一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑及其合成方法
【專利摘要】一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑及其合成方法，它涉及一種油包水型乳化劑及其合成方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有鉆井液用乳化劑高溫條件下流變性能變差和破乳電壓降低的問題。一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑是以N-甲基-1,3-丙二胺、油酸和馬來酸酐作為原料制備而成，其化學(xué)名稱為N,N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺，結(jié)構(gòu)通式為HOOC-CH＝CH-CO-N(CH3)-(CH2)3-NH-CO-R；R為CH3(CH2)2-CH＝CH-(CH2)7-。合成方法：取一定比例N-甲基-1,3-丙二胺和油酸混合冷凝回流，得到中間產(chǎn)物；然后將中間產(chǎn)物和馬來酸酐加熱攪拌得到終產(chǎn)物。本發(fā)明作為鉆井液用乳化劑使用。
【專利說明】一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑及其合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油包水型乳化劑及其合成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鉆井液或鉆井泥漿作為一種方便鉆井操作的循環(huán)用液，起到方便移除鉆井時(shí)從井 口產(chǎn)生的鉆屑、冷卻和潤滑鉆頭，從而減小井噴的可能的作用。其中，油基鉆井液抗污染能 力強(qiáng)，潤滑性好，抑制性強(qiáng)，有利于保持井壁穩(wěn)定，能最大限度的保護(hù)油氣層；同時(shí)，油基鉆 井液性能穩(wěn)定，易于維護(hù)，抗溫能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好。已成為鉆探高難度高溫深井、海上鉆 井、大斜度定向井、水平井、各種復(fù)雜井段和儲(chǔ)層保護(hù)的重要手段。
[0003] 油基鉆井液一個(gè)主要維護(hù)難點(diǎn)在于保持乳狀液的穩(wěn)定性，尤其在鉆深熱井時(shí)，高 溫作用使乳狀液更易失去穩(wěn)定性。其中乳化劑是維持鉆井液較長時(shí)間穩(wěn)定的關(guān)鍵組分，然 而大部分乳化劑在受熱溫度高于180°C時(shí)易發(fā)生分解失去作用，造成油基鉆井液體系的電 穩(wěn)定性大幅度下降，重晶石發(fā)生沉淀，嚴(yán)重影響體系的性能。
[0004] 針對(duì)國內(nèi)的乳化劑種類少、加量多、效果不理想的情況，需要研制出一種抗高溫、 高性能的乳化劑，繼而研制出性能優(yōu)良的抗高溫油基鉆井液體系，使得該鉆井液具有良好 的高溫穩(wěn)定性、流變性能和濾失性能，從而最大限度地保護(hù)油氣層。因此，研制抗溫能力強(qiáng) 的油包水型乳化劑是當(dāng)前油基鉆井液發(fā)展面臨的重要技術(shù)難題之一。
[0005] 根據(jù)上述乳化劑的作用機(jī)理，形成抗高溫油包水型乳化劑應(yīng)遵循以下原則：
[0006] 1)HLB值為3?6 ;2)非極性基團(tuán)的截面直徑必須大于極性基團(tuán)的截面直徑；3)應(yīng) 選用高價(jià)金屬鹽類和皂類；4)與油的親和力要強(qiáng)；5)能較大幅度降低界面張力；6)選用的 乳化劑要無毒或低毒；7)抗溫性能好，在高溫下不降解，或解吸不明顯。要求處理劑的分 子結(jié)構(gòu)中支鏈數(shù)量盡量少；主鏈上不應(yīng)含有酯鍵、醚鍵，可在主鏈上引入脂環(huán)或芳環(huán)，增加 乳化劑的抗溫性；配合使用抗溫保護(hù)劑，增加抗溫性能；在分子中引入強(qiáng)的水化集團(tuán)，如磺 酸基、酰胺基等，因?yàn)樗鶊F(tuán)的穩(wěn)定性很大程度上決定了乳化劑分子的抗溫性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是要解決現(xiàn)有鉆井液用乳化劑高溫條件下流變性能變差和破乳電壓降低 的問題，而提供一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑及其合成方法。
[0008] 本發(fā)明一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑是以N-甲基-1，3-丙二胺、油酸和馬 來酸酐作為原料制備而成，其化學(xué)名稱為N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺，結(jié) 構(gòu)通式為 H00C-CH = CH-CO-N(CH3) - (CH2) 3-NH-C0-R ;其中 R 為 CH3 (CH2) 2-CH = CH- (CH2)廠。
[0009] 上述鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法是按以下步驟進(jìn)行：
[0010] 一、將N-甲基-1，3-丙二胺和油酸進(jìn)行混合，在攪拌的條件下將溫度從室溫升至 100°C?110°C，冷凝回流lh后，再將溫度從100°C?110°C升至150°C?170°C，冷凝回流 10h?17h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺；所述N-甲基-1，3-丙二胺與油酸的摩爾比為 (0· 6 ?1. 2) :1 ;
[0011] 二、向步驟一得到的N-甲基烷基酰胺丙基仲胺中加入馬來酸酐，控制溫度在 80°C?100°C，在攪拌的條件下反應(yīng)lh?3h，得到N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基 叔胺；所述N-甲基烷基酰胺丙基仲胺與馬來酸酐的摩爾比為（0. 6?1. 2) :1。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：
[0013] 1、本發(fā)明合成工藝簡單，操作性強(qiáng)，對(duì)儀器要求低，加入的催化劑易于分離。
[0014] 2、本發(fā)明制備的鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑，具有良好的抗溫性，可以抗 200°C的高溫，解決了一般乳化劑在高于180°C的高溫下易分解的問題。且流變性能良好，經(jīng) 200°C高溫老化后的破乳電壓依然高于600V，較破乳電壓低于400V的常規(guī)乳化劑有了很大 的提高，從而解決了鉆井液用乳化劑高溫條件下流變性能變差和破乳電壓降低的問題。
[0015] 3、本發(fā)明從原料到產(chǎn)品的制備過程，對(duì)環(huán)境污染小，原料利用率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為實(shí)施例三得到的N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺的紅外吸收 光譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的 任意組合。

