一種低起泡性鑽井液及其製備方法
2023-09-18 10:43:15 2
專利名稱:一種低起泡性鑽井液及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽井液，進一步地說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鑽井液及其製備方法。
背景技術：
烷基糖苷是新一代環境友好的綠色表面活性劑，國外九十年代才實現工業化生產。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。這類表面活性劑由於其無毒、無刺激及出色的表面活性而廣泛應用於洗滌劑、化妝品、食品和醫藥等領域。根據其合成時所用脂肪醇碳鏈的長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)。
當前高碳C8-18系列烷基糖苷已成功應用在化妝品保溼劑和洗髮香波及醫藥領域。烷基糖苷在油田化學中的應用剛剛起步。近幾年有少許高碳烷基糖苷用在油田驅油上的報導，而對於低碳烷基糖苷的研究僅限於甲基糖苷，國外已於90年代初將甲基葡萄糖苷應用於鑽井液中，並成功地解決水敏性地層和其它複雜地層的井眼穩定問題。但應用過程中甲基糖苷加量很大，成本較高，還不能大規模推廣。
目前，井眼穩定問題仍是鑽井工作者所面臨的主要問題之一。井壁失穩的表現形式主要為縮徑、擴徑、卡鑽及井下複雜情況。而鑽井液與泥頁巖地層發生物理化學作用而引起的泥頁巖水化是井眼失穩的主要原因之一。因此，最大限度地抑制泥頁巖水化膨脹、分散是解決井壁失穩的根本途徑之一。烷基糖苷為多羥基縮醛，多羥基親水性好，水化膜厚，非極性基團能提高產物的表面活性，因此烷基糖苷能顯著地提高泥頁巖膜效率、降低鑽井液中水的活度，且它們在井壁的強烈吸附能成功抑制水分子進入井壁，因此它們的防塌作用極強，在鑽井液中可用做高效防塌劑。但烷基糖苷是表面活性劑，在應用時有起泡現象，而且泡沫穩定不容易除去，且隨著碳鏈的增長而加重，從而限制了乙基糖苷及其碳鏈更長的烷基糖苷在油田固井液和鑽井液中的應用。因此消除它的起泡現象拓寬它的應用面是烷基糖苷在油田化學應用中的一個重要研究方向。
發明內容
發明人在此基礎上通過對低碳烷基糖苷(C1～C7烷基糖苷)進行分子設計，在實驗中對低碳烷基糖苷進行了進一步的改性即在低碳烷基糖苷上引入新的基團——磺烷基。烷基糖苷基礎上引入磺烷基，把屬於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。使它的吸附性進一步增強，與膨潤土的作用的能力也進一步增強，降粘能力、防塌抑制性好於烷基糖苷，同時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象，使碳鏈較長的烷基糖苷也有很好的水溶性，能高效應用於固井液和鑽井液中，從而使改性了的烷基糖苷更適合用於中深井或超深井鑽進的泥漿處理劑。
發明人對烷基糖苷的改性反應機理簡述為如下反應方程①
因此，本發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鑽井液；本發明的另一目的是提供所述鑽井液的製備方法。
本發明提供的一種鑽井液，包含有泥漿和一種含改性烷基糖苷的改性助劑，其中所述改性助劑佔泥漿體積的1～50％，優選為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，具有以下結構通式I
其中R1、R2分別選自氫或磺烷基。R1、R2不相同，即R1、R2不同時為氫或同時為磺烷基。所述磺烷基的分子式為-CmH2m(SO3Na)，其中m為1～3的整數，優選為1；通式中X為等於或大於1的整數，優選為1～10的整數；通式中n為1～7的整數，優選為2～4的整數。
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體。
