CN111320658A - 一种磺化蓖麻油基烷基糖苷及其制备方法和钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磺化蓖麻油基烷基糖苷的制备方法，包括：将磺化蓖麻油和烷基糖苷进行反应，得到磺化蓖麻油烷基糖苷。本发明在烷基糖苷分子结构中引入具有磺化基团和长链烷基的磺化蓖麻油基团，这种磺化蓖麻油基烷基糖苷具有较好的润滑性能；同时还具有较好的抑制性和配伍性，且绿色环保；适用于定向井、大斜度井、水平井等的钻井施工，避免托压卡钻等井下复杂问题，提高钻井效率、降低钻井成本，实现绿色、安全、高效钻井。本发明还提供了一种磺化蓖麻油基烷基糖苷和钻井液。
Description
技术领域
本发明属于钻井液处理剂技术领域，尤其涉及一种磺化蓖麻油基烷基糖苷及其制备方法和钻井液。
背景技术
近年来，随着深井、超深井、长水平段水平井、大位移井等高难度井越来越多，对钻井液的润滑防卡要求越来越高。一般在钻井液中混入原油、柴油、白油等矿物油能够较好的满足井下润滑防卡需要，但是随着环保要求的日益严格，矿物油类润滑剂应用受限。因此，研发绿色环保的高性能润润滑剂成为主要发展趋势。
国内外在植物油脂、动物油脂类润滑剂方面开展了一定的工作，产品种类较多，但是其性能不能很好的满足长水平段水平井等高难度井的润滑要求。烷基糖苷产品是公认的绿色功能产品，广泛应用于洗洁精、洗发膏、化妆品、食品、医药、涂料、钻井液等领域，主要表现出无生物毒性、可生物降解、配伍性好、吸附成膜等优点，在钻井液中，烷基糖苷可作为润滑剂在井壁和钻具表面吸附形成疏水膜，表现出优异的润滑性，但是其润滑性能仍然有待于进一步的提高。因此，丰富和发展烷基糖苷产品提高其润滑性能成为本领域技术人员研发的热点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磺化蓖麻油基烷基糖苷，本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷具有良好的润滑性能。
本发明提供了一种磺化蓖麻油基烷基糖苷的制备方法，包括：
将磺化蓖麻油和烷基糖苷进行反应，得到磺化蓖麻油烷基糖苷。
本发明在烷基糖苷分子结构中引入具有磺化基团和长链烷基的磺化蓖麻油基团，这种产品具有良好的润滑性，可有效解决水平井长水平段托压卡钻等井下复杂问题，有利于缩短钻井周期，降低钻井成本；而且还能够补充和完善烷基糖苷衍生物产品及钻井液体系，提高钻井液的竞争优势，促进钻井液技术的进步。本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷现场使用，具有较好的经济效益和社会效益，以及良好的应用前景。
本发明对所述磺化蓖麻油没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的磺化蓖麻油即可，可由市场购买获得。
在本发明中，所述烷基糖苷优选选自辛基糖苷、癸基糖苷、十二烷基糖苷、十四烷基糖苷、十六烷基糖苷或十八烷基糖苷。
本发明对所述烷基糖苷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烷基糖苷或制备方法制备得到即可，也可由市场购买获得，本发明中的烷基糖苷可由河南道纯石油化工有限公司提供。
在本发明中，所述烷基糖苷优选为烷基糖苷水溶液，所述烷基糖苷水溶液的制备方法优选为：
将烷基糖苷和水混合，得到烷基糖苷水溶液。
在本发明中，所述烷基糖苷和水的质量比优选为78：(40～70)，更优选为78：(50～60)，最优选为78:55。
在本发明中，所述烷基糖苷和磺化蓖麻油的质量比优选为78：(150～170)，更优选为78：(155～165)，最优选为78:160。
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900～1200r/min，更优选为1000～1100r/min，最优选为1050r/min。在本发明中，所述反应温度优选为60～120℃，更优选为70～110℃，最优选为80～100℃；所述反应时间优选为2～6小时，更优选为3～5小时，最优选为4小时。
在本发明中，所述反应优选在pH值为9～12的条件下进行，更优选为pH值为10～11；本发明优选在反应体系中加入pH调节剂调节pH值，所述pH调节剂优选为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。
在本发明中，所述反应完成后优选还包括：
将得到的反应产物进行减压蒸馏除水，得到磺化蓖麻油基烷基糖苷。
在本发明中，所述磺化蓖麻油基烷基糖苷的制备方法优选为：
将烷基糖苷水溶液和磺化蓖麻油混合，得到白色乳液；
向所述白色乳液中加入pH调节剂调节白色乳液的pH值为9～12；
将所述白色乳液在60～120℃下反应3～6小时，将得到的反应产物减压蒸馏除水，得到磺化蓖麻油基烷基糖苷。
本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷制备方法反应条件温和、工艺操作简单，无废水、废气、废渣的排放。
本发明提供了一种磺化蓖麻油基烷基糖苷，具有式I结构：
式I中，R1选自碳原子数为8～18的烷基；
m为1～3。
在本发明中，所述R1优选为辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基；所述m优选为2。
在本发明中，所述磺化蓖麻油基烷基糖苷的制备方法与上述技术方案一致，在此不再赘述。
本发明提供了一种钻井液，包括上述技术方案所述的磺化蓖麻油基烷基糖苷或上述技术方案所述的方法制备得到的磺化蓖麻油基烷基糖苷。
本发明对所述钻井液的成分没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的钻井液成分在其中加入上述技术方案所述的磺化蓖麻油基烷基糖苷即可。
