专利名称：一种低起泡性钻井液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钻井液，进一步地说是涉及一种含有由磺烷基改性的烷基糖苷化合物的低起泡性钻井液及其制备方法。
背景技术：
烷基糖苷是新一代环境友好的绿色表面活性剂，国外九十年代才实现工业化生产。它是一种非离子表面活性剂，所用原料是由可再生的自然资源衍生而来的葡萄糖和脂肪醇，烷基糖苷完全可生物降解。这类表面活性剂由于其无毒、无刺激及出色的表面活性而广泛应用于洗涤剂、化妆品、食品和医药等领域。根据其合成时所用脂肪醇碳链的长短分为低碳烷基糖苷(烷基为C1～C7)和高碳烷基糖苷(烷基为C8及其以上)。
当前高碳C8-18系列烷基糖苷已成功应用在化妆品保湿剂和洗发香波及医药领域。烷基糖苷在油田化学中的应用刚刚起步。近几年有少许高碳烷基糖苷用在油田驱油上的报道，而对于低碳烷基糖苷的研究仅限于甲基糖苷，国外已于90年代初将甲基葡萄糖苷应用于钻井液中，并成功地解决水敏性地层和其它复杂地层的井眼稳定问题。但应用过程中甲基糖苷加量很大，成本较高，还不能大规模推广。
目前，井眼稳定问题仍是钻井工作者所面临的主要问题之一。井壁失稳的表现形式主要为缩径、扩径、卡钻及井下复杂情况。而钻井液与泥页岩地层发生物理化学作用而引起的泥页岩水化是井眼失稳的主要原因之一。因此，最大限度地抑制泥页岩水化膨胀、分散是解决井壁失稳的根本途径之一。烷基糖苷为多羟基缩醛，多羟基亲水性好，水化膜厚，非极性基团能提高产物的表面活性，因此烷基糖苷能显著地提高泥页岩膜效率、降低钻井液中水的活度，且它们在井壁的强烈吸附能成功抑制水分子进入井壁，因此它们的防塌作用极强，在钻井液中可用做高效防塌剂。但烷基糖苷是表面活性剂，在应用时有起泡现象，而且泡沫稳定不容易除去，且随着碳链的增长而加重，从而限制了乙基糖苷及其碳链更长的烷基糖苷在油田固井液和钻井液中的应用。因此消除它的起泡现象拓宽它的应用面是烷基糖苷在油田化学应用中的一个重要研究方向。
发明内容
发明人在此基础上通过对低碳烷基糖苷(C1～C7烷基糖苷)进行分子设计，在实验中对低碳烷基糖苷进行了进一步的改性即在低碳烷基糖苷上引入新的基团——磺烷基。烷基糖苷基础上引入磺烷基，把属于非离子型表面活性剂的烷基糖苷改性为阴离子型表面活性剂的磺烷基化烷基糖苷。使它的吸附性进一步增强，与膨润土的作用的能力也进一步增强，降粘能力、防塌抑制性好于烷基糖苷，同时引入磺烷基大大提高了低碳烷基糖苷的抗温性、水溶性和消除它的起泡现象，使碳链较长的烷基糖苷也有很好的水溶性，能高效应用于固井液和钻井液中，从而使改性了的烷基糖苷更适合用于中深井或超深井钻进的泥浆处理剂。
发明人对烷基糖苷的改性反应机理简述为如下反应方程
和/或 因此，本发明的目的是提供一种含有由磺烷基改性的烷基糖苷化合物的钻井液；本发明的另一目的是提供所述钻井液的制备方法。
本发明提供的一种钻井液，包含有泥浆和一种含改性烷基糖苷的改性助剂，其中所述改性助剂占泥浆体积的1～50％，优选为1～20％。
该改性助剂中含有的改性烷基糖苷化合物，为磺烷基改性的烷基糖苷，具有以下结构通式I
其中R1、R2分别选自氢或磺烷基。R1、R2不相同，即R1、R2不同时为氢或同时为磺烷基。所述磺烷基的分子式为-CmH2m(SO3Na)，其中m为1～3的整数，优选为1；通式中X为等于或大于1的整数，优选为1～10的整数；通式中n为1～7的整数，优选为2～4的整数。
以上所述的改性烷基糖苷化合物的通式包括该改性烷基糖苷化合物的异构体。
本发明所述钻井液所包含的一种含改性烷基糖苷化合物的改性助剂，是按照包括以下步骤的方法制得的最终反应产物a.低碳烷基糖苷的制备将淀粉和低碳醇在催化剂的存在下进行苷化反应，得到含低碳烷基糖苷的反应产物；b.改性烷基糖苷的制备在步骤a得到的产物中加入所加淀粉总重量的50～100％wt的磺化试剂，和相当于淀粉总重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃，优选为(50～90)±5℃下继续反应充分后，得到的最终反应混合物即为所述的改性助剂，其中含有磺烷基改性的烷基糖苷。
