CN109134211B - 一种石蜡醚及其制备方法和钻井液 - Google Patents

一种石蜡醚及其制备方法和钻井液 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石蜡醚，具有式I的分子式，CnHm1(O‑R)m2式I；式I中，m1+m2＝2n+2，n为10～30，R为碳原子数为1～10的烷基。本发明提供的石蜡醚具有良好的润滑性以及运动粘度，适宜作为钻井液使用。另外，本发明提供的石蜡醚无毒、安全，采用其制备得到的钻井液安全环保。本发明提供了一种石蜡醚的制备方法，包括：将卤化石蜡和醇钠进行反应，得到石蜡醚；所述卤化石蜡的分子式为式II，CnHm1Xm2式II，式II中，m1+m2＝2n+2，X为卤素，n为10～30，醇钠的碳原子数为1～10。本发明提供的石蜡醚的制备方法条件温和、工艺简单、环保。本发明还提供了一种包括上述石蜡醚的钻井液。

Description

一种石蜡醚及其制备方法和钻井液
技术领域
本发明涉及石油工业技术领域，尤其涉及到一种石蜡醚及其制备方法和钻井液。
背景技术
基液是制作钻井液的主要成分，其性能指标决定着钻井液的绝大部分性能指标，如闪点、粘度、凝固点和生物毒性等。随着钻遇深井、超深井、水平井、大斜度定向井的数量越来越多，钻遇强水敏地层的几率越来越高，合成基钻井液因具备优良的润滑、抑制等性能得到广泛应用。目前用于制备合成基钻井液的基液成分主要为矿物油、烯烃、烷基苯等烷烃混合物，石蜡醚用于钻井液的技术还未见报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石蜡醚及其制备方法和钻井液，本发明提供的石蜡醚润滑性和粘度较好，可用于制备钻井液。
本发明提供了一种石蜡醚，具有式I的分子式：
CnHm1(O-R)m2 式I；
式I中，m1+m2＝2n+2，
n为10～30，
R为碳原子数为1～10的烷基。
优选的，所述m2为5～8。
优选的，所述n为15～25。
优选的，所述R为碳原子数为1～5的烷基。
本发明提供了一种石蜡醚的制备方法，包括：
将卤化石蜡和醇钠进行反应，得到石蜡醚；
所述卤化石蜡的分子式为式II：
CnHm1Xm2 式II，
式II中，m1+m2＝2n+2，
X为卤素，
n为10～30，
醇钠的碳原子数为1～10。
优选的，所述X为Cl或Br。
优选的，所述卤化石蜡和醇钠的摩尔比为1：(7～9)。
优选的，所述反应的温度为40～110℃。
优选的，所述反应在搅拌的条件下进行；
所述搅拌的速度为200～500rpm。
本发明提供了一种钻井液，包括上述技术方案所述的石蜡醚。
与现有技术相比，本发明提供的石蜡醚具有良好的润滑性和低粘性，适宜作为钻井液的基液，使钻井液具有良好的流变性和滤失量，满足钻井液的使用要求。另外，现有技术中所采用的矿物油、烯烃、烷基苯等物质因含有有毒的油烃对环境造成严重的污染，本发明提供的石蜡醚由无毒的卤化石蜡为原料合成，这种石蜡醚本身以及分解的产物对人体和环境无刺激作用，具有良好的生态安全性，采用这种石蜡醚制备的钻井液无毒、安全、环保。而且，本发明提供的石蜡醚的制备方法条件温和、工艺简单、绿色环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备得到的石蜡醚的红外光谱图；
图2为本发明实施例2制备得到的石蜡醚的红外光谱图；
图3为本发明实施例3制备得到的石蜡醚的红外光谱图；
图4为本发明实施例4制备得到的石蜡醚的红外光谱图；
图5为本发明实施例5制备得到的石蜡醚的红外光谱图；
图6为本发明实施例6制备得到的石蜡醚的红外光谱图。
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经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种石蜡醚，具有式I的分子式：
CnHm1(O-R)m2 式I；
式I中，m1+m2＝2n+2，
n为10～30，
R为碳原子数为1～10的烷基。
在本发明中，所述n优选为15～25，更优选为15或25；所述m2优选为5～8，更优选为6～7；所述R优选为碳原子数为1～5的烷基，更优选为甲基、乙基或异丙基。在本发明中，所述石蜡醚的分子量优选为423～759；所述石蜡醚的外观呈黄色透明液体。
在本发明中，所述石蜡醚的分子式优选为C25H45(O-R)7或C15H26(O-R)6，R为甲基、乙基或异丙基；所述石蜡醚可以为石蜡甲醚、石蜡乙醚或石蜡异丙醚。
