CN106432376B - 一种胺基烷基糖苷及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种胺基烷基糖苷，具有式I所示的结构；式I中，R₁选自碳原子数为1～10的烷基；R₂选自氢或碳原子数为1～5的烷基。本发明提供了一种上述技术方案所述胺基烷基糖苷的制备方法，包括：将烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸催化剂进行反应，得到反应产物；将所述反应产物和氯化剂进行反应，得到中间产物；将所述中间产物和间苯二胺进行反应，得到胺基烷基糖苷。本发明提供的胺基烷基糖苷中含有苯环和胺基，使其具有较好的抑制性能和抗高温性能。此外，本发明提供的胺基烷基糖苷还具有较好的润滑性能。本发明提供的胺基烷基糖苷可应用于钻井液，适用于深井中地层温度高的深层强水敏性泥页岩、含泥岩等易坍塌地层的钻井施工。

Description

一种胺基烷基糖苷及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及烷基糖苷技术领域，尤其涉及一种胺基烷基糖苷及其制备方法和应用。

背景技术

当前油气勘探开发过程中深井、超深井中地层温度高的深层强水敏性泥页岩、含泥岩等易坍塌地层在钻井过程中的井壁失稳问题不能很好地解决，需要钻井液具有较好的储层保护性和抗温性能。烷基糖苷可应用于钻井液中，烷基糖苷具有成膜作用，以及较好的润滑性能和抑制性能，能够提高钻井液的储层保护性。但是烷基糖苷的抑制性能主要是通过吸附成膜、阻缓水分子进入地层来实现的，在应用于钻井液的过程中添加量较大，使钻井液的成本较高，而且烷基糖苷的抗温性能较差，限制了钻井液在高温环境下的应用。

烷基糖苷的抑制性和抗温性能都有待提高，为了克服烷基糖苷在钻井液中抑制性和抗温性不足的缺陷，可以对烷基糖苷进行结构优化，引入功能基团，制备得到抑制性能和抗高温性能较好的烷基糖苷衍生物。目前，有关胺基烷基糖苷的化合物还未见报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种胺基烷基糖苷及其制备方法和应用，本发明提供的胺基烷基糖苷具有较好的抑制性和抗温性能。

本发明提供了一种胺基烷基糖苷，具有式I所示的结构：

式I中，R₁选自碳原子数为1～10的烷基；

R₂选自氢或碳原子数为1～5的烷基。

优选的，所述式I中，R₁为甲基、乙基、丙基或丁基。

优选的，所述式I中，R₂为氢、甲基或乙基。

本发明提供的胺基烷基糖苷中含有苯环和胺基，使其具有较好的抑制性能和抗高温性能。实验结果表明，质量浓度为0.5％的本发明提供的胺基烷基糖苷水溶液在180℃下的一次页岩回收率＞97％，相对页岩回收率＞99％；在240℃下的一次页岩回收率＞94％，相对页岩回收率＞98％。

此外，本发明提供的胺基烷基糖苷还具有较好的润滑性能。实验结果表明，质量浓度为0.5％的本发明提供的胺基烷基糖苷水溶液常温下的极压润滑系数＜0.1。

本发明提供了一种上述技术方案所述的胺基烷基糖苷的制备方法，包括：

将烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸催化剂进行反应，得到反应产物，所述烷基糖苷具有式II所示的结构：

式II中，R₁选自碳原子数为1～10的烷基；

所述环氧烷类化合物具有式III所示的结构：

式III中，R₂为氢或碳原子数为1～5的烷基；

将所述反应产物和氯化剂进行反应，得到中间产物；

将所述中间产物和间苯二胺进行反应，得到胺基烷基糖苷。

优选的，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水、催化剂、氯化剂和间苯二胺的质量比为(20～30):(10～20):(40～60):(2～6):(18～22):(5～10)。

优选的，所述烷基糖苷为甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷或丁基糖苷。

优选的，所述环氧烷类化合物为环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷。

优选的，所述酸性催化剂为硫酸、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸或磷钨酸。

优选的，所述氯化剂为氯化亚砜、硫酰氯、三氯化磷或五氯化磷。

本发明提供的方法制备得到的胺基烷基糖苷具有较好的抑制性能和抗温性能。此外，本发明提供的方法制备得到的胺基烷基糖苷具有较好的润滑性能。另外，本发明提供的胺基烷基糖苷的制备方法反应条件温和，制备工艺简单，以水作为溶剂，生产过程无废水、废气、废渣排放。

本发明提供了一种胺基烷基糖苷在钻井液中的应用，所述胺基烷基糖苷为上述技术方案所述的胺基烷基糖苷，或上述技术方案所述的方法制备得到的胺基烷基糖苷。

在本发明中，所述胺基烷基糖苷具有较好的抑制性能、抗温性能，还具有较好的润滑性能，这种胺基烷基糖苷可应用于钻井液中，提高钻井液的抑制性性能、抗温性能和润滑性能，添加了这种胺基烷基糖苷的钻井液适用于深井、超深井中的地层温度高的深层强水敏性泥页岩、含泥岩等易坍塌地层的钻井施工。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种胺基烷基糖苷，具有式I所示的结构：