以上所述步骤a为低碳烷基糖苷的制备。项有技术中烷基糖苷的制备是已有的技术，如美国专利US 2,276,621；US 2,390,507；US 2,606,186；US 3,296,245；US 3,375,243等；中国专利申请CN 1128265A；CN 1030763A等。因此，在这里步骤a可参照各种现有技术中现有的低碳烷基糖苷的制备方法。也可以优选按照包括以下步骤的方法来制备低碳烷基糖苷a1.将淀粉和低碳醇以1∶0.3～1∶20，优选为1∶1～1∶5的重量比混合，为了保障淀粉尽可能完全反应，低碳醇的含量为过量；a2.在以上混合物中加入低碳醇总加入量1～8％wt，优选为3～5％wt的催化剂；a3.将上述混合原料在温度(80～170)±5℃下，于反应釜中充分反应；a4.将步骤a3的反应产物调PH值至碱性，得到含有低碳烷基糖苷的反应产物；以上步骤a中低碳醇选自n为1～7的CnH2n+1OH中的至少一种，优选n为2～4的CnH2n+1OH中的至少一种；所述淀粉可选自现有技术中可得的任何淀粉，一般常用下列淀粉中的至少一种玉米淀粉、小麦淀粉、红薯淀粉、大米淀粉。
以上所述低碳烷基糖苷的制备步骤a2中催化剂选自无机酸、有机酸、对甲苯磺酸吡啶盐或2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉盐的至少一种。其中无机酸优选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等；有机酸优选自C2-8磺基羧酸、对甲苯磺酸、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。以上所述物质均可市售而得。
以上所述低碳烷基糖苷的制备步骤a3中，反应温度优选为(110～150)±5℃；反应一般在常压下进行；反应时间视反应是否充分而定，一般至少为1～8小时，优选至少为2～5小时。
以上所述低碳烷基糖苷的制备步骤a4中将步骤a3得到的反应产物调PH值为碱性，一是为了防止烷基糖苷在酸性条件下会发生逆反应重新生成糖和脂肪醇，另外步骤b改性烷基糖苷的制备反应优选在碱性条件下进行。该步骤中PH值优选调节为8～11，更优为9～10。
以上所述改性烷基糖苷的制备步骤b中磺化试剂选自亚硫酸氢钠、亚硫酸纳或焦亚硫酸钠中的一种或几种；磺化试剂加入量优选为所加淀粉总重量的55～80％wt。所述甲醛的加入量优选为所加淀粉总重量的15～30％wt，若反应时所用的是甲醛的水溶液则以其中所含的甲醛量为计量基准。该步骤中为了保障步骤a的反应产物中低碳烷基糖苷尽可能完全转化，醛和磺化试剂的用量为过量。步骤b中反应一般在常压下进行。反应时间视反应是否充分而定，一般反应时间至少为1～7小时。
以上所述的所述改性助剂的制备方法中，步骤a的低碳烷基糖苷的制备中低碳烷基糖苷的产率一般为95％，步骤b的磺烷基化烷基糖苷的产率一般为90％。
通过以上所述的步骤，得到的磺烷基取代的烷基糖苷产物，可通过现有技术中的精制方法来处理，如过滤、分离、萃取、蒸馏、精馏等方法。提纯后的磺烷基烷基糖苷可通过现有技术中的红外、核磁等表征方法来表征。
以上所述的本发明钻井液所含的改性助剂的制备方法中，步骤a的低碳烷基糖苷的制备中，所述淀粉可以为分步投料即将一份淀粉与总的低碳醇经过所述步骤a1、a2、a3后，再将另一份淀粉与步骤a3的反应混合物混合，在同步骤a3一样的温度、压力条件下反应；直至淀粉投放完毕后再经过所述步骤a4，得到含有低碳烷基糖苷的反应产物；所述每步所投的淀粉量为淀粉总量的0.05～50％wt，优选为淀粉总量的30～50％wt。淀粉是一次性投料还是分步投料一般是视情况而定，因为淀粉不溶于脂肪醇，如果淀粉总量大，反应开始就全部加入后会使搅拌困难、反应慢，淀粉也容易因为受热不均而糊。所以在淀粉总量大时分步投料可使反应速度加快，而且也不容易糊。
本发明经研究得知，在烷基糖苷基础上引入磺烷基得到的改性烷基糖苷化合物，使非离子型的表面活性剂的烷基糖苷转化成阴离子型的表面活性剂的磺烷基化烷基糖苷，从而增强了该化合物的水溶性、吸附性，减弱了起泡性。吸附性增强使化合物与膨润土的作用能力进一步增加，降粘能力、防塌抑制性均好于烷基糖苷，同时引入磺烷基大大提高了化合物的抗温性，从而使它更适合用于中深井或超深井钻进的泥浆处理剂。
本发明提供的这种钻井液组合物中含有的改性助剂中的改性烷基糖苷化合物具有以上所述的结构通式I，可以是结构通式中所述的一种改性烷基糖苷，也可以是结构通式中所述的一种以上的改性烷基糖苷和/或其异构体的混合物；优选为磺甲基化的烷基糖苷，其中烷基为C1～C7的烷基，更优选C2～C4的烷基，最优选为磺甲基化乙基糖苷和/或磺甲基化丙基糖苷。
