CN102786561A

CN102786561A - 一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法

Info

Publication number: CN102786561A
Application number: CN2012102736398A
Authority: CN
Inventors: 司西强; 王中华; 魏军; 甄剑武; 雷祖猛; 赵虎; 张麒麟
Original assignee: Drilling Engineering Technology Research Institute Of Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau Sinopec; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Drilling Engineering Technology Research Institute Of Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau Sinopec; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2012-11-21

Abstract

本发明公开了一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法，属油田化学钻井液处理剂技术领域。步骤如下：（1）将摩尔比是环氧氯丙烷：水：催化剂为1:（12～20）:（0.02～0.12）的原料在温度60～100℃下反应3～8h，得到3-氯-1,2-丙二醇的水溶液；（2）将摩尔比为1:（0.5～5）的烷基糖苷与上述3-氯-1,2-丙二醇在温度80～110℃下反应0.5～4.0h后，得到氯代醇糖苷的水溶液；（3）将上述氯代醇糖苷的水溶液用中和剂中和到pH值为6～9，加入叔胺，氯代醇糖苷与叔胺摩尔比为1：（0.2～1.2），在温度40～80℃、常压下反应3～10h，得到阳离子烷基糖苷水溶液。其页岩抑制性能优异，浓度为1%的水溶液，在120℃下，页岩一次回收率95.55%，二次回收率94.70%，相对回收率达99.11%。

Description

一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种烷基糖苷衍生物的制备方法，特别是涉及一种阳离子烷基糖苷的制备方法，属油田化学钻井液处理剂技术领域。

背景技术：

阳离子烷基糖苷是利用非离子烷基糖苷生产的一类钻井液处理剂，它不仅原料丰富、廉价,而且性能优良、生物降解性好，近年来逐渐引起了国内外学者的关注。美国专利(US5773595)于1998年6月30日公开了利用十二烷基糖苷与阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵在氢氧化钠的催化下反应，一步法制备了阳离子烷基葡萄糖苷的方法。该方法工艺简单，但反应时间长，需要46h，转化率只有75%。美国专利(US5138043)于1992年8月11日公开了一种利用烷基糖苷和表氯醇在BF₃的催化作用下反应生成氯代醇糖苷中间体，然后与过量的十二烷基叔胺在丁醇溶液中反应34h，最终得到阳离子烷基糖苷的方法。该方法反应时间长，反应后需要真空脱去过量的十二烷基二甲基叔胺，成本较高。日本专利(JP03287596)于1991年12月18日公开了一种利用烷基多苷与丙烯腈反应，然后催化加氢生成3-氨基丙基烷基多苷，再利用氯甲烷或硫酸二甲酯对其进行季铵化反应得到阳离子型烷基多糖苷表面活性剂的方法，但该反应过程要在10.13MPa、120℃下进行，反应条件较苛刻，反应不易控制。德国专利(DE4413686)于1995年10月26日公开了一种采用溶剂存在条件下，烷基多苷与（3-氯-2-羟丙基）三甲基铵氯，或（2，3-环氧丙基）三甲基铵氯反应的方法，但是该反应采用的单体不易制得，而且溶剂的存在对环境造成一定影响。中国专利(ZL92100081.2)于1993年7月21日公开了利用葡萄糖水溶液与自制的氯代醇反应生成氯代醇糖苷，进而与高级叔胺反应来制备阳离子烷基糖苷的方法。该方法中各步反应均采用1:1的物料配比，不利于反应的进行。《上海化工》2007年第4期介绍了含葡萄糖基的阳离子表面活性剂的合成，研究表明，合成产物的性能良好，但合成工艺路线较繁琐，且原料转化率不高。《精细化工》2010年第11期介绍了烷基糖苷季铵盐的合成与表征，该工艺反应过程中用到有机溶剂，对环境造成一定影响。沈阳化工学院蒋春瑛等人，采用环氧氯丙烷与葡萄糖水溶液在对甲苯磺酸催化下反应生成氯代醇糖苷中间体，然后与叔胺在水溶液中反应20-40h，合成出阳离子烷基糖苷产品。综合以往各方法，反应时间都很长，反应条件苛刻，反应过程中用到有机溶剂，影响环境，并且最终产率都不高。

发明内容:

本发明的目的是提供一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法,该方法采用水做溶剂进行反应，反应时间较短、条件温和、减轻了对环境的不利影响且终产率较高。

具体步骤如下：

（1）将摩尔比是环氧氯丙烷：水：催化剂为1:（12～20）:（0.02～0.12）的原料投入到反应器中，在温度为60～100℃条件下，进行水解反应3～8h，得到3-氯-1,2-丙二醇的水溶液，为无色透明液体；