式I中，R₁选自碳原子数为1～10的烷基；

R₂选自氢或碳原子数为1～5的烷基。

在本发明的实施例中，所述式I中的R₁为甲基、乙基、丙基或丁基。在本发明的实施例中，所述式I中的R₂为氢、甲基或乙基。在本发明的实施例中，所述胺基烷基糖苷的数均分子量为540～700；在其他的实施例中，所述胺基烷基糖苷的数均分子量为600～650。本发明提供的胺基烷基糖苷中带有苯环和胺基，这种胺基烷基糖苷具有较好的抑制性和抗温性能；而且本发明提供的胺基烷基糖苷具有较好的润滑性能。

本发明提供了一种上述技术方案所述胺基烷基糖苷的制备方法，包括：

将烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸催化剂进行反应，得到反应产物，所述烷基糖苷具有式II所示的结构：

所述环氧烷类化合物具有式III所示的结构：

式III中，R₂为氢或碳原子数为1～5的烷基；

将所述反应产物和氯化剂进行反应，得到中间产物；

将所述中间产物和间苯二胺进行反应，得到胺基烷基糖苷。

在本发明的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸性催化剂反应的温度为95℃～110℃；在其他的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸性催化剂反应的温度为100℃～105℃。在本发明的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸性催化剂反应的时间为1小时～4小时；在其他的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸性催化剂反应的时间为2小时～3小时。本发明可以在搅拌的条件下将烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸性催化剂进行反应。

在本发明的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸性催化剂反应完成后，将得到的反应产物和氯化剂进行反应，得到中间产物。在本发明的实施例中，所述反应产物和氯化剂反应的温度为85℃～100℃；在其他的实施例中，所述反应产物和氯化剂反应的温度为90℃～95℃。在本发明的实施例中，所述反应产物和氯化剂反应的时间为1小时～2小时。在本发明的实施例中，可以在搅拌的条件下将所述反应产物和氯化剂进行反应。

在本发明的实施例中，得到中间产物后，将所述中间产物和间苯二胺进行反应，得到胺基烷基糖苷。在本发明的实施例中，所述中间产物和间苯二胺反应的温度为60℃～90℃；在其他的实施例中，所述中间产物和间苯二胺反应的温度为65℃～85℃；在另外的实施例中，所述中间产物和间苯二胺反应的温度为70℃～80℃。在本发明的实施例中，所述中间产物和间苯二胺反应的时间为2小时～4小时。

在本发明的实施例中，所述中间产物和间苯二胺反应完成后，将得到的反应产物降温至室温后干燥，得到胺基烷基糖苷。

在本发明中，所述烷基糖苷具有式II所示的结构，式II中的R₁与上述技术方案所述的R₁一致，在此不再赘述。在本发明的实施例中，所述烷基糖苷可以甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷或丁基糖苷。在本发明中，所述环氧烷类化合物具有式III所示的结构，式III中的R₂与上述技术方案所述的R₂一致，在此不再赘述。在本发明的实施例中，所述环氧烷类化合物可以为环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷。在本发明的实施例中，所述酸性催化剂可以为硫酸、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸或磷钨酸。在本发明的实施例中，所述氯化剂可以为氯化亚砜、硫酰氯、三氯化磷或五氯化磷。

在本发明的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水、酸性催化剂、氯化剂和间苯二胺的质量比为(20～30):(10～20):(40～60):(2～6):(18～22):(5～10)；在其他的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水、酸性催化剂、氯化剂和间苯二胺的质量比为(22～28):(12～18):(45～55):(3～5):(19～21):(6～9)；在另外的实施例中，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水、酸性催化剂、氯化剂和间苯二胺的质量比为(24～26):(14～16):(48～52):(3.5～4.5):20:(7～8)。

在本发明中，所述胺基烷基糖苷与上述技术方案所述的胺基烷基糖苷一致，在此不再赘述。

本发明提供的方法制备得到的胺基烷基糖苷具有较好的抑制性能和抗温性能。此外，本发明提供的方法制备得到的胺基烷基糖苷具有较好的润滑性能。另外，本发明提供的胺基烷基糖苷的制备方法反应条件温和，制备工艺简单，以水作为溶剂，生产过程无废水、废气、废渣排放。