本发明所述的钻井液中还可包含有现有技术中钻井液所用的助剂如钻井液中常用的提粘剂主要为高分子的聚合物，如聚丙烯酰胺类或丙烯酸与丙烯酰胺共聚物类等，如大钾(KPAM)、80A-51、FA-367、VAMA等；降粘剂的分子量要比提粘剂的分子量要小，如小钾(KPAN)、NH4PAN、磺化丹宁、XY-27等；降滤失剂主要有羧甲基纤维素、腐植酸类、磺甲基酚醛树脂、褐煤树脂等。以上助剂的用量是现有技术中的常规用量。
本发明所述的钻井液的制备方法，包括以下步骤a.低碳烷基糖苷的制备将淀粉和低碳醇在催化剂的存在下进行苷化反应，得到含低碳烷基糖苷的反应产物；b.在步骤a得到的反应产物中加入所加淀粉总重量的50～100％wt的磺化试剂，和相当于淀粉总重量15～35％wt的甲醛，在(50～100)±5℃，优选为(50～90)±5℃下继续反应充分后，得到的最终反应产物即为所述的改性助剂，其中含有磺烷基改性的烷基糖苷；c.将由步骤b得到的最终反应产物，即所述改性助剂与包括泥浆在内的组分混合均匀得到所述钻井液，其中改性助剂占泥浆体积的1～50％，针对一般情况的油井，兼顾效果和成本问题，优选为1～20％。
上述本发明钻井液组合物制备方法的步骤a～b即为本发明所提供的含改性烷基糖苷化合物的改性助剂的一种制备方法，步骤a～b的具体内容均同前所述。其中所述步骤a的低碳烷基糖苷的制备中，所述淀粉也可以为分步投料，即将一份淀粉与总的低碳醇经过所述步骤a1、a2、a3后，再将另一份淀粉与步骤a3的反应产物混合，在同步骤a3一样的温度、压力条件下反应；直至淀粉投放完毕后再经过所述步骤a4，得到含有低碳烷基糖苷的反应产物；所述每步所投的淀粉量为淀粉总量的0.05～50％wt，优选30～50％wt。
上述本发明钻井液组合物制备方法的步骤c中，所述的改性助剂可以是步骤b得到的最终反应产物按所述用量直接加入泥浆；也可以是步骤b得到的反应产物经提纯精制出磺烷基改性的烷基糖苷后加入。本发明所述的改性助剂对钻井液的改良效果是由于其中的磺烷基改性的烷基糖苷赋予的。泥浆和其它助剂组分均是现有技术中公开的钻井液中所用的泥浆和助剂。采用现有技术中所用的混合设备如搅拌机等设备进行混合。
本发明涉及的改性助剂中含有的磺烷基改性的烷基糖苷在保留烷基糖苷优点的基础上，克服了起泡的缺点。而且烷基糖苷上引入磺烷基后有效增大它的水溶性，并提高了其抗温能力，使碳链较长的烷基糖苷也具有合适的HLB(表征亲水亲油的性能，该值大物质亲水，该值小物质亲油)值，从而很好应用于固井液与钻井液中。烷基糖苷上引入磺甲基后吸附性、与膨润土的作用能力也进一步增强，降粘能力、防塌抑制性均好于烷基糖苷，从而使它更适合用于中深井或超深井钻进的泥浆、水泥浆处理剂等。
本发明涉及的改性助剂中含有的磺烷基改性的烷基糖苷属于阴离子表面活性剂，对预水化膨润土和水泥浆的降粘分散效果奇佳，处理剂分子优先吸附在膨润土颗粒和水泥颗粒表面，强烈拆散膨润土颗粒间的卡片房子结构，使自由水从网络包裹中释放出来，增大浆体的流动性。该处理剂的性能优于常规的低分子聚合物降粘剂，且不受钻井液PH值、温度的影响，可提高钻井液的固相容量，可用做钻井液中的降粘剂和水泥浆中的分散剂及缓凝剂。
本发明涉及的改性助剂中含有的磺烷基改性的烷基糖苷还能很好的稳定粘土颗粒，防止粘土颗粒膨胀、分散、运移而堵塞油气通道，同时，还可使岩石由亲水界面反转为亲油界面，减少油流阻力，达到保护油气层目的。
它们与常规处理剂配伍性好、润滑性好、不污染油气层、能抗180℃高温且能生物降解，不污染环境。可用在各种区块各种地层的油田钻井，尤其是敏感区块和超深井及地热井。
实验室证明本发明涉及的改性助剂中含有的磺烷基改性的烷基糖苷应用在油田化学处理剂中非常有效。在稳定井壁方面优于低碳烷基糖苷，并且它的抗温性要明显高于烷基糖苷，且在钻井液应用中不起泡，不提粘，是很好的井壁稳定剂，尤其可适用于超深井或地热井。
本发明的含有所述改性助剂的钻井液的效果归纳如下(1)原料来源广，成本低，制作工艺安全、简单。
(2)其中改性助剂的水溶性好，钻井液不起泡。
(3)在钻井液中能显著提高泥页岩膜效率，降低钻井液中水的活度，防塌性能好(4)降粘效果好，优于常规低分子聚合物降粘剂(5)具有良好的润滑性，抗污染能力对油气层无污染(6)抗温性极强，可用于超深井和地热井(7)其中改性助剂与其它处理剂配伍性好，钻井液性能不受任何处理剂影响(8)可生物降解，无毒，不造成环境污染以4％坂土浆作为基浆，加入其体积2％含磺甲基丙基糖苷的所述改性助剂作为对比浆进行对比实验，结果如下RS(滚动回收率)提高率≥50％；膨胀率降低率≥40％；表观粘度能降低率≥70％；摩擦系数降低率≥20％；泥页岩渗透恢复增长率≥19％。