【具體實(shí)施方式】 [0018] 一：本實(shí)施方式一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑是以N-甲 基-1，3-丙二胺、油酸和馬來酸酐作為原料制備而成，其化學(xué)名稱為N，N-甲基順丁烯羧酸 酯基烷基酰胺丙基叔胺，結(jié)構(gòu)通式為H00C-CH = CH-C〇-N(CH3)-(CH2)3-NH-C〇-R ;其中R為 CH3(CH2)2-CH = ch-(ch2)7-。

【具體實(shí)施方式】 [0019] 二：本實(shí)施方式與一不同的是：所述鉆井液用油包水 型聚酰胺乳化劑的合成方法是按以下步驟進(jìn)行：
[0020] -、將N-甲基-1，3-丙二胺和油酸加入到三口瓶中，將三口瓶固定在電熱套中， 將攪拌桿插入三口瓶的直形口中，固定好攪拌裝置，三口瓶的另兩個(gè)口分別設(shè)置溫度計(jì)和 分水冷凝裝置，在攪拌的條件下將溫度從室溫升至l〇〇°C?11(TC，保溫lh后，再將溫度從 100°C?110°C升至150°C?170°C，保溫10h?17h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺；所述 N-甲基-1，3-丙二胺與油酸的摩爾比為（0. 6?1. 2) : 1 ;所述N-甲基-1，3-丙二胺結(jié)構(gòu)式 為 ch3-nh-(ch2)3-nh2 ;所述油酸結(jié)構(gòu)式為 CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7C00H ;
[0021] 二、向步驟一得到的N-甲基烷基酰胺丙基仲胺中加入馬來酸酐，控制溫度在 80°C?100°C，在攪拌的條件下反應(yīng)lh?3h，得到N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基 叔胺；所述N-甲基烷基酰胺丙基仲胺與馬來酸酐的摩爾比為（0. 6?1. 2) :1。
[0022] 本實(shí)施方式中馬來酸酐為分析純。
[0023] 本實(shí)施方式得到的N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺的HLB值為3? 6〇
[0024] 本實(shí)施方式得到的N，N_甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺抗溫性能好，在 高溫下不降解，或解吸不明顯。要求處理劑的分子結(jié)構(gòu)中支鏈數(shù)量盡量少；主鏈上不應(yīng)含有 酯鍵、醚鍵，可在主鏈上引入脂環(huán)或芳環(huán)，增加乳化劑的抗溫性；配合使用抗溫保護(hù)劑，增加 抗溫性能；在分子中引入強(qiáng)的水化集團(tuán)，如磺酸基、酰胺基等，因?yàn)樗鶊F(tuán)的穩(wěn)定性很大 程度上決定了乳化劑分子的抗溫性。
[0025] 本實(shí)施方式合成工藝簡單，操作性強(qiáng)，對(duì)儀器要求低，加入的催化劑易于分離。
[0026] 本實(shí)施方式制備的鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑，具有良好的抗溫性，可以抗 200°C的高溫，解決了一般乳化劑在高于180°C的高溫下易分解的問題。且流變性能良好，經(jīng) 200°C高溫老化后的破乳電壓依然高于600V，較破乳電壓低于400V的常規(guī)乳化劑有了很大 的提高，從而解決了鉆井液用乳化劑高溫條件下流變性能變差和破乳電壓降低的問題。
[0027] 本實(shí)施方式從原料到產(chǎn)品的制備過程，對(duì)環(huán)境污染小，原料利用率高。其它與具體 實(shí)施方式一相同。
[0028] 與【具體實(shí)施方式】一不同的是：步驟一中再將溫度從110°C升至160°C。其它與具體 實(shí)施方式一相同。