实验结果表明，质量浓度为1％的本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液，在200℃下滚动16小时，页岩一次回收率＞95％，相对页岩回收率＞98％。质量浓度为3％的本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液的润滑系数＜0.035。本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷可以和水基钻井液任意比例复配，不影响钻井液性能。本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷无生物毒性、绿色环保。
本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷具有良好的润滑性能，而且，这种硅胺基烷基糖苷还具有良好的抑制性能和配伍性能，无生物毒性，绿色环保，可应用于钻井液中，提高钻井液的润滑性能，适用于定向井、大斜度井、水平井等钻井施工，避免托压卡钻等井下复杂问题，提高钻井效率，降低钻井成本，实现绿色、安全、高效钻进。
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制备得到的产物的红外光谱图；
图2为本发明实施例2制备得到的产物的红外光谱图；
图3为本发明实施例3制备得到的产物的红外光谱图；
图4为本发明实施例4制备得到的产物的红外光谱图；
图5为本发明实施例5制备得到的产物的红外光谱图；
图6为本发明实施例6制备得到的产物的红外光谱图。
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。
本发明以下实施例所用原料均为市售商品，所用的烷基糖苷的为河南道纯石油化工有限公司提供的。
实施例1
将78g辛基糖苷、40g的水加入带有冷凝回流和搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌溶解，得到辛基糖苷水溶液；
在上述辛基糖苷水溶液中加入150g的磺化蓖麻油，充分搅拌，得到乳白色液体；
在向上述乳白色液体中加入氢氧化钠调节其pH值为9，在900r/min的搅拌速度下，60℃的反应温度下反应2小时，将得到的反应产物减压蒸馏除水，得到黄褐色透明粘稠的磺化蓖麻油基辛基糖苷。
对本发明实施例1制备得到产物进行红外光谱检测，红外谱图如图1所示，检测结果为：3376cm-1为O-H键的伸缩振动峰，2840～2980cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰，1158cm-1为C-O-C的伸缩振动峰，可确定有糖苷结构；波数1171cm-1、1005cm-1为磺酸基的特征峰。说明磺化蓖麻油基团已被引入到了糖苷分子结构中。
本发明实施例1提供的方法能够制备得到包括式1结构的目标产物：
式1中，R1为辛基，m为1～3。
实施例2
将78g癸基糖苷、50g的水加入带有冷凝回流和搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌溶解，得到癸基糖苷水溶液；
在上述癸基糖苷水溶液中加入160g的磺化蓖麻油，充分搅拌，得到乳白色液体；
在向上述乳白色液体中加入氢氧化钾调节其pH值为10，在1000r/min的搅拌速度下，70℃的反应温度下反应3小时，将得到的反应产物减压蒸馏除水，得到黄褐色透明粘稠的磺化蓖麻油基癸基糖苷。
对本发明实施例2制备得到产物进行红外光谱检测，红外谱图如图2所示，检测结果为：3378cm-1为O-H键的伸缩振动峰，2840～2980cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰，1161cm-1为C-O-C的伸缩振动峰，可确定有糖苷结构；波数1172cm-1、1006cm-1为磺酸基的特征峰。说明磺化蓖麻油基团已被引入到了糖苷分子结构中。
本发明实施例2提供的方法能够制备得到包括式2结构的目标产物：
式2中，R1为癸基，m为1～3。
实施例3
将78g十二烷基糖苷、60g的水加入带有冷凝回流和搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌溶解，得到十二烷基糖苷水溶液；
在上述十二烷基糖苷水溶液中加入170g的磺化蓖麻油，充分搅拌，得到乳白色液体；
在向上述乳白色液体中加入氨水调节其pH值为11，在1100r/min的搅拌速度下，80℃的反应温度下反应4小时，将得到的反应产物减压蒸馏除水，得到黄褐色透明粘稠的磺化蓖麻油基十二烷基糖苷。
对本发明实施例3制备得到产物进行红外光谱检测，红外谱图如图3所示，检测结果为：3380cm-1为O-H键的伸缩振动峰，2840～2980cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰，1163cm-1为C-O-C的伸缩振动峰，可确定有糖苷结构；波数1174cm-1、1008cm-1为磺酸基的特征峰。说明磺化蓖麻油基团已被引入到了糖苷分子结构中。
本发明实施例3提供的方法能够制备得到包括式3结构的目标产物：
式3中，R1为十二烷基，m为1～3。
实施例4
将78g十四烷基糖苷、70g的水加入带有冷凝回流和搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌溶解，得到十四烷基糖苷水溶液；
在上述十四烷基糖苷水溶液中加入170g的磺化蓖麻油，充分搅拌，得到乳白色液体；