在水泥浆中分散效果明显，且有一定的缓凝作用。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。
一、制备实验以下实施例中，反应用的原料中，玉米淀粉、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、硫酸、盐酸、磷酸、十二烷基苯磺酸钠、对甲苯磺酸吡啶盐、氢氧化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、甲醛、乙醛、丙醛等均是常规的化学品，均为市售。
实施例1用电子天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入60克无水甲醇(化学纯)，浓度50％wt硫酸9克，用搅拌机混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在85±5℃下反应2小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应1.6小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至9，得含有甲基糖苷的反应产物B1。降温至55±5℃然后加入亚硫酸氢钠110克和浓度为37％wt的甲醛溶液100克，打开搅拌继续反应2小时即得含有磺甲基化甲基糖苷的最终反应产物A1。
实施例2用天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入100克无水乙醇(化学纯)，加入浓度50％wt磷酸(化学纯)15克，用搅拌机搅拌混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在120℃±5℃下反应4小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应4小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至11，得含乙基糖苷的反应产物B2。然后降温至90±5℃再加入亚硫酸氢钠130克和浓度为37％wt的乙醛溶液126克，打开搅拌继续反应1小时即得含磺乙基化乙基糖苷的最终反应产物A2。
实施例3用电子天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入100克无水乙醇(化学纯)，浓度37％wt盐酸13.5克，用搅拌机混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在130±5℃下反应1小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应0.6小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至9，得含乙基糖苷的反应产物B3，降温至60±5℃然后加入亚硫酸钠120克和浓度为37％wt的甲醛溶液86克，打开搅拌继续反应2小时即得含磺甲基乙基糖苷的最终反应产物A3。
实施例4用天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入无水甲醇(化学纯)30克，无水乙醇(化学纯)50克，十二烷基苯磺酸8克，用搅拌机混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在100±5℃下反应2小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥的玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应1.5小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至9，得到含有甲基糖苷、乙基糖苷的反应产物B4，降温至50±5℃然后加入亚硫酸氢钠100克和浓度为37％wt的甲醛溶液90克，打开搅拌继续反应3小时即得含有磺甲基化甲基糖苷、磺甲基化乙基糖苷的最终反应产物A4。
