收后的頁巖質(zhì)量，g [0047] R:頁巖回收率，％
[0048] 本發(fā)明所述部分產(chǎn)品降濾失性能及巖肩滾動回收性能評價結(jié)果見表3,表3中高溫 高壓濾失量測試溫度為150°C表示未測試，以上結(jié)果表明，本發(fā)明鉆井液用抑制型淀 粉降濾失劑，能夠改善鉆井液的高溫高壓濾失性能，同時，對頁巖的滾動回收率達到90 %以 上，抗溫可達150 °C。
[0049] 表1實施例4~9步驟(1)~(2)的原料配比和反應(yīng)條件
[0051]表2實施例4~9步驟(3)~(5)的原料配比和反應(yīng)條件
【主權(quán)項】
1. 一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，其特征在于由下述原料制備而成，以淀粉、橋連 劑及多胺基化合物為主要原料，在去離子水中、以催化劑作用下經(jīng)醚化反應(yīng)制備而得;所述 的橋連劑、催化劑、去離子水質(zhì)量比為，橋連劑:催化劑:去離子水=1: 0.05~0.1: 2.5~5;所 述的淀粉與多胺基化合物質(zhì)量比為，淀粉:多胺基化合物=1: 1~1.05;所述的去離子水與淀 粉的質(zhì)量比為，去離子水:淀粉=1: 1~2.5。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，其特征在于所述的橋連 劑為環(huán)氧氯丙烷、甲基環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷中的任一種或混合物。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，其特征在于所述的催化 劑為對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一種或混合物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，其特征在于所述的淀粉 為羧甲基淀粉鈉、羥乙基淀粉、馬鈴薯淀粉、可溶性淀粉中的任一種或混合物。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑，其特征在于所述的多胺 基化合物為多乙稀多胺、聚乙稀亞胺（Mw=300)、聚乙稀亞胺（Mw=600)、聚乙稀亞胺（Mw= 1800)、聚乙稀亞胺(Mw=3500)、聚乙稀亞胺(Mw=20000)、聚乙稀亞胺(Mw=30000)、聚乙稀亞 胺(Mw=50000)、聚乙稀亞胺(Mw=70000)中的任一種或混合物。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑的制備方法，其特征在于 包括以下步驟： (1) 將橋連劑、催化劑、去離子水按上述質(zhì)量比加入到四口瓶中，并將此四口瓶固定在 帶有回流冷凝、機械攪拌和控溫裝置的鐵架臺上； (2) 開動攪拌、控溫和回流冷凝裝置，設(shè)定攪拌速度為100~200 r/min，溫度控制為85~ 95 °C，攪拌反應(yīng)5~6 h; (3) 攪拌狀態(tài)下，按上述質(zhì)量比將多胺基化合物緩慢倒入步驟(2)所得溶液中，維持溫 度為85~95 °C、攪拌速度為200~300 r/min、保溫攪拌反應(yīng)3~5 h后，冷卻至室溫； (4) 攪拌狀態(tài)下，按上述質(zhì)量比將淀粉緩慢加入到步驟(3)所得溶液中，維持反應(yīng)釜內(nèi) 溫度為120~130 °C、攪拌速度為100~200 r/min、保溫反應(yīng)3~5 h后，反應(yīng)釜內(nèi)降至室溫； (5) 步驟(4)所得產(chǎn)物于40~50 °C鼓風(fēng)干燥8~10 h后，剪切粉碎得到粉末狀物質(zhì)即為本 發(fā)明鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑的制備方法，其特征在于 所述的步驟(1)中的橋連接為環(huán)氧氯丙烷、甲基環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷中的任一種或混合 物。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑的制備方法，其特征在于 所述的步驟(1)中的催化劑為對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一種或混合物。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑的制備方法，其特征在于 所述的步驟(3)中的淀粉為羧甲基淀粉鈉、羥乙基淀粉、馬鈴薯淀粉、可溶性淀粉中的任一 種或混合物。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鉆井液用抑制型淀粉降濾失劑的制備方法，其特征在于 所述的步驟(4)中的多胺基化合物為多乙稀多胺、聚乙稀亞胺(Mw=300)、聚乙稀亞胺(Mw= 600)、聚乙稀亞胺(Mw=1800)、聚乙稀亞胺(Mw=3500)、聚乙稀亞胺(Mw=20000)、聚乙稀亞胺 (Mw=30000)、聚乙稀亞胺(Mw=50000)、聚乙稀亞胺(Mw=70000)中的任一種或混合物。
【文檔編號】C09K8/24GK105860943SQ201610256544
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月24日
【發(fā)明人】馬誠, 王維, 黃金, 林子揚
【申請人】遼寧石油化工大學(xué)