本發明所述鑽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製得的最終反應產物a.低碳烷基糖苷的製備將澱粉和低碳醇在催化劑的存在下進行苷化反應，得到含低碳烷基糖苷的反應產物；b.改性烷基糖苷的製備在步驟a得到的產物中加入所加澱粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當於澱粉總重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃，優選為(50～90)±5℃下繼續反應充分後，得到的最終反應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為低碳烷基糖苷的製備。在現有技術中烷基糖苷的製備是已有的技術，如美國專利US 2,276,621；US 2,390,507；US 2,606,186；US3,296,245；US 3,375,243等；中國專利申請CN 1128265A；CN 1030763A等。因此，在這裡步驟a可參照各種現有技術中現有的低碳烷基糖苷的製備方法。也可以優選按照包括以下步驟的方法來製備低碳烷基糖苷a1.將澱粉和低碳醇以1∶0.3～1∶20，優選為1∶1～1∶5的重量比混合，為了保障澱粉儘可能完全反應，低碳醇的含量為過量；a2.在以上混合物中加入低碳醇總加入量1～8％wt，優選為3～5％wt的催化劑；a3.將上述混合原料在溫度(80～170)±5℃下，於反應釜中充分反應；a4.將步驟a3的反應產物調PH值至鹼性，得到含有低碳烷基糖苷的反應產物；以上步驟a中低碳醇選自n為1～7的CnH2n+1OH中的至少一種，優選n為2～4的CnH2n+1OH中的至少一種；所述澱粉可選自現有技術中可得的任何澱粉，一般常用下列澱粉中的至少一種玉米澱粉、小麥澱粉、紅薯澱粉、大米澱粉。
以上所述低碳烷基糖苷的製備步驟a2中催化劑選自無機酸、有機酸、對甲苯磺酸吡啶鹽或2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉鹽的至少一種。其中無機酸優選自硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸等；有機酸優選自C2-8磺基羧酸、對甲苯磺酸、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。以上所述物質均可市售而得。
以上所述低碳烷基糖苷的製備步驟a3中，反應溫度優選為(110～150)±5℃；反應一般在常壓下進行；反應時間視反應是否充分而定，一般至少為1～8小時，優選至少為2～5小時。
以上所述低碳烷基糖苷的製備步驟a4中將步驟a3得到的反應產物調PH值為鹼性，一是為了防止烷基糖苷在酸性條件下會發生逆反應重新生成糖和脂肪醇，另外步驟b改性烷基糖苷的製備反應優選在鹼性條件下進行。該步驟中PH值優選調節為8～11，更優為9～10。
以上所述改性烷基糖苷的製備步驟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；磺化試劑加入量優選為所加澱粉總重量的55～80％wt。所述甲醛的加入量優選為所加澱粉總重量的15～30％wt，若反應時所用的是甲醛的水溶液則以其中所含的甲醛量為計量基準。該步驟中為了保障步驟a的反應產物中低碳烷基糖苷儘可能完全轉化，醛和磺化試劑的用量為過量。步驟b中反應一般在常壓下進行。反應時間視反應是否充分而定，一般反應時間至少為1～7小時。
以上所述的所述改性助劑的製備方法中，步驟a的低碳烷基糖苷的製備中低碳烷基糖苷的產率一般為95％，步驟b的磺烷基化烷基糖苷的產率一般為90％。
通過以上所述的步驟，得到的磺烷基取代的烷基糖苷產物，可通過現有技術中的精製方法來處理，如過濾、分離、萃取、蒸餾、精餾等方法。提純後的磺烷基烷基糖苷可通過現有技術中的紅外、核磁等表徵方法來表徵。
以上所述的本發明鑽井液所含的改性助劑的製備方法中，步驟a的低碳烷基糖苷的製備中，所述澱粉可以為分步投料即將一份澱粉與總的低碳醇經過所述步驟a1、a2、a3後，再將另一份澱粉與步驟a3的反應混合物混合，在同步驟a3一樣的溫度、壓力條件下反應；直至澱粉投放完畢後再經過所述步驟a4，得到含有低碳烷基糖苷的反應產物；所述每步所投的澱粉量為澱粉總量的0.05～50％wt，優選為澱粉總量的30～50％wt。澱粉是一次性投料還是分步投料一般是視情況而定，因為澱粉不溶於脂肪醇，如果澱粉總量大，反應開始就全部加入後會使攪拌困難、反應慢，澱粉也容易因為受熱不均而糊。所以在澱粉總量大時分步投料可使反應速度加快，而且也不容易糊。
本發明經研究得知，在烷基糖苷基礎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，從而增強了該化合物的水溶性、吸附性，減弱了起泡性。吸附性增強使化合物與膨潤土的作用能力進一步增加，降粘能力、防塌抑制性均好於烷基糖苷，同時引入磺烷基大大提高了化合物的抗溫性，從而使它更適合用於中深井或超深井鑽進的泥漿處理劑。