在本发明中，所述石蜡醚为黄色液体，是一种通过烷基化改性而成的低黏度亲油性多元醚，其结构中含有饱和长链脂肪基团和烷基醚基团，没有不饱和键，这种石蜡醚不仅具有受温度变化影响小的优点，还具有良好的化学稳定性、润滑性、抑制性、水解稳定性，可用作合成基钻井液的基液。
本发明提供了一种上述技术方案所述的石蜡醚的制备方法，包括：
将卤化石蜡和醇钠进行反应，得到石蜡醚；
所述卤化石蜡的分子式为式II：
CnHm1Xm2 式II，
式II中，m1+m2＝2n+2，
X为卤素，
n为10～30，
醇钠的碳原子数为1～10。
在本发明中，m2和n的取值与式I中m2和n的取值一致，在此不再赘述；所述X优选为Cl或Br。在本发明中，所述卤化石蜡的分子式优选为C25H45Cl7或C15H26Cl6。本发明对所述卤化石蜡的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的卤化石蜡即可，优选为氯化石蜡42或氯化石蜡52。在本发明中，所述氯化石蜡42可用分子式C25H45Cl7表示，分子量为594.81；氯化石蜡52可用分子式C15H26Cl6表示，分子量为419.09；可由市场购买获得。
在本发明中，所述醇钠的碳原子数优选为1～5，更优选为1～3，最优选为甲醇钠、乙醇钠或异丙醇钠。在本发明中，所述醇钠可以用RO-Na分子式表示，其中，R表示碳原子数为1～10的烷基。
在本发明中，所述卤化石蜡和醇钠的摩尔比优选为1:(7～9)，更优选为1:(7.5～8.5)，最优选为1:8。
在本发明中，所述反应的温度优选为40～110℃，更优选为60～90℃，最优选为70～80℃。在本发明中，所述反应的时间优选为4～12小时，更优选为6～10小时，最优选为8～9小时。
在本发明中，所述反应优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的速度优选为200～500rpm，更优选为300～400rpm，最优选为350rpm。
在本发明中，所述反应优选在密闭的条件下进行。本发明对所述反应的设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的反应釜即可，可采用带搅拌、冷凝和加热设备的反应釜。
在本发明的实施例中，所述反应可以用下述反应方程式表示：
C25H45Cl7+7RO-Na→C25H45(O-R)7+7NaCl
C15H26Cl6+6RO-Na→C15H26(O-R)6+6NaCl
在本发明中，所述反应结束后优选将得到的反应液进行纯化，得到石蜡醚。
在本发明中，所述纯化优选包括：
将得到的反应液和萃取剂混合后进行分离，得到上层有机相和下层固相；
将上层有机相进行减压蒸馏，分离出萃取剂，剩余的液体为石蜡醚。
在本发明中，所述萃取剂优选选自正己烷、环己烷或四氯化碳，更优选为正己烷。
在本发明中，所述反应液和萃取剂的质量比优选为1:(3～5)，更优选为1:(3.5～4.5)，最优选为1:4。
在本发明中，所述分离的方法优选为离心分离，可在离心机中进行；所述离心分离的转速优选为2000～3000rpm，更优选为2200～2800rpm，最优选为2400～2600rpm；所述离心分离的时间优选为3～5min，更优选为4min。
在本发明中，所述减压蒸馏的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃，最优选为65℃；所述减压蒸馏的真空度优选为0.04～0.09MPa，更优选为0.05～0.08MPa，最优选为0.06～0.07MPa。
本发明提供的石蜡醚的制备方法合成条件温和、工艺简单、无二次污染、产品收率高，制备得到的石蜡醚具有良好的环保特性、安全性好，其性能可满足钻井液基液的要求。
本发明提供了一种钻井液，包括上述技术方案所述的石蜡醚。在本发明中，所述钻井液优选为合成基钻井液，所述石蜡醚优选作为合成基钻井液的基液。本发明对所述钻井液中除石蜡醚外的其他成分没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况向钻井液中添加不同的助剂即可。在本发明中，所述钻井液以重量份计，优选包括：
100份的石蜡醚；
1～3份的有机土；
3～5份的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵；