在向上述乳白色液体中加入氢氧化钠调节其pH值为12，在1200r/min的搅拌速度下，90℃的反应温度下反应5小时，将得到的反应产物减压蒸馏除水，得到黄褐色透明粘稠的磺化蓖麻油基十四烷基糖苷。
对本发明实施例4制备得到产物进行红外光谱检测，红外谱图如图4所示，检测结果为：3382cm-1为O-H键的伸缩振动峰，2840～2980cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰，1165cm-1为C-O-C的伸缩振动峰，可确定有糖苷结构；波数1176cm-1、1011cm-1为磺酸基的特征峰。说明磺化蓖麻油基团已被引入到了糖苷分子结构中。
本发明实施例4提供的方法能够制备得到包括式4结构的目标产物：
式4中，R1为十四烷基，m为1～3。
实施例5
将78g十六烷基糖苷、70g的水加入带有冷凝回流和搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌溶解，得到十六烷基糖苷水溶液；
在上述十六烷基糖苷水溶液中加入170g的磺化蓖麻油，充分搅拌，得到乳白色液体；
在向上述乳白色液体中加入氢氧化钠调节其pH值为12，在1200r/min的搅拌速度下，100℃的反应温度下反应6小时，将得到的反应产物减压蒸馏除水，得到黄褐色透明粘稠的磺化蓖麻油基十六烷基糖苷。
对本发明实施例5制备得到产物进行红外光谱检测，红外谱图如图5所示，检测结果为：3386cm-1为O-H键的伸缩振动峰，2840～2980cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰，1171cm-1为C-O-C的伸缩振动峰，可确定有糖苷结构；波数1179cm-1、1014cm-1为磺酸基的特征峰。说明磺化蓖麻油基团已被引入到了糖苷分子结构中。
本发明实施例5提供的方法能够制备得到包括式5结构的目标产物：
式5中，R1为十六烷基，m为1～3。
实施例6
将78g十八烷基糖苷、70g的水加入带有冷凝回流和搅拌装置的四口烧瓶中，搅拌溶解，得到十八烷基糖苷水溶液；
在上述十八烷基糖苷水溶液中加入170g的磺化蓖麻油，充分搅拌，得到乳白色液体；
在向上述乳白色液体中加入氢氧化钠调节其pH值为12，在1200r/min的搅拌速度下，120℃的反应温度下反应6小时，将得到的反应产物减压蒸馏除水，得到黄褐色透明粘稠的磺化蓖麻油基十八烷基糖苷。
对本发明实施例6制备得到产物进行红外光谱检测，红外谱图如图6所示，检测结果为：3389cm-1为O-H键的伸缩振动峰，2840～2980cm-1为甲基和亚甲基中C-H键的伸缩振动峰，1173cm-1为C-O-C的伸缩振动峰，可确定有糖苷结构；波数1181cm-1、1016cm-1为磺酸基的特征峰。说明磺化蓖麻油基团已被引入到了糖苷分子结构中。
本发明实施例6提供的方法能够制备得到包括式6结构的目标产物：
式6中，R1为十八烷基，m为1～3。
实施例7
将本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷配制成质量浓度为1％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液，在200℃下高温滚动16小时，按照下述方法，测试其页岩一次回收率和页岩相对回收率：
将上述质量浓度为1％的磺化蓖麻油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1％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液于200℃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200℃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，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页岩一次回收率、页岩二次回收率和页岩相对回收率：
页岩一次回收率＝G1/G0×100％；
页岩二次回收率＝G2/G0×100％；
页岩相对回收率＝页岩二次回收率/页岩一次回收率×100％；
将本发明实施例1～6制备得到的磺化蓖麻油基烷基糖苷分别制备成质量浓度为1％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液，浸泡页岩岩心，采用上述方法，在200℃下滚动16小时，测试页岩一次回收率和页岩相对回收率；检测结果如表1所示。
表1本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷的页岩回收率测试结果
实施例8
本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷分别配制成质量浓度为3％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液，在室温下测试其极压润滑系数。测试方法如下：将仪器中的滑块浸入待测试的3％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液中，调扭力扳手值为16.95N/m，仪器运转5min，读出3％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液浸泡滑块时仪器上显示的数值为X；将仪器中的滑块浸入清水中，调扭力扳手值为16.95N/m，仪器运转5min，读出清水浸泡滑块时仪器上显示的数值为Y，极压润滑系数计算公式为：
上式中：K为极压润滑系数；X为3％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液浸泡滑块时仪器上显示的数值；Y为清水浸泡滑块时仪器上显示的数值。