实施例5用电子天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入200克丙醇(化学纯)，6克对甲苯磺酸吡啶盐，用搅拌机搅拌混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在130±5℃下反应1小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入高压反应釜中，反应1.5小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至10，得到含丙基糖苷的反应产物B5，降温至70±5℃然后加入亚硫酸钠170克和浓度为37％wt的乙醛溶液126克，打开搅拌继续反应5小时结束，即得含磺乙基丙基糖苷的最终反应产物A5。
实施例6用天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入400克正丁醇(化学纯)，浓度37％wt的盐酸21克，用搅拌机搅拌混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在135±5℃下反应2小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应2.5小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至10，得到含丁基糖苷的反应产物B6；降温至60±5℃后加入亚硫酸氢钠180克和浓度为37％wt的甲醛溶液170克，打开搅拌继续反应3小时结束，即得含磺甲基化丁基糖苷的最终反应产物A6。
实施例7用天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入600克正戊醇(化学纯)，浓度37％wt的盐酸32克，用搅拌机搅拌混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在140±5℃下反应3小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应3小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至11，得到含戊基糖苷的反应产物B7，降温至80±5℃后加入亚硫酸氢钠170克和浓度为37％wt的甲醛溶液87克，打开搅拌继续反应4小时结束，即得含磺甲基戊基糖苷的最终反应产物A7。
实施例8用天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入1500克正己醇(化学纯)，浓度98％wt硫酸31克，用搅拌机搅拌混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在150±5℃下反应3小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应3小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至11，得到含己基糖苷的反应产物B8。降温至90±5℃后加入亚硫酸氢钠180克和浓度为37％wt的甲醛溶液140克，打开搅拌继续反应3小时即得含磺甲基己基糖苷的最终反应产物A8。
实施例9用天平称取100克干燥的玉米淀粉，加入4000克正庚醇(化学纯)，浓度98％wt的硫酸81克，用搅拌机搅拌混合均匀，倒入装有搅拌装置的反应釜中，在170±5℃下反应4小时左右后，取出反应产物，向反应产物中又加入100克干燥玉米淀粉，搅拌均匀，倒入反应釜中，反应4小时，得到糖浆状粘稠液体；加浓度40％wt的氢氧化钠溶液调PH值至11，得到含庚基糖苷的反应产物B9。降温至100±5℃后加入亚硫酸氢钠200克和浓度为37％wt的甲醛溶液160克，打开搅拌继续反应7小时结束，即得含磺甲基庚基糖苷的最终反应产物A9。
二、效果实验以下实验中所用的泥浆均为现有技术中已有的泥浆，可市售而得；所用到按上述制备实验中得到的含低碳烷基糖苷的反应产物中还含有反应中剩余的淀粉、醇、催化剂等对钻井液性能无负面影响；所用到按上述制备实验中得到的含改性烷基糖苷(磺烷基化的烷基糖苷)的最终反应产物中还含有反应中剩余的淀粉、醇、催化剂、醛、磺化试剂、低碳烷基糖苷等对钻井液性能无负面影响。