（2）将摩尔比是烷基糖苷：3-氯-1,2-丙二醇为1:（0.5～5）的原料在温度为80～110℃条件下，进行反应0.5～4.0h后，得到氯代醇糖苷的水溶液，为无色或淡黄色透明粘稠状液体；

（3）将上述氯代醇糖苷的水溶液用中和剂中和到pH值为6～9，将叔胺加入到氯代醇糖苷水溶液底部，氯代醇糖苷与叔胺摩尔比为1：（0.2～1.2），在温度为40～80℃，常压下反应3～10h，得到淡黄色透明的阳离子烷基糖苷水溶液。

所述的烷基糖苷为甲基糖苷、乙基糖苷、乙二醇糖苷、丙基糖苷、丁基糖苷中的一种。

所述的催化剂是无机酸、有机酸或无机酸与有机酸复配的混合酸中的一种。

所述的无机酸是硫酸、硝酸、磷酸中的一种。

所述的有机酸是对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一种。

所述的中和剂为NaOH、KOH、Na₂CO₃中的一种。

所述的叔胺为三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、己基二甲基叔胺、辛基二甲基叔胺、癸基二甲基叔胺、十二烷基二甲基叔胺中的一种。

本发明的有益效果是：

本发明采用烷基糖苷、3-氯-1,2-丙二醇与叔胺在以水为溶剂的条件下制备阳离子烷基糖苷，因为反应过程中以水为溶剂，工艺操作简单且环保，反应条件温和，操作时间短，将其应用到钻井液中是一种优良的页岩抑制剂。

具体实施方式：

实施例1

在装有温度计、冷凝管、搅拌器的500mL四口烧瓶中，加入环氧氯丙烷0.2mol、蒸馏水2.4mol和对甲苯磺酸0.004mol，在常压，温度60℃下反应3h，得到无色透明的3-氯-1,2-丙二醇的水溶液；降至室温，加入甲基糖苷0.40mol，在常压，温度80℃下反应0.5h，得到无色透明氯代醇糖苷粘稠状液体；降至室温，用饱和氢氧化钠水溶液中和到pH≈7；然后将0.04mol浓度为33.3%的三甲胺水溶液通过自制滴液装置加入到氯代醇糖苷水溶液底部，控制在1h内加料完毕；在温度为40℃下，反应3h，得到阳离子甲基葡萄糖苷淡黄色透明液体，处理后产品收率为95.25%。

实施例2~10步骤与实施例1相同，具体反应物质和反应条件及产品收率如表1所示：

表1反应物质用量、反应条件以及产品收率表

由表1可知，本发明与现有技术相比，反应条件温和，反应时间短，并且采用水做溶剂进行反应，避免采用有机溶剂，实际操作安全环保可行。本发明合成出的阳离子烷基糖苷是一种优良的钻井液用页岩抑制剂，浓度为1%的阳离子烷基糖苷水溶液，在120℃下，页岩一次回收率95.55%，二次回收率94.70%，相对回收率达99.11%。

Claims

1.一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将摩尔比是环氧氯丙烷：水：催化剂为1:（12～20）:（0.02～0.12）的环氧氯丙烷：水：催化剂投入到反应器中,在温度为60～100℃条件下，进行水解反应3～8h，得到3-氯-1,2-丙二醇的水溶液；

（2）将摩尔比为1:（0.5～5）的烷基糖苷与上述步骤（1）制得的3-氯-1,2-丙二醇在温度为80～110℃条件下，进行反应0.5～4.0h后，得到氯代醇糖苷的水溶液；

（3）将上述步骤（2）制得的氯代醇糖苷的水溶液用中和剂中和到pH值为6～9，将叔胺加入到氯代醇糖苷水溶液底部，氯代醇糖苷与叔胺摩尔比为1：（0.2～1.2），在温度为40～80℃，常压下反应3～10h，得到阳离子烷基糖苷水溶液。

2.如权利要求1所述的一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法，其特征在于所述的烷基糖苷为甲基糖苷、乙基糖苷、乙二醇糖苷、丙基糖苷、丁基糖苷中的一种。

3.如权利要求1所述的一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法，其特征在于所述的催化剂是无机酸、有机酸或无机酸与有机酸复配的混合酸中的一种。

4.如权利要求3所述的一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法，其特征在于所述的无机酸是硫酸、硝酸、磷酸中的一种；所述的有机酸是对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸中的一种。

5.如权利要求1所述的一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法，其特征在于所述的中和剂为NaOH、KOH、Na₂CO₃中的一种。

6.如权利要求1所述的一种钻井液用阳离子烷基糖苷的制备方法，其特征在于所述的叔胺为三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、己基二甲基叔胺、辛基二甲基叔胺、癸基二甲基叔胺、十二烷基二甲基叔胺中的一种。