2～4份的腐殖酸酰胺；
1～3份的生石灰；
65～75份的重晶石。
在本发明中，所述石蜡醚为上述技术方案所述的石蜡醚，在此不再赘述。在本发明中，所述有机土优选为十六烷基三甲基溴化铵改性的有机土；所述有机土的重量份数优选为2份。在本发明中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵的重量份数优选为4份。在本发明中，所述腐殖酸酰胺即为酰胺改性后的腐殖酸；所述腐殖酸酰胺的重量份数优选为3份。在本发明中，所述生石灰的重量份数优选为2份。在本发明中，所述重晶石的重量份数优选为70份。
本发明对所述钻井液的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的钻井液的制备方法将各种原料混合均匀即可。
本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品。
实施例1
将摩尔比为1:7的氯化石蜡42和甲醇钠加入到带有搅拌、冷凝、加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀，在40℃、200rpm的条件下反应4h，降温至室温，得到石蜡甲醚-42的粗溶液；
将体积比为1:3的石蜡甲醚-42的粗溶液和正己烷萃取剂置于离心机中，在2000rpm的转速下离心3min，得到上层为石蜡甲醚-42-正己烷的有机相；将有机相在50℃、0.09MPa的条件下进行减压蒸馏，分离出正己烷萃取剂，剩余的液体为石蜡甲醚-42。
对本发明实施例1制备得到的石蜡甲醚-42进行红外光谱检测，检测结果如图1所示，图1为本发明实施例1制备得到的石蜡醚的红外光谱图，结果显示，在2957.78cm-1、2854.88cm-1处有饱和C-H伸缩振动吸收峰；在1377.59cm-1处强吸收峰为-CH3面内弯曲振动吸收峰，1466.32cm-1和722.01cm-1处强吸收峰，是—(CH2)n—的面内弯曲振动吸收峰；1116.31cm-1处吸收峰为C-O-C骨架不对称伸缩振动吸收峰。本发明中石蜡甲醚-42的分子式为C25H45(O-CH3)7。
实施例2
将摩尔比为1:8的氯化石蜡42和乙醇钠加入到带有搅拌、冷凝、加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀，在75℃、350rpm的条件下反应15h，降温至室温，得到石蜡乙醚-42的粗溶液；
将体积比为1:5的石蜡乙醚-42的粗溶液和环己烷萃取剂置于离心机中，在3000rpm的转速下离心5min，得到上层为石蜡乙醚-42-环己烷的有机相；将有机相在80℃、0.04MPa的条件下进行减压蒸馏，分离出环己烷萃取剂，剩余的液体为石蜡乙醚-42。
对本发明实施例2制备得到的石蜡乙醚-42进行红外光谱检测，检测结果如图2所示，图2为本发明实施例2制备得到的石蜡醚的红外光谱图；结果显示，在2957.78cm-1、2854.90cm-1处有饱和C-H伸缩振动吸收峰；在1377.53cm-1处强吸收峰为-CH3面内弯曲振动吸收峰，1466.28cm-1和721.66cm-1处强吸收峰，是—(CH2)n—的面内弯曲振动吸收峰；1116.13cm-1处吸收峰为C-O-C骨架不对称伸缩振动吸收峰。本发明中石蜡乙醚-42的分子式为C25H45(O-CH2CH3)7。
实施例3
将摩尔比为1:9的氯化石蜡42和异丙醇钠加入到带有搅拌、冷凝、加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀，在110℃、500rpm的条件下反应24h，降温至室温，得到石蜡异丙醚-42的粗溶液；
将体积比为1:4的石蜡异丙醚-42的粗溶液和四氯化碳萃取剂置于离心机中，在2500rpm的转速下离心4min，得到上层为石蜡异丙醚-42-四氯化碳的有机相；将有机相在70℃、0.08MPa的条件下进行减压蒸馏，分离出四氯化碳萃取剂，剩余的液体为石蜡异丙醚-42。
对本发明实施例3制备得到的石蜡异丙醚-42进行红外光谱检测，检测结果如图3所示，图3为本发明实施例3制备得到的石蜡醚的红外光谱图；结果显示，在2956.79cm-1、2854.37cm-1处有饱和C-H伸缩振动吸收峰；在1377.74cm-1处强吸收峰为-CH3面内弯曲振动吸收峰，1466.44cm-1和721.58cm-1处强吸收峰，是—(CH2)n—的面内弯曲振动吸收峰；1116.14cm-1处吸收峰为C-O-C骨架不对称伸缩振动吸收峰。本发明中石蜡异丙醚-42的分子式为C25H45(O-CHCH3CH3)7。