实施例10含甲基糖苷钻井液及含磺甲基甲基糖苷钻井液应用效果比较在4％wt预水化膨润土浆中分别加入膨润土浆体积2％的制备实验所得的含甲基糖苷的B1(实施例1)、含磺甲基甲基糖苷的A1(实施例1)、含乙基糖苷的B3(同实施例3)、含磺甲基乙基糖苷的A3(实施例3)，比较它们对泥页岩的回收率和膨胀率。回收率和膨胀率评价步骤参照标准SY/T 6335-1997泥页岩理化性能试验方法之泥页岩膨胀实验。实验数据见表1(设4％wt预水化膨润土浆16小时的膨胀率为100％)。
表1
可见改性的低碳烷基糖苷比未改性的低碳烷基糖苷对泥页岩的回收率高、膨胀率小，效果优于未改性的低碳烷基糖苷。
实施例11比较起泡性参照标准SY/T 5350-91钻井液用发泡剂评价程序。取不同浓度(加入组分占水体积的百分数)的制备实验所得的含烷基糖苷的反应产物的水溶液和含磺甲基烷基糖苷的最终反应产物的水溶液于具塞量筒中，连续振荡50次后开始计时，观测最大泡沫量及5min后泡沫量，测定结果如表2表2
由上表可知，改性烷基糖苷起泡性很小，且泡沫保持时间也很短，适合于作为钻井液处理剂。
实施例12抗温性比较取4％wt坂土作为基浆来评价含制备实验所得的乙基糖苷的B3和含磺甲基乙基糖苷的A3对钻井液抗温能力的改性，其中B3或A3的加入量均为基浆体积的5％。结果见表3表3
由此可见含有A3的坂土在180℃下滚动16小时后性能与常温变化不大，但含有B3的性能明显变坏，说明乙基糖苷分子上引入磺烷基基团后抗温性明显增强。
实施例13选取含本发明所述改性助剂的钻井液进行提高回收率及岩心膨胀实验，设4％2t预水化膨润土浆16小时的膨胀率为100％，膨胀率评价步骤参照标准SY/T6335-1997泥页岩理化性能试验方法之泥页岩膨胀实验。其中制备实验所得的B3或A3的加入量均为基浆体积的5％。结果如表4表4
上表说明本发明改性烷基糖苷对泥页岩的抑制性好于未改性的烷基糖苷。
实施例14在8％wt的预水化膨润土浆中分别加入膨润土浆体积2％的制备实验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水基钻井液用降滤失剂评价程序进行降失水评价实验和标准SY/T 5243-91水基钻井液用降粘剂评价程序进行降粘评价实验，结果如表5表5
可见含磺甲基乙基糖苷的改性助剂降粘能力优于乙基糖苷。
实施例15以制备实验所得的含乙基糖苷的B3、含磺甲基乙基糖苷的A3为例，将其分别加入到4％wt预水化膨润土浆中，按照标准SY/T 6540-2002钻井液完井液损害油层室内评价方法进行油气层保护评价实验，结果如表6表6
由此可见，含改性烷基糖苷的钻井液具有良好性能的同时，能保持好的油气层保护效果。
实施例16改性助剂的用量对钻井液改性的影响以制备实验所得的含磺甲基乙基糖苷的A3为例，将其以不同的体积浓度(相对于基浆的体积百分率)加入到基浆(4％wt预水化膨润土浆+泥浆体积0.3％KPAM)中，按照标准SY/T 6540-2002钻井液完井液损害油层室内评价方法进行油气层保护评价实验，回收率和膨胀率评价步骤参照标准SY/T6335-1997钻井液用页岩抑制剂评价方法，摩擦系数评价步骤参照SY/T 6094-94钻井液用润滑剂评价程序，实验结果见表7(基浆的泥页岩膨胀率为16小时的实际膨胀率)表7
由于本发明涉及的改性助剂中含有的磺烷基烷基糖苷水溶性很好，且在钻井液中不提粘，随在钻井液中加量不同对钻井液的性能影响也不同。加量越多，钻井液抑制性越强、润滑性越好、越有利于油气层保护。当加量达35％(相对泥浆体积的百分数)以上时，可作为合成基钻井液的连续相，性能类似于油基泥浆。但它成本相对于油基泥浆低且没有闪点，使用安全、对环境无污染。在实际应用中可根据地层的复杂情况和成本来确定加入改性烷基糖苷的量。
权利要求
