一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂及其制备方法，其由下述原料制备而成，以淀粉、桥连剂及多胺基化合物为主要原料，在去离子水中、以催化剂作用下经醚化反应制备而得。本发明抑制型淀粉降滤失剂是由淀粉、桥连剂及多胺基化合物通过醚化反应制备而得，其产物中淀粉分子链上具有丰富的胺基基团，能够与地层黏土矿物发生多点吸附的作用，改善水基钻井液抑制和降滤失性能。
【专利说明】
一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂及其制备方法，涉及石油、天然气 及非常规油气资源的勘探开发技术领域。
【背景技术】
[0002] 降低泥页岩地层在油气钻井过程频繁发生井壁失稳几率，是从事石油、天然气资 源勘探开发科研人员重点攻关方向。从控制钻井液滤失量、提尚钻井液抑制性，是提尚此类 地层井壁稳定的有效手段。
[0003] 淀粉是一类性能优良的钻井液降滤失剂产品，其分子链中具有大量的羟基，可与 地层黏土矿物发生吸附、增黏、封堵等作用;还可以控制钻井液的动、静滤失量;并且几乎能 够与所有水基钻井液处理剂相配伍。通过化学键将胺基或季铵盐基团引入淀粉分子链中， 制备出阳离子淀粉。在保持淀粉原有降滤失性能的同时，还可以同时改善淀粉的吸附、抑制 性能，进一步扩大其在钻井液中的使用范围。
[0004] 公开专利中，阳离子淀粉主要通过醚化法和接枝共聚法制备而得，其阳离子性来 至于季铵盐或阳离子可聚合单体。受淀粉反应中心数量或接枝效率的影响，难以获得高阳 离子密度的淀粉，因此无法充分发挥该类产品的性能优势。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂。在有限的淀粉反应中心 上，引入多胺基化合物，提高淀粉分子链中阳离子基团密度，起到改善钻井液抑制和滤失性 能的目的。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂的制备方法，该方 法以水为溶剂，所涉及原料工艺安全环保、易于工业化，所获得产品性能稳定。
[0007] 本发明的技术方案为：
[0008] -种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，由下述原料制备而成，以淀粉、桥连剂及多胺 基化合物为主要原料，在去离子水中、以催化剂作用下经醚化反应制备而得;所述的桥连 剂、催化剂、去离子水质量比为，桥连剂:催化剂:去离子水=1: 〇 . 05~0.1: 2.5~5;所述的 淀粉与多胺基化合物质量比为，淀粉:多胺基化合物= 1:1~1.05;所述的去离子水与淀粉 的质量比为，去离子水:淀粉=1:1~2.5。
[0009] 所述的桥连剂为环氧氯丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧溴丙烷中的任一种或混合物；
[0010] 所述的催化剂为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一种或混合物；
[0011]所述的淀粉为羧甲基淀粉钠、羟乙基淀粉、马铃薯淀粉、可溶性淀粉中的任一种或 混合物。
[0012] 所述的多胺基化合物为多乙稀多胺、聚乙稀亚胺（Mw = 300)、聚乙稀亚胺（Mw = 600)、聚乙稀亚胺(Mw = 1800)、聚乙稀亚胺(Mw = 3500)、聚乙稀亚胺(Mw = 20000)、聚乙稀亚 胺(Mw = 30000)、聚乙稀亚胺(Mw = 50000)、聚乙稀亚胺(Mw = 70000)中的任一种或混合物。
[0013] -种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：
[0014] (1)将桥连剂、催化剂、去离子水按上述质量比加入到四口瓶中，并将此四口瓶固 定在带有回流冷凝、机械搅拌和控温装置的铁架台上；
[0015] (2)开动搅拌、控温和回流冷凝装置，设定搅拌速度为100~200r/min，温度控制为 85~95°C，搅拌反应5~6h;
[0016] (3)搅拌状态下，按上述质量比将多胺基化合物缓慢倒入步骤(2)所得溶液中，维 持温度为85~95°C、搅拌速度为200~300r/min、保温搅拌反应3~5h后，冷却至室温；
[0017] (4)搅拌状态下，按上述质量比将淀粉缓慢加入到步骤(3)所得溶液中，维持反应 釜内温度为120~130°C、搅拌速度为100~200r/min、保温反应3~5h后，反应釜内降至室 温；
[0018] (5)步骤(4)所得产物于40~50 °C鼓风干燥8~I Oh后，剪切粉碎得到粉末状物质即 为本发明钻井液用抑制型淀粉降滤失剂。
[0019] 所述的步骤（1)中的桥连接为环氧氯丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧溴丙烷中的任一 种或混合物；
[0020] 所述的步骤（1)中的催化剂为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一种或 混合物；