【具體實(shí)施方式】 [0029] 三：本實(shí)施方式與一或二不同的是：步驟一中再將溫 度從110°C升至160°C。其它與一或二相同。

【具體實(shí)施方式】 [0030] 四：本實(shí)施方式與一或三不同的是：步驟一中保溫 12h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺。其它與一或三相同。

【具體實(shí)施方式】 [0031] 五：本實(shí)施方式與一至四之一不同的是：步驟一中所 述N-甲基-1，3-丙二胺與油酸的摩爾比為1: 1。其它與一至四之一相同。

【具體實(shí)施方式】 [0032] 六：本實(shí)施方式與一至五之一不同的是：步驟二中控 制溫度在90 °C。其它與一至五之一相同。

【具體實(shí)施方式】 [0033] 七：本實(shí)施方式與一至六之一不同的是：步驟二中在 攪拌的條件下反應(yīng)2h。其它與一至六之一相同。
[0034]

【具體實(shí)施方式】八：本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是：步驟二中所 述N-甲基烷基酰胺丙基仲胺與馬來酸酐的摩爾比為1:1。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一 相同。
[0035] 通過以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的效果：
[0036] 實(shí)施例一：一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法是按以下步驟進(jìn)行：
[0037] 一、將0. 3mol的N-甲基-1,3-丙二胺和0. 5mol的油酸加入到三口瓶中，將三口 瓶固定在電熱套中，將攪拌桿插入三口瓶的直形口中，固定好攪拌裝置，三口瓶的另兩個(gè)口 分別設(shè)置溫度計(jì)和分水冷凝裝置，在攪拌的條件下將溫度從室溫升至110°c，保溫lh后，再 將溫度從110°c升至160°C，保溫12h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺；
[0038] 二、向0· 2mol步驟一得到的N-甲基烷基酰胺丙基仲胺中加入到0· 2mol的馬來酸 酐中，控制溫度在90°C，在攪拌的條件下反應(yīng)2h，得到N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺 丙基叔胺。
[0039] 實(shí)施例二：一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法是按以下步驟進(jìn)行：
[0040] 一、將0. 3mol的N-甲基-1,3-丙二胺和0. 3mol的油酸加入到三口瓶中，將三口 瓶固定在電熱套中，將攪拌桿插入三口瓶的直形口中，固定好攪拌裝置，三口瓶的另兩個(gè)口 分別設(shè)置溫度計(jì)和分水冷凝裝置，在攪拌的條件下將溫度從室溫升至110°c，保溫lh后，再 將溫度從110°c升至165°C，保溫12h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺；
[0041] 二、向0· 2mol步驟一得到的N-甲基烷基酰胺丙基仲胺中加入到0· 25mol的馬來 酸酐中，控制溫度在95°C，在攪拌的條件下反應(yīng)3h，得到N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰 胺丙基叔胺。
[0042] 實(shí)施例三：一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法是按以下步驟進(jìn)行：
[0043] 一、將0. 25mol的N-甲基-1,3-丙二胺和0. 3mol的油酸加入到三口瓶中，將三口 瓶固定在電熱套中，將攪拌桿插入三口瓶的直形口中，固定好攪拌裝置，三口瓶的另兩個(gè)口 分別設(shè)置溫度計(jì)和分水冷凝裝置，在攪拌的條件下將溫度從室溫升至110°c，保溫lh后，再 將溫度從110°c升至170°C，保溫12h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺；
[0044] 二、向0· 2mol步驟一得到的N-甲基烷基酰胺丙基仲胺中加入到0· 16mol的馬來 酸酐中，控制溫度在l〇〇°C，在攪拌的條件下反應(yīng)2h，得到N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰 胺丙基叔胺。