本發明提供的這種鑽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構通式I，可以是結構通式中所述的一種改性烷基糖苷，也可以是結構通式中所述的一種以上的改性烷基糖苷和/或其異構體的混合物；優選為磺甲基化的烷基糖苷，其中烷基為C1～C7的烷基，更優選C2～C4的烷基，最優選為磺甲基化乙基糖苷和/或磺甲基化丙基糖苷。
本發明所述的鑽井液中還可包含有現有技術中鑽井液所用的助劑如鑽井液中常用的提粘劑主要為高分子的聚合物，如聚丙烯醯胺類或丙烯酸與丙烯醯胺共聚物類等，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、磺甲基酚醛樹脂、褐煤樹脂等。以上助劑的用量是現有技術中的常規用量。
本發明所述的鑽井液的製備方法，包括以下步驟a.低碳烷基糖苷的製備將澱粉和低碳醇在催化劑的存在下進行苷化反應，得到含低碳烷基糖苷的反應產物；b.在步驟a得到的反應產物中加入所加澱粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當於澱粉總重量15～35％wt的甲醛，在(50～100)±5℃，優選為(50～90)±5℃下繼續反應充分後，得到的最終反應產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得到的最終反應產物，即所述改性助劑與包括泥漿在內的組分混合均勻得到所述鑽井液，其中改性助劑佔泥漿體積的1～50％，針對一般情況的油井，兼顧效果和成本問題，優選為1～20％。
上述本發明鑽井液組合物製備方法的步驟a～b即為本發明所提供的含改性烷基糖苷化合物的改性助劑的一種製備方法，步驟a～b的具體內容均同前所述。其中所述步驟a的低碳烷基糖苷的製備中，所述澱粉也可以為分步投料，即將一份澱粉與總的低碳醇經過所述步驟a1、a2、a3後，再將另一份澱粉與步驟a3的反應產物混合，在同步驟a3一樣的溫度、壓力條件下反應；直至澱粉投放完畢後再經過所述步驟a4，得到含有低碳烷基糖苷的反應產物；所述每步所投的澱粉量為澱粉總量的0.05～50％wt，優選30～50％wt。
上述本發明鑽井液組合物製備方法的步驟c中，所述的改性助劑可以是步驟b得到的最終反應產物按所述用量直接加入泥漿；也可以是步驟b得到的反應產物經提純精製出磺烷基改性的烷基糖苷後加入。本發明所述的改性助劑對鑽井液的改良效果是由於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有技術中公開的鑽井液中所用的泥漿和助劑。採用現有技術中所用的混合設備如攪拌機等設備進行混合。
本發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點的基礎上，克服了起泡的缺點。而且烷基糖苷上引入磺烷基後有效增大它的水溶性，並提高了其抗溫能力，使碳鏈較長的烷基糖苷也具有合適的HLB(表徵親水親油的性能，該值大物質親水，該值小物質親油)值，從而很好應用於固井液與鑽井液中。烷基糖苷上引入磺甲基後吸附性、與膨潤土的作用能力也進一步增強，降粘能力、防塌抑制性均好於烷基糖苷，從而使它更適合用於中深井或超深井鑽進的泥漿、水泥漿處理劑等。
本發明涉及的改性助劑中含有的磺烷基改性的烷基糖苷屬於陰離子表面活性劑，對預水化膨潤土和水泥漿的降粘分散效果奇佳，處理劑分子優先吸附在膨潤土顆粒和水泥顆粒表面，強烈拆散膨潤土顆粒間的卡片房子結構，使自由水從網絡包裹中釋放出來，增大漿體的流動性。該處理劑的性能優於常規的低分子聚合物降粘劑，且不受鑽井液PH值、溫度的影響，可提高鑽井液的固相容量，可用做鑽井液中的降粘劑和水泥漿中的分散劑及緩凝劑。
本發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定粘土顆粒，防止粘土顆粒膨脹、分散、運移而堵塞油氣通道，同時，還可使巖石由親水界面反轉為親油界面，減少油流阻力，達到保護油氣層目的。
它們與常規處理劑配伍性好、潤滑性好、不汙染油氣層、能抗180℃高溫且能生物降解，不汙染環境。可用在各種區塊各種地層的油田鑽井，尤其是敏感區塊和超深井及地熱井。
實驗室證明本發明涉及的改性助劑中含有的磺烷基改性的烷基糖苷應用在油田化學處理劑中非常有效。在穩定井壁方面優於低碳烷基糖苷，並且它的抗溫性要明顯高於烷基糖苷，且在鑽井液應用中不起泡，不提粘，是很好的井壁穩定劑，尤其可適用於超深井或地熱井。