本发明提供了一种胺基烷基糖苷在钻井液中的应用，所述胺基烷基糖苷为上述技术方案所述的胺基烷基糖苷，或上述技术方案所述的方法制备得到的胺基烷基糖苷。

在本发明中，所述胺基烷基糖苷与上述技术方案所述胺基烷基糖苷一致，在此不再赘述。在本发明中，所述胺基烷基糖苷具有较好的抑制性能、抗温性能，还具有较好的润滑性能，这种胺基烷基糖苷可应用于钻井液中，将这种胺基烷基糖苷添加到钻井液中能够提高钻井液的抑制性性能、抗温性能和润滑性能，使钻井液适用于深井、超深井中的地层温度高的深层强水敏性泥页岩、含泥岩等易坍塌地层的钻井施工。

将本发明提供的胺基烷基糖苷配制成质量浓度为0.5％的胺基烷基糖苷水溶液，分别在180℃和240℃下高温滚动16小时，按照下述方法，测试其一次页岩回收率和相对页岩回收率：

将上述质量浓度为0.5％的胺基烷基糖苷水溶液在7000转/分的速度下高速搅拌5min后，倒入老化罐中备用；取2.0mm～5.0mm的岩屑于103℃下干燥4h，降至室温；称取G₀g岩屑放入老化罐与上述质量浓度为0.5％的胺基烷基糖苷水溶液于180℃或240℃下滚动16h，降温后取出，用孔径0.42mm筛回收岩屑，于103℃下干燥4h，降至室温称量回收岩屑质量记为G₁；然后将已称过重的回收岩屑放入清水中于180℃或240℃下滚动2h，降温后取出，用孔径0.42mm筛回收岩屑，于103℃下干燥4h，冷却至室温称量回收岩屑质量，记为G₂；按照下面的公式计算一次页岩回收率、二次页岩回收率和相对页岩回收率：

一次页岩回收率＝G₁/G₀×100％；

二次页岩回收率＝G₂/G₀×100％；

相对页岩回收率＝二次页岩回收率/一次页岩回收率×100％；

计算结果为，质量浓度为0.5％的本发明提供的胺基烷基糖苷水溶液在180℃下高温滚动16h，一次页岩回收率＞97％，相对页岩回收率＞99％；240℃下高温滚动16h，一次页岩回收率＞94％，相对页岩回收率＞98％。

按照下述方法，测试上述质量浓度为0.5％的胺基烷基糖苷水溶液在室温下的极压润滑系数：

采用郑州南北仪器设计有限公司提供的EP型号的极压润滑仪，设定仪器在300r/min下运转15min，然后调节转速为60r/min；

将仪器中的滑块浸入上述质量浓度为0.5％的胺基烷基糖苷水溶液，调扭力扳手值为16.95N/m，仪器运转5min，读出质量浓度为0.5％的胺基烷基糖苷水溶液浸泡滑块时仪器上显示的数值，极压润滑系数计算公式为：

上式中：K为极压润滑系数；

X为质量浓度为0.5％的本发明提供的胺基烷基糖苷水溶液浸泡滑块时仪器上显示的数值。

测试结果为，质量浓度为0.5％的本发明提供的胺基烷基糖苷水溶液的极压润滑系数＜0.1。

本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品。

实施例1

将20g的甲基糖苷、10g的环氧乙烷、40g的水、20g的硫酸，加入带有搅拌和冷凝装置的四口烧瓶中，搅拌混合均匀，在95℃下反应1h，得到反应产物；

向所述反应产物中加入18g的氯化亚砜，搅拌混合均匀，在85℃下反应1h，得到中间产物；

向所述中间产物中加入5g的间苯二胺，在60℃下反应2h，将得到的反应产物降至室温，干燥除水，得到胺基甲基糖苷，收率为93.22％。

本发明实施例1制备得到的胺基甲基糖苷具有式1所示的结构：

式1中，R₁为-CH₃，R₂为-H。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例1制备得到的胺基甲基糖苷在180℃和240℃下滚动16小时的一次页岩回收率、相对页岩回收率以及常温极压润滑系数；测试结果如表1所示，表1为本发明实施例制备得到的胺基烷基糖苷的性能测试结果。

实施例2

将24g的乙基糖苷、14g的环氧丙烷、45g的水、3g的对甲苯磺酸，加入带有搅拌和冷凝装置的四口烧瓶中，搅拌混合均匀，在100℃下反应2h，得到反应产物；

向所述反应产物中加入19g的硫酰氯，搅拌混合均匀，在90℃下反应2h，得到中间产物；

向所述中间产物中加入6g的间苯二胺，在70℃下反应3h，将得到的反应产物降至室温，干燥除水，得到胺基乙基糖苷，收率为94.55％。

本发明实施例2制备得到的胺基乙基糖苷具有式2所示的结构：

式2中，R₁为-C₂H₅，R₂为-CH₃。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例2制备得到的胺基乙基糖苷在180℃和240℃下滚动16小时的一次页岩回收率、相对页岩回收率以及常温极压润滑系数；测试结果如表1所示。