[0021] 所述的步骤(3)中的淀粉为羧甲基淀粉钠、羟乙基淀粉、马铃薯淀粉、可溶性淀粉 中的任一种或混合物。
[0022] 所述的步骤(4)中的多胺基化合物为多乙稀多胺、聚乙稀亚胺(Mw = 300)、聚乙稀 亚胺（Mw = 600)、聚乙稀亚胺（Mw =1800)、聚乙稀亚胺（Mw = 3500)、聚乙稀亚胺（Mw = 20000)、聚乙稀亚胺(Mw = 30000)、聚乙稀亚胺(Mw = 50000)、聚乙稀亚胺(Mw = 70000)中的 任一种或混合物。
[0023]本发明的有益效果是：
[0024] 本发明抑制型淀粉降滤失剂是由淀粉、桥连剂及多胺基化合物通过醚化反应制备 而得，其产物中淀粉分子链上具有丰富的胺基基团，能够与地层黏土矿物发生多点吸附的 作用，改善水基钻井液抑制和降滤失性能。
【具体实施方式】
[0025] 下面列举具体实施例，以说明本发明所述的产品及其制备过程。
[0026] 实施例1
[0027] 47.760g环氧氯丙烷、4.776g对甲苯磺酸和119.400g去离子水转移至带回流冷凝、 控温搅拌装置的反应釜中。设定搅拌速度为l〇〇r/min、温度为85°C、保温反应5h。维持搅拌 速度为300r/min，将47.760g多乙烯多胺倒入反应釜中，控制反应釜内温度为85°C，保温反 应3h。将38.208g羧甲基淀粉钠加入到上述反应釜中，调整搅拌速度为200r/min，120°C保温 反应3h，反应釜降至室温。将反应釜内产物转移至鼓风烘箱中，40°C下鼓风干燥8h后，剪切 粉碎得到粉末状物质即为本发明钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，计为IF-1。
[0028] 实施例2
[0029] 47.760g甲基环氧氯丙烷、2.388g十二烷基苯磺酸和143.280g去离子水转移至带 回流冷凝、控温搅拌装置的反应釜中。设定搅拌速度为200r/min、温度为95°C、保温反应6h。 维持搅拌速度为200r/min，将50.148g聚乙稀亚胺(Mw = 300)倒入反应爸中，控制反应爸内 温度为95°C，保温反应5h。将42.984g羟乙基淀粉加入到上述反应釜中，调整搅拌速度为 100r/min，130 °C保温反应5h，反应釜降至室温。将反应釜内产物转移至鼓风烘箱中，50 °C下 鼓风干燥IOh后，剪切粉碎得到粉末状物质即为本发明钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，计为 IF-2〇
[0030] 实施例3
[0031] 47.760g环氧溴丙烷、4. OOOg氨基磺酸和130.500g去离子水转移至带回流冷凝、控 温搅拌装置的反应釜中。设定搅拌速度为150r/min、温度为90°C、保温反应4h。维持搅拌速 度为250r/min，搅拌状态下将49.500g聚乙稀亚胺(Mw = 600)倒入反应爸中，控制反应爸内 温度为90°C，保温反应4h。将20.500g羧甲基淀粉钠和20.0 OOg羟乙基淀粉加入到上述反应 釜中，调整搅拌速度为150r/min，125°C保温反应4h，反应釜降至室温。将反应釜内产物转移 至鼓风烘箱中，50°C下鼓风干燥9h后，剪切粉碎得到粉末状物质即为本发明钻井液用抑制 型淀粉降滤失剂，计为IF-3。
[0032] 实施例4~9
[0033] 实施例4~9的所述的步骤如实施例1，所需原料配比和反应条件见表1和表2。
[0034]本发明与现有技术相比所具有的优点及效果通过试验验证如下：
[0035] 饱和盐水钻井液：在1000 mL自来水中加入8g纯碱和100g钙膨润土，高速搅拌 20min，室温静置放置48h后，再向其中加入36 %的氯化钠，高速搅拌IOmin，室温静置放置 16h，得到饱和盐水钻井液。
[0036] 加入本发明产品IF-l、IF-2、IF-3于350mL上述钻井液中，150°C滚动老化16h后，测 试钻井液的高温高压失水滤失量。
[0037]岩肩滚动回收实验步骤如下：
[0038] (1)量取1 %的本发明产品IF-I、IF-2、IF-3于350mL清水中，高速搅拌5min备用； [0039] (2)粒径介于2.0~5. Omm之间的岩肩于103°C下干燥4h后，降至室温备用；
[0040] (3)称取20g上述岩肩放入老化罐，并倒入清水；
[0041] (4)上述老化罐密封后，经150°C下滚动16h降温后取出。用孔径0.42mm筛回收岩 肩，并于103°C下干燥4h，降至室温称量回收岩肩质量；
[0042] (5)按照式1计算页岩回收率R。
[0043] R=Gi/G〇X100% (式 1)
[0044] 式中：
[0045] Go:页岩质量，g
[0046] Gi:回收后的页岩质量，g [0047] R:页岩回收率，％
[0048] 本发明所述部分产品降滤失性能及岩肩滚动回收性能评价结果见表3,表3中高温 高压滤失量测试温度为150°C表示未测试，以上结果表明，本发明钻井液用抑制型淀 粉降滤失剂，能够改善钻井液的高温高压滤失性能，同时，对页岩的滚动回收率达到90 %以 上，抗温可达150 °C。