本發明的含有所述改性助劑的鑽井液的效果歸納如下(1)原料來源廣，成本低，製作工藝安全、簡單。
(2)其中改性助劑的水溶性好，鑽井液不起泡。
(3)在鑽井液中能顯著提高泥頁巖膜效率，降低鑽井液中水的活度，防塌性能好(4)降粘效果好，優於常規低分子聚合物降粘劑(5)具有良好的潤滑性，抗汙染能力對油氣層無汙染(6)抗溫性極強，可用於超深井和地熱井(7)其中改性助劑與其它處理劑配伍性好，鑽井液性能不受任何處理劑影響(8)可生物降解，無毒，不造成環境汙染以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比漿進行對比實驗，結果如下RS(滾動回收率)提高率≥50％；膨脹率降低率≥40％；表觀粘度能降低率≥70％；摩擦係數降低率≥20％；泥頁巖滲透恢復增長率≥19％。
在水泥漿中分散效果明顯，且有一定的緩凝作用。
具體實施方式
下面結合實施例進一步描述本發明。本發明的範圍不受這些實施例的限制，本發明的範圍在權利要求
書中提出。
一、製備實驗以下實施例中，反應用的原料中，玉米澱粉、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、丙醛等均是常規的化學品，均為市售。
實施例1用電子天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入60克無水甲醇(化學純)，濃度50％wt硫酸9克，用攪拌機混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在85±5℃下反應2小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應1.6小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至9，得含有甲基糖苷的反應產物B1。降溫至55±5℃然後加入亞硫酸氫鈉110克和濃度為37％wt的甲醛溶液100克，打開攪拌繼續反應2小時即得含有磺甲基化甲基糖苷的最終反應產物A1。
實施例2用天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入100克無水乙醇(化學純)，加入濃度50％wt磷酸(化學純)15克，用攪拌機攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在120℃±5℃下反應4小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應4小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至11，得含乙基糖苷的反應產物B2。然後降溫至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，打開攪拌繼續反應1小時即得含磺乙基化乙基糖苷的最終反應產物A2。
實施例3用電子天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入100克無水乙醇(化學純)，濃度37％wt鹽酸13.5克，用攪拌機混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在130±5℃下反應1小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應0.6小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至9，得含乙基糖苷的反應產物B3，降溫至60±5℃然後加入亞硫酸鈉120克和濃度為37％wt的甲醛溶液86克，打開攪拌繼續反應2小時即得含磺甲基乙基糖苷的最終反應產物A3。
實施例4用天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入無水甲醇(化學純)30克，無水乙醇(化學純)50克，十二烷基苯磺酸8克，用攪拌機混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在100±5℃下反應2小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥的玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應1.5小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至9，得到含有甲基糖苷、乙基糖苷的反應產物B4，降溫至50±5℃然後加入亞硫酸氫鈉100克和濃度為37％wt的甲醛溶液90克，打開攪拌繼續反應3小時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產物A4。