实施例4
将摩尔比为1:7的氯化石蜡52和甲醇钠加入到带有搅拌、冷凝、加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀，在50℃、300rpm的条件下反应10h，降温至室温，得到石蜡甲醚-52的粗溶液；
将体积比为1:4的石蜡甲醚-52的粗溶液和正己烷萃取剂置于离心机中，在2000rpm的转速下离心3min，得到上层为石蜡甲醚-52-正己烷的有机相；将有机相在50℃、0.07MPa的条件下进行减压蒸馏，分离出正己烷萃取剂，剩余的液体为石蜡甲醚-52。
对本发明实施例4制备得到的石蜡甲醚-52进行红外光谱检测，检测结果如图4所示，图4为本发明实施例4制备得到的石蜡醚的红外光谱图；结果显示，在2956.81cm-1、2854.36cm-1处有饱和C-H伸缩振动吸收峰；在1377.63cm-1处强吸收峰为-CH3面内弯曲振动吸收峰，1466.36cm-1和721.48cm-1处强吸收峰，是—(CH2)n—的面内弯曲振动吸收峰；1115.93cm-1处吸收峰为C-O-C骨架不对称伸缩振动吸收峰。本发明中石蜡甲醚-52的分子式为C15H26(O-CH3)6。
实施例5
将摩尔比为1:8的氯化石蜡52和乙醇钠加入到带有搅拌、冷凝、加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀，在90℃、400rpm的条件下反应15h，降温至室温，得到石蜡乙醚-52的粗溶液；
将体积比为1:3的石蜡乙醚-52的粗溶液和环己烷萃取剂置于离心机中，在2000rpm的转速下离心4min，得到上层为石蜡乙醚-52-环己烷的有机相；将有机相在40℃、0.09MPa的条件下进行减压蒸馏，分离出环己烷萃取剂，剩余的液体为石蜡乙醚-52。
对本发明实施例5制备得到的石蜡乙醚-52进行红外光谱检测，检测结果如图5所示，图5为本发明实施例5制备得到的石蜡醚的红外光谱图；结果显示，在2957.96cm-1、2854.66cm-1处有饱和C-H伸缩振动吸收峰；在1378.27cm-1处强吸收峰为-CH3面内弯曲振动吸收峰，1466.83cm-1和721.46cm-1处强吸收峰，是—(CH2)n—的面内弯曲振动吸收峰；1121.17cm-1处吸收峰为C-O-C骨架不对称伸缩振动吸收峰。本发明中石蜡乙醚-52的分子式为C15H26(O-CH2CH3)6。
实施例6
将摩尔比为1:9的氯化石蜡52和异丙醇钠加入到带有搅拌、冷凝、加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀，在110℃、500rpm的条件下反应24h，降温至室温，得到石蜡异丙醚-52的粗溶液；
将体积比为1:4的石蜡异丙醚-52的粗溶液和正己烷萃取剂置于离心机中，在2500rpm的转速下离心4min，得到上层为石蜡异丙醚-52-正己烷的有机相；将有机相在70℃、0.08MPa的条件下进行减压蒸馏，分离出正己烷萃取剂，剩余的液体为石蜡异丙醚-52。
对本发明实施例6制备得到的石蜡异丙醚-52进行红外光谱检测，检测结果如图6所示，图6为本发明实施例6制备得到的石蜡醚的红外光谱图；结果显示，在2957.96cm-1、2854.65cm-1处有饱和C-H伸缩振动吸收峰；在1380cm-1处强吸收峰为-CH3面内弯曲振动吸收峰，1466.85cm-1和721.48cm-1处强吸收峰，是—(CH2)n—的面内弯曲振动吸收峰；1120.83cm-1处吸收峰为C-O-C骨架不对称伸缩振动吸收峰。本发明中石蜡异丙醚-52的分子式为C15H26(O-CHCH3CH3)6。
实施例7
按照国家标准GB/T 16783.2-2012《石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液》，检测本发明实施例1～6制备得到的石蜡醚的性能，检测结果如表1所示，表1为本发明实施例制得的石蜡醚的性能和收率。
表1本发明实施例1～6制得的石蜡醚的性能和收率
石蜡醚 外观 收率/％ 分子量 润滑系数 运动粘度(mm<sup>2</sup>/s，40℃)
实施例1 黄色透明液体 88.5 563 0.06 4.12
实施例2 黄色透明液体 98.7 661 0.07 4.87