[0049] 表1实施例4~9步骤(1)~(2)的原料配比和反应条件
[0051]表2实施例4~9步骤(3)~(5)的原料配比和反应条件
【主权项】
1. 一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，其特征在于由下述原料制备而成，以淀粉、桥连 剂及多胺基化合物为主要原料，在去离子水中、以催化剂作用下经醚化反应制备而得;所述 的桥连剂、催化剂、去离子水质量比为，桥连剂:催化剂:去离子水=1: 0.05~0.1: 2.5~5;所 述的淀粉与多胺基化合物质量比为，淀粉:多胺基化合物=1: 1~1.05;所述的去离子水与淀 粉的质量比为，去离子水:淀粉=1: 1~2.5。2. 根据权利要求1所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，其特征在于所述的桥连 剂为环氧氯丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧溴丙烷中的任一种或混合物。3. 根据权利要求1所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，其特征在于所述的催化 剂为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一种或混合物。4. 根据权利要求1所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，其特征在于所述的淀粉 为羧甲基淀粉钠、羟乙基淀粉、马铃薯淀粉、可溶性淀粉中的任一种或混合物。5. 根据权利要求1所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂，其特征在于所述的多胺 基化合物为多乙稀多胺、聚乙稀亚胺（Mw=300)、聚乙稀亚胺（Mw=600)、聚乙稀亚胺（Mw= 1800)、聚乙稀亚胺(Mw=3500)、聚乙稀亚胺(Mw=20000)、聚乙稀亚胺(Mw=30000)、聚乙稀亚 胺(Mw=50000)、聚乙稀亚胺(Mw=70000)中的任一种或混合物。6. 根据权利要求1所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂的制备方法，其特征在于 包括以下步骤： (1) 将桥连剂、催化剂、去离子水按上述质量比加入到四口瓶中，并将此四口瓶固定在 带有回流冷凝、机械搅拌和控温装置的铁架台上； (2) 开动搅拌、控温和回流冷凝装置，设定搅拌速度为100~200 r/min，温度控制为85~ 95 °C，搅拌反应5~6 h; (3) 搅拌状态下，按上述质量比将多胺基化合物缓慢倒入步骤(2)所得溶液中，维持温 度为85~95 °C、搅拌速度为200~300 r/min、保温搅拌反应3~5 h后，冷却至室温； (4) 搅拌状态下，按上述质量比将淀粉缓慢加入到步骤(3)所得溶液中，维持反应釜内 温度为120~130 °C、搅拌速度为100~200 r/min、保温反应3~5 h后，反应釜内降至室温； (5) 步骤(4)所得产物于40~50 °C鼓风干燥8~10 h后，剪切粉碎得到粉末状物质即为本 发明钻井液用抑制型淀粉降滤失剂。7. 根据权利要求6所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂的制备方法，其特征在于 所述的步骤(1)中的桥连接为环氧氯丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧溴丙烷中的任一种或混合 物。8. 根据权利要求6所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂的制备方法，其特征在于 所述的步骤(1)中的催化剂为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一种或混合物。9. 根据权利要求6所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂的制备方法，其特征在于 所述的步骤(3)中的淀粉为羧甲基淀粉钠、羟乙基淀粉、马铃薯淀粉、可溶性淀粉中的任一 种或混合物。10. 根据权利要求6所述的一种钻井液用抑制型淀粉降滤失剂的制备方法，其特征在于 所述的步骤(4)中的多胺基化合物为多乙稀多胺、聚乙稀亚胺(Mw=300)、聚乙稀亚胺(Mw= 600)、聚乙稀亚胺(Mw=1800)、聚乙稀亚胺(Mw=3500)、聚乙稀亚胺(Mw=20000)、聚乙稀亚胺 (Mw=30000)、聚乙稀亚胺(Mw=50000)、聚乙稀亚胺(Mw=70000)中的任一种或混合物。
【文档编号】C09K8/24GK105860943SQ201610256544
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月24日
【发明人】马诚, 王维, 黄金, 林子扬
【申请人】辽宁石油化工大学