實施例5用電子天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入200克丙醇(化學純)，6克對甲苯磺酸吡啶鹽，用攪拌機攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在130±5℃下反應1小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入高壓反應釜中，反應1.5小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至10，得到含丙基糖苷的反應產物B5，降溫至70±5℃然後加入亞硫酸鈉170克和濃度為37％wt的乙醛溶液126克，打開攪拌繼續反應5小時結束，即得含磺乙基丙基糖苷的最終反應產物A5。
實施例6用天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入400克正丁醇(化學純)，濃度37％wt的鹽酸21克，用攪拌機攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在135±5℃下反應2小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應2.5小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至10，得到含丁基糖苷的反應產物B6；降溫至60±5℃後加入亞硫酸氫鈉180克和濃度為37％wt的甲醛溶液170克，打開攪拌繼續反應3小時結束，即得含磺甲基化丁基糖苷的最終反應產物A6。
實施例7用天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入600克正戊醇(化學純)，濃度37％wt的鹽酸32克，用攪拌機攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在140±5℃下反應3小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應3小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至11，得到含戊基糖苷的反應產物B7，降溫至80±5℃後加入亞硫酸氫鈉170克和濃度為37％wt的甲醛溶液87克，打開攪拌繼續反應4小時結束，即得含磺甲基戊基糖苷的最終反應產物A7。
實施例8用天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入1500克正己醇(化學純)，濃度98％wt硫酸31克，用攪拌機攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在150±5℃下反應3小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應3小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至11，得到含己基糖苷的反應產物B8。降溫至90±5℃後加入亞硫酸氫鈉180克和濃度為37％wt的甲醛溶液140克，打開攪拌繼續反應3小時即得含磺甲基己基糖苷的最終反應產物A8。
實施例9用天平稱取100克乾燥的玉米澱粉，加入4000克正庚醇(化學純)，濃度98％wt的硫酸81克，用攪拌機攪拌混合均勻，倒入裝有攪拌裝置的反應釜中，在170±5℃下反應4小時左右後，取出反應產物，向反應產物中又加入100克乾燥玉米澱粉，攪拌均勻，倒入反應釜中，反應4小時，得到糖漿狀粘稠液體；加濃度40％wt的氫氧化鈉溶液調PH值至11，得到含庚基糖苷的反應產物B9。降溫至100±5℃後加入亞硫酸氫鈉200克和濃度為37％wt的甲醛溶液160克，打開攪拌繼續反應7小時結束，即得含磺甲基庚基糖苷的最終反應產物A9。