将本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷分别配制成质量浓度为3％的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液，按照上述测试方法，测试其润滑系数，检测结果如表2所示。
表2本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷的润滑性检测结果
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》的标准，测试本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷的配伍性。
本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷的生物毒性EC50值的测试方法如下：将本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷加入到质量浓度为3％氯化钠溶液中，分别配制成0mg.dm-3、5000mg.dm-3、10000mg.dm-3、25000mg.dm-3、50000mg.dm-3、100000mg.dm-3的待测样品溶液各10mL，静置60min。向上述待测样品溶液中依次加入发光细菌T3粉末10mg充分震荡混匀后，以质量浓度为3％的氯化钠溶液作为对比分别测定发光菌与待测样品溶液接触15min后的生物毒性EC50值。
采用上述测试方法，检测本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷的配伍性能和生物毒性指标EC50值，检测结果如表3所示。
表3本发明实施例1～6制备的磺化蓖麻油基烷基糖苷配伍性能和生物毒性检测结果
| 实施例 | EC<sub>50</sub>值/mg/L | 与常规水基钻井液配伍性能 |
| 清水 | -- | -- |
| 1 | 654500 | 任意比例复配 |
| 2 | 653700 | 任意比例复配 |
| 3 | 659900 | 任意比例复配 |
| 4 | 657800 | 任意比例复配 |
| 5 | 655900 | 任意比例复配 |
| 6 | 676200 | 任意比例复配 |
由表1～表3数据可知，质量浓度为1％的本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液在200℃下滚动16h，页岩一次回收率＞95％，相对页岩回收率＞98％，表现出强抑制性能。质量浓度为3％的本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷水溶液润滑系数＜0.035，润滑系数降低率≥90％，表现出较好的润滑性能。本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷和常规水基钻井液可以任意比例复配，而不影响钻井液性能，具有较好的配伍性能。本发明提供的磺化蓖麻油基烷基糖苷产品EC50值＞650000mg/L，远大于30000mg/L的排放标准，无生物毒性，绿色环保。
由以上实施例可知，本发明提供了一种磺化蓖麻油基烷基糖苷的制备方法，包括：将磺化蓖麻油和烷基糖苷进行反应，得到磺化蓖麻油烷基糖苷。本发明在烷基糖苷分子结构中引入具有磺化基团和长链烷基的磺化蓖麻油基团，这种磺化蓖麻油基烷基糖苷具有较好的润滑性能；同时还具有较好的抑制性和配伍性，且绿色环保；适用于定向井、大斜度井、水平井等的钻井施工，避免托压卡钻等井下复杂问题，提高钻井效率、降低钻井成本，实现绿色、安全、高效钻井。
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 (10)
1.一种磺化蓖麻油基烷基糖苷的制备方法，包括：
将磺化蓖麻油和烷基糖苷进行反应，得到磺化蓖麻油烷基糖苷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烷基糖苷选自辛基糖苷、癸基糖苷、十二烷基糖苷、十四烷基糖苷、十六烷基糖苷或十八烷基糖苷。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烷基糖苷为烷基糖苷水溶液，所述烷基糖苷水溶液中烷基糖苷和水的质量比为78：(40～70)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烷基糖苷和磺化蓖麻油的质量比为78：(150～170)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应温度为60～120℃；所述反应时间为2～5小时。
6.根据权利要求1所述的方法，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900～1200r/min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应在pH值为9～12的条件下进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应完成后还包括：
将得到的反应产物进行减压蒸馏除水，得到磺化蓖麻油基烷基糖苷。
9.一种磺化蓖麻油基烷基糖苷，具有式I结构：
式I中，R1选自碳原子数为8～18的烷基；
m为1～3。
10.一种钻井液，包括权利要求1所述的方法制备得到的磺化蓖麻油基烷基糖苷或权利要求9所述的磺化蓖麻油基烷基糖苷。
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