实施例3 黄色透明液体 96.9 759 0.09 5.04
实施例4 黄色透明液体 93.3 423 0.04 2.37
实施例5 黄色透明液体 98.6 531 0.05 3.48
实施例6 黄色透明液体 96.3 619 0.06 4.31
由表1可知，本发明提供的石蜡醚具有良好的润滑性和相溶性等特点，能满足制作合成基钻井液基液的性能需求。并且，本发明中的石蜡醚由无毒的氯化石蜡为原料进行合成，对环境友好。进一步地，本发明制备的石蜡醚不含油烃且价格较低，制备方法简便、条件温和，制备过程无毒、高效、环保。
实施例8
在8000r/min的搅拌速度下，分别取实施例1～6制备的石蜡醚100重量份，首先加入十六烷基三甲基溴化铵改性的有机土2重量份，搅拌5min，然后加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵4重量份，搅拌5min，再依次加入有机改性腐殖酸酰胺3重量份和生石灰2重量份，搅拌5min，最后加入重晶石70重量份，搅拌5min进行混合，然后装入老化罐内经150℃热滚16h，得到的乳浊液即为合成基钻井液。
将本发明实施例8制备的合成基钻井液按照国家标准GB/T 16783.2-2012《石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液》的方法，测定合成基钻井液的综合性能，检测结果如表2所示，表2为本发明实施例8制得的钻井液的性能检测结果。
表2实施例8制得的钻井液的性能检测结果
Figure BDA0001325469020000091
Figure BDA0001325469020000101
注：ρ为密度；AV为表观粘度；PV为塑性粘度；YP为动切力，FL为滤失量
由表2可知，采用本发明提供的石蜡醚制得的合成基钻井液在温度为150℃、密度为1.5g/cm3时，表观粘度小于85mPa·s，滤失量小于0.3mL；具有较好的流变性和较低的滤失量，能够满足勘探开发的钻井需要。
由以上实施例可知，本发明提供了一种石蜡醚，具有式I的分子式，CnHm1(O-R)m2式I；式I中，m1+m2＝2n+2，n为10～30，R为碳原子数为1～10的烷基。本发明提供的石蜡醚具有良好的润滑性以及运动粘度，适宜作为钻井液使用。另外，本发明提供的石蜡醚无毒、安全，采用其制备得到的钻井液安全环保。本发明提供了一种石蜡醚的制备方法，包括：将卤化石蜡和醇钠进行反应，得到石蜡醚；所述卤化石蜡的分子式为式II，CnHm1Xm2式II，式II中，m1+m2＝2n+2，X为卤素，n为10～30，醇钠的碳原子数为1～10。本发明提供的石蜡醚的制备方法条件温和、工艺简单、环保。本发明还提供了一种包括上述石蜡醚的钻井液。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种钻井液，包括：石蜡醚；
所述石蜡醚具有式I的分子式：
CnHm1(O-R)m2 式I；
式I中，m1+m2＝2n+2，
n为10～30，
R为碳原子数为1～10的烷基；m2为5～8；
所述石蜡醚的制备方法，包括：
将卤化石蜡和醇钠进行反应，得到石蜡醚；
所述卤化石蜡的分子式为式II：
CnHm1Xm2 式II，
式II中，m1+m2＝2n+2，
X为卤素，
n为10～30，
醇钠的碳原子数为1～10。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述n为15～25。
3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述R为碳原子数为1～5的烷基。
4.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述X为Cl或Br。
5.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述卤化石蜡和醇钠的摩尔比为1：(7～9)。
6.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述反应的温度为40～110℃。
7.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述反应在搅拌的条件下进行；
所述搅拌的速度为200～500rpm。
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