二、效果實驗以下實驗中所用的泥漿均為現有技術中已有的泥漿，可市售而得；所用到按上述製備實驗中得到的含低碳烷基糖苷的反應產物中還含有反應中剩餘的澱粉、醇、催化劑等對鑽井液性能無負面影響；所用到按上述製備實驗中得到的含改性烷基糖苷(磺烷基化的烷基糖苷)的最終反應產物中還含有反應中剩餘的澱粉、醇、催化劑、醛、磺化試劑、低碳烷基糖苷等對鑽井液性能無負面影響。
實施例10含甲基糖苷鑽井液及含磺甲基甲基糖苷鑽井液應用效果比較在4％wt預水化膨潤土漿中分別加入膨潤土漿體積2％的製備實驗所得的含甲基糖苷的B1(實施例1)、含磺甲基甲基糖苷的A1(實施例1)、含乙基糖苷的B3(同實施例3)、含磺甲基乙基糖苷的A3(實施例3)，比較它們對泥頁巖的回收率和膨脹率。回收率和膨脹率評價步驟參照標準SY/T 6335-1997泥頁巖理化性能試驗方法之泥頁巖膨脹實驗。實驗數據見表1(設4％wt預水化膨潤土漿16小時的膨脹率為100％)。
表1
可見改性的低碳烷基糖苷比未改性的低碳烷基糖苷對泥頁巖的回收率高、膨脹率小，效果優於未改性的低碳烷基糖苷。
實施例11比較起泡性參照標準SY/T 5350-91鑽井液用發泡劑評價程序。取不同濃度(加入組分佔水體積的百分數)的製備實驗所得的含烷基糖苷的反應產物的水溶液和含磺甲基烷基糖苷的最終反應產物的水溶液於具塞量筒中，連續振蕩50次後開始計時，觀測最大泡沫量及5min後泡沫量，測定結果如表2表2
由上表可知，改性烷基糖苷起泡性很小，且泡沫保持時間也很短，適合於作為鑽井液處理劑。
實施例12抗溫性比較取4％wt坂土作為基漿來評價含製備實驗所得的乙基糖苷的B3和含磺甲基乙基糖苷的A3對鑽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％。結果見表3表3
由此可見含有A3的坂土在180℃下滾動16小時後性能與常溫變化不大，但含有B3的性能明顯變壞，說明乙基糖苷分子上引入磺烷基基團後抗溫性明顯增強。
實施例13選取含本發明所述改性助劑的鑽井液進行提高回收率及巖心膨脹實驗，設4％wt預水化膨潤土漿16小時的膨脹率為100％，膨脹率評價步驟參照標準SY/T6335-1997泥頁巖理化性能試驗方法之泥頁巖膨脹實驗。其中製備實驗所得的B3或A3的加入量均為基漿體積的5％。結果如表4表4
上表說明本發明改性烷基糖苷對泥頁巖的抑制性好於未改性的烷基糖苷。
實施例15以製備實驗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預水化膨潤土漿中，按照標準SY/T 6540-2002鑽井液完井液損害油層室內評價方法進行油氣層保護評價實驗，結果如表6表6
由此可見，含改性烷基糖苷的鑽井液具有良好性能的同時，能保持好的油氣層保護效果。
實施例16改性助劑的用量對鑽井液改性的影響以製備實驗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(相對於基漿的體積百分率)加入到基漿(4％wt預水化膨潤土漿+泥漿體積0.3％KPAM)中，按照標準SY/T 6540-2002鑽井液完井液損害油層室內評價方法進行油氣層保護評價實驗，回收率和膨脹率評價步驟參照標準SY/T6335-1997鑽井液用頁巖抑制劑評價方法，摩擦係數評價步驟參照SY/T 6094-94鑽井液用潤滑劑評價程序，實驗結果見表7(基漿的泥頁巖膨脹率為16小時的實際膨脹率)表7
由於本發明涉及的改性助劑中含有的磺烷基烷基糖苷水溶性很好，且在鑽井液中不提粘，隨在鑽井液中加量不同對鑽井液的性能影響也不同。加量越多，鑽井液抑制性越強、潤滑性越好、越有利於油氣層保護。當加量達35％(相對泥漿體積的百分數)以上時，可作為合成基鑽井液的連續相，性能類似於油基泥漿。但它成本相對於油基泥漿低且沒有閃點，使用安全、對環境無汙染。在實際應用中可根據地層的複雜情況和成本來確定加入改性烷基糖苷的量。
權利要求
1.一種低起泡性鑽井液，包含有泥漿和一種含改性烷基糖苷的改性助劑，其中所述改性助劑佔泥漿體積的1～50％；所述改性助劑是按照包括以下步驟的方法製得的最終反應產物a.低碳烷基糖苷的製備將澱粉和低碳醇在催化劑的存在下進行反應，得到含低碳烷基糖苷的反應產物；b.改性烷基糖苷的製備在步驟a得到的反應產物中加入所加澱粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當於澱粉總重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃下繼續反應充分後，得到的最終反應產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.根據權利要求