实施例3

将26g的丙基糖苷、16g的环氧丁烷、50g的水、4g的十二烷基苯磺酸，加入带有搅拌和冷凝装置的四口烧瓶中，搅拌混合均匀，在105℃下反应3h，得到反应产物；

向所述反应产物中加入20g的三氯化磷，搅拌混合均匀，在95℃下反应2h，得到中间产物；

向所述中间产物中加入8g的间苯二胺，在80℃下反应4h，将得到的反应产物降至室温，干燥除水，得到胺基丙基糖苷，收率为95.47％。

本发明实施例3制备得到的胺基丙基糖苷具有式3所示的结构：

式3中，R₁为-C₃H₇，R₂为-C₂H₅。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例3制备得到的胺基丙基糖苷在180℃和240℃下滚动16小时的一次页岩回收率、相对页岩回收率以及常温极压润滑系数；测试结果如表1所示。

实施例4

将28g的丁基糖苷、18g的环氧乙烷、55g的水、5g的氨基磺酸，加入带有搅拌和冷凝装置的四口烧瓶中，搅拌混合均匀，在110℃下反应4h，得到反应产物；

向所述反应产物中加入21g的五氯化磷，搅拌混合均匀，在100℃下反应2h，得到中间产物；

向所述中间产物中加入9g的间苯二胺，在90℃下反应4h，将得到的反应产物降至室温，干燥除水，得到胺基丁基糖苷，收率为95.78％。

本发明实施例4制备得到的胺基丁基糖苷具有式4所示的结构：

式4中，R₁为-C₄H₉，R₂为-H。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例4制备得到的胺基丁基糖苷在180℃和240℃下滚动16小时的一次页岩回收率、相对页岩回收率以及常温极压润滑系数；测试结果如表1所示。

实施例5

将30g的甲基糖苷、20g的环氧丙烷、60g的水、6g的磷钨酸，加入带有搅拌和冷凝装置的四口烧瓶中，搅拌混合均匀，在110℃下反应4h，得到反应产物；

向所述反应产物中加入22g的氯化亚砜，搅拌混合均匀，在100℃下反应2h，得到中间产物；

向所述中间产物中加入10g的间苯二胺，在90℃下反应4h，将得到的反应产物降至室温，干燥除水，得到胺基甲基糖苷，收率为96.96％。

本发明实施例5制备得到的胺基甲基糖苷具有式5所示的结构：

式5中，R₁为-CH₃，R₂为-CH₃。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例5制备得到的胺基甲基糖苷在180℃和240℃下滚动16小时的一次页岩回收率、相对页岩回收率以及常温极压润滑系数；测试结果如表1所示。

表1 本发明实施例制备得到的胺基烷基糖苷的性能测试结果

由以上实施例可知，本发明提供了一种胺基烷基糖苷，具有式I所示的结构；式I中，R₁选自碳原子数为1～10的烷基；R₂选自氢或碳原子数为1～5的烷基。本发明提供的胺基烷基糖苷中含有苯环和胺基，使其具有较好的抑制性能和抗高温性能。此外，本发明提供的胺基烷基糖苷还具有较好的润滑性能。

Claims (10)

1.一种胺基烷基糖苷，具有式I所示的结构：

式I中，R₁选自碳原子数为1～10的烷基；

R₂选自氢或碳原子数为1～5的烷基。

2.根据权利要求1所述的胺基烷基糖苷，其特征在于，所述式I中，R₁为甲基、乙基、丙基或丁基。

3.根据权利要求1所述的胺基烷基糖苷，其特征在于，所述式I中，R₂为氢、甲基或乙基。

4.一种权利要求1～3中任意一项所述胺基烷基糖苷的制备方法，包括：

将烷基糖苷、环氧烷类化合物、水和酸催化剂进行反应，得到反应产物，所述烷基糖苷具有式II所示的结构：

式II中，R₁选自碳原子数为1～10的烷基；

所述环氧烷类化合物具有式III所示的结构：

式III中，R₂为氢或碳原子数为1～5的烷基；

将所述反应产物和氯化剂进行反应，得到中间产物；

将所述中间产物和间苯二胺进行反应，得到胺基烷基糖苷。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述烷基糖苷、环氧烷类化合物、水、酸催化剂、氯化剂和间苯二胺的质量比为(20～30):(10～20):(40～60):(2～6):(18～22):(5～10)。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述烷基糖苷为甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷或丁基糖苷。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述环氧烷类化合物为环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酸催化剂为硫酸、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸或磷钨酸。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氯化剂为氯化亚砜、硫酰氯、三氯化磷或五氯化磷。

10.一种胺基烷基糖苷在钻井液中的应用，所述胺基烷基糖苷为权利要求1～3中任意一项所述的胺基烷基糖苷，或权利要求4～9中任意一项所述的方法制备得到的胺基烷基糖苷。