[0045] 表1為加入本發(fā)明實(shí)施例三得到的N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺 的鉆井液體系的抗高溫性能評(píng)價(jià)；其中，YP是動(dòng)切力；PV是塑性粘度；ES是破乳電壓。
[0046] 由表1可見經(jīng)200°C高溫老化后的破乳電壓較高，流動(dòng)性較好。這主要是由于合成 的終產(chǎn)物N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺的HLB值為3?6,符合油包水型乳 化劑對(duì)親水親油平衡值的要求；此外，該物質(zhì)的分子式中含有的非極性基團(tuán)的截面直徑大 于極性基團(tuán)的截面直徑，也證明了該乳化劑為油包水型乳化劑；此外，N，N-甲基順丁烯羧 酸酯基烷基酰胺丙基叔胺中的胺基為強(qiáng)的水化基團(tuán)，而水化基團(tuán)的強(qiáng)弱一定程度上決定了 該乳化劑穩(wěn)定性的強(qiáng)弱。此為該乳化劑為抗溫型油包水型乳化劑的原因。
[0047] 表1加入實(shí)施例三得到的N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺的鉆井液 體系的抗高溫性能評(píng)價(jià)
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑，其特征在于是以N-甲基-1，3-丙二胺、油 酸和馬來酸酐作為原料制備而成，其化學(xué)名稱為N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基 叔胺，結(jié)構(gòu)通式為 HOOC-CH = CH-CO-N (CH3) - (CH2) 3-NH-C〇-R ;其中 R 為 CH3 (CH2) 2-CH = ch-(ch2)7-。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法，其特征在于 鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法是按以下步驟進(jìn)行： 一、 將N-甲基-1，3-丙二胺和油酸進(jìn)行混合，在攪拌的條件下將溫度從室溫升至 100°C?110°C，冷凝回流lh后，再將溫度從KKTC?110°C升至150°C?170°C，冷凝回流 10h?17h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺；所述N-甲基-1，3-丙二胺與油酸的摩爾比為 (0· 6 ?1. 2) :1 ; 二、 向步驟一得到的N-甲基烷基酰胺丙基仲胺中加入馬來酸酐，控制溫度在80°C? KKTC，在攪拌的條件下反應(yīng)lh?3h，得到N，N-甲基順丁烯羧酸酯基烷基酰胺丙基叔胺； 所述N-甲基烷基酰胺丙基仲胺與馬來酸酐的摩爾比為（0. 6?1. 2) : 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法，其特征在 于步驟一中再將溫度從ll〇°C升至160°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法，其特征在 于步驟一中保溫12h，得到N-甲基烷基酰胺丙基仲胺。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法，其特征在 于步驟一中所述N-甲基-1，3-丙二胺與油酸的摩爾比為1:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法，其特征在 于步驟二中控制溫度在90°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法，其特征在 于步驟二中在攪拌的條件下反應(yīng)2h。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉆井液用油包水型聚酰胺乳化劑的合成方法，其特征在 于步驟二中所述N-甲基烷基酰胺丙基仲胺與馬來酸酐的摩爾比為1:1。
【文檔編號(hào)】C07C233/38GK104059620SQ201410325690
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】徐用軍, 李小瑩, 劉永貴, 田明, 段百超 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)