1所述的鑽井液，其中所述的步驟a包括以下步驟a1.將澱粉和低碳醇以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，於反應釜中充分反應；a4.將步驟a3的反應產物調PH值至鹼性，得到含有低碳烷基糖苷的反應產物；上述步驟a2中催化劑選自無機酸、有機酸、對甲苯磺酸吡啶鹽或2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉鹽中的至少一種。
3.根據權利要求
2所述的鑽井液，其中所述步驟a1～a4的低碳烷基糖苷的製備中，所述澱粉為分步投料，即將一份澱粉與總的低碳醇經過所述步驟a1、a2、a3後，再將另一份澱粉與步驟a3反應得到的產物混合，在同步驟a3一樣的條件下反應；直至澱粉投放完畢後再經過所述步驟a4，得到含有低碳烷基糖苷的反應產物；所述每步所投的澱粉量為澱粉總量的0.05～50％wt。
4.根據權利要求
2所述的鑽井液，其中所述低碳醇CnH2n+1OH中n為2～4。
5.根據權利要求
2所述的鑽井液，其中所述澱粉和低碳醇總加入量的重量比為1∶1～1∶5。
6.根據權利要求
2所述的鑽井液，其中步驟a2所述的催化劑選自下列物質中的至少一種硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、C2-8磺基羧酸、對甲苯磺酸、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、對甲苯磺酸吡啶鹽和2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉鹽。
7.根據權利要求
2所述的鑽井液，其中步驟a4中PH值為8～11。
8.根據權利要求
1所述的鑽井液，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.根據權利要求
1所述的鑽井液，其中步驟b所述的磺化試劑加入量為所述澱粉總量的55～80％wt。
10.根據權利要求
1所述的鑽井液，其中步驟b所述的醛加入量為所述澱粉總量的15～30％wt。
11.根據權利要求
1所述的鑽井液，其中所述改性助劑佔泥漿體積的1～20％。
12.根據權利要求
1～11之任一項所述的鑽井液的製備方法，包括以下步驟a.低碳烷基糖苷的製備將澱粉和低碳醇在催化劑的存在下進行反應，得到含低碳烷基糖苷的反應產物；b.改性烷基糖苷的製備在步驟a得到的低碳烷基糖苷中加入所加澱粉總重量的50～100％wt的磺化試劑，和相當於澱粉總重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃下繼續反應充分後，得到的最終反應產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.鑽井液製備將由步驟b得到的最終反應產物，即所述的改性助劑以所述用量與包括泥漿在內的組分混合均勻得到鑽井液；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。
專利摘要
本發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鑽井液及其製備方法，其中所述改性助劑佔泥漿體積的1～50%。所述改性助劑是按照包括以下步驟的方法製得的最終反應產物將澱粉和低碳醇混合在催化劑存在下苷化反應得到含低碳烷基糖苷的反應產物；在上述產物中加入磺化試劑和醛，在(50～100)±5℃下繼續反應充分後得到的最終反應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。含有該改性助劑的鑽井液吸附性進一步增強，與膨潤土的作用的能力也進一步增強，降粘能力、防塌抑制性好，抗溫性高，而且消除了起泡性，非常適合用於中深井或超深井的鑽進。
文檔編號C09K8/02GKCN1309799SQ200410058064
公開日2007年4月11日 申請日期2004年8月11日
發明者肖超, 趙素麗, 宋明全, 蔡利山, 王文立, 江山紅, 王治法 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5), 非專利引用 (1),