1.一种低起泡性钻井液，包含有泥浆和一种含改性烷基糖苷的改性助剂，其中所述改性助剂占泥浆体积的1～50％；所述改性助剂是按照包括以下步骤的方法制得的最终反应产物a.低碳烷基糖苷的制备将淀粉和低碳醇在催化剂的存在下进行反应，得到含低碳烷基糖苷的反应产物；b.改性改性烷基糖苷的制备在步骤a得到的反应产物中加入所加淀粉总重量的50～100％wt的磺化试剂，和相当于淀粉总重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃下继续反应充分后，得到的最终反应产物即为所述的改性助剂，其中含改性的烷基糖苷；上述步骤a中低碳醇选自n为1～7的CnH2n+1OH中的至少一种；上述步骤b醛选自m为1～3的CmH2mO中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其中所述的步骤a包括以下步骤a1.将淀粉和低碳醇以1∶0.3～1∶20的重量比混合；a2.在以上混合物中加入低碳醇总加入量1～8％wt的催化剂；a3.将上述混合原料在温度(80～170)±5℃下，于反应釜中充分反应；a4.将步骤a3的反应产物调PH值至碱性，得到含有低碳烷基糖苷的反应产物；上述步骤a2中催化剂选自无机酸、有机酸、对甲苯磺酸吡啶盐或2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉盐中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的钻井液，其中所述步骤a1～a4的低碳烷基糖苷的制备中，所述淀粉为分步投料，即将一份淀粉与总的低碳醇经过所述步骤a1、a2、a3后，再将另一份淀粉与步骤a3反应得到的产物混合，在同步骤a3一样的条件下反应；直至淀粉投放完毕后再经过所述步骤a4，得到含有低碳烷基糖苷的反应产物；所述每步所投的淀粉量为淀粉总量的0.05～50％wt。
4.根据权利要求2所述的钻井液，其中所述低碳醇CnH2n+1OH中n为2～4。
5.根据权利要求2所述的钻井液，其中所述淀粉和低碳醇总加入量的重量比为1∶1～1∶5。
6.根据权利要求2所述的钻井液，其中步骤a2所述的催化剂选自下列物质中的至少一种硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、C2-8磺基羧酸、对甲苯磺酸、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、对甲苯磺酸吡啶盐和2、4、6-三甲基苯磺酸喹啉盐。
7.根据权利要求2所述的钻井液，其中步骤a4中PH值为8～11。
8.根据权利要求1所述的钻井液，其中步骤b中磺化试剂选自亚硫酸氢钠、亚硫酸纳或焦亚硫酸钠中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的钻井液，其中步骤b所述的磺化试剂加入量为所述淀粉总量的55～80％wt。
10.根据权利要求1所述的钻井液，其中步骤b所述的醛加入量为所述淀粉总量的15～25％wt。
11.根据权利要求1所述的钻井液，其中所述改性助剂占泥浆体积的1～20％。
12.根据权利要求1～11之任一项所述的钻井液的制备方法，包括以下步骤a.低碳烷基糖苷的制备将淀粉和低碳醇在催化剂的存在下进行反应，得到含低碳烷基糖苷的反应产物；b.改性烷基糖苷的制备在步骤a得到的低碳烷基糖苷中加入所加淀粉总重量的50～100％wt的磺化试剂，和相当于淀粉总重量15～35％wt的醛，在(50～100)±5℃下继续反应充分后，得到的最终反应产物即为所述的改性助剂，其中含有磺烷基改性的烷基糖苷；c.钻井液制备将由步骤b得到的最终反应产物，即所述的改性助剂以所述用量与包括泥浆在内的组分混合均匀得到钻井液；上述步骤a中低碳醇选自n为1～7的CnH2n+1OH中的至少一种；上述步骤b中磺化试剂选自亚硫酸氢钠、亚硫酸纳或焦亚硫酸钠中的一种或几种；醛选自m为1～3的CmH2mO中的至少一种。
全文摘要
本发明涉及包含有泥浆和一种含改性烷基糖苷的改性助剂的低起泡性钻井液及其制备方法，其中所述改性助剂占泥浆体积的1～50％。所述改性助剂是按照包括以下步骤的方法制得的最终反应产物将淀粉和低碳醇混合在催化剂存在下苷化反应得到含低碳烷基糖苷的反应产物；在上述产物中加入磺化试剂和醛，在(50～100)±5℃下继续反应充分后得到的最终反应混合物即为所述的含有磺烷基改性的烷基糖苷的改性助剂。含有该改性助剂的钻井液吸附性进一步增强，与膨润土的作用的能力也进一步增强，降粘能力、防塌抑制性好，抗温性高，而且消除了起泡性，非常适合用于中深井或超深井的钻进。
文档编号C09K8/02GK1733863SQ20041005806
公开日2006年2月15日 申请日期2004年8月11日 优先权日2004年8月11日
发明者肖超, 赵素丽, 宋明全, 蔡利山, 王文立, 江山红, 王治法 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院