本發(fā)明涉及石油鉆井的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鉆井液是指油氣鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體的總稱，鉆井液能保證鉆頭潤滑、導(dǎo)出熱量，防止井壁坍塌，但是在鉆井過程中，由于存在壓差，鉆井液中的水會進(jìn)入到地層中，鉆井液中的粘土?xí)街诰谏闲纬蔀V餅，尤其在高溫條件下，失水將會大幅度增加，其直接后果是造成鉆井液固化、表面膜分布不均、井壁穩(wěn)定性變差。

加入降濾失劑可以阻止鉆井液中的水進(jìn)入到地層中，起到穩(wěn)定井壁的作用，目前本領(lǐng)域中最常使用的降濾失劑為聚丙烯酰胺類化合物，該類降濾失劑具有技術(shù)成熟、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是聚丙烯酰胺化合物降解后會產(chǎn)生丙烯酰胺，丙烯酰胺具有一定的毒性，會污染地層。其他可以使用的降濾失劑如腐殖酸和淀粉類物質(zhì)等，雖然不會產(chǎn)生環(huán)境污染，但是降慮失效果較差，且在高溫下容易降解，抗溫性能差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚及其制備方法和應(yīng)用，將季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚作為降濾失劑使用，具有很好的抗溫性，降慮失效果好，且不會產(chǎn)生環(huán)境污染。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚，具有式i所示的結(jié)構(gòu)：

式i中為

本發(fā)明還提供了上述方案所述季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的制備方法，包括以下步驟：

將季戊四醇和環(huán)氧氯丙烷在堿性條件下進(jìn)行威爾遜反應(yīng)，得到季戊四環(huán)氧丙烷醚；

將季戊四環(huán)氧丙烷醚和β-環(huán)糊精在堿性條件下進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，得到季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚。

優(yōu)選的，所述季戊四醇和環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:4.0～4.4。

優(yōu)選的，所述威爾遜反應(yīng)的溫度為3～8℃；所述威爾遜反應(yīng)的時(shí)間為8～10h。

優(yōu)選的，所述威爾遜反應(yīng)的ph為9.3～14.0。

優(yōu)選的，所述季戊四環(huán)氧丙烷醚和β-環(huán)糊精的摩爾比為1:4.0～4.4。

優(yōu)選的，所述開環(huán)反應(yīng)的溫度為30～40℃；所述開環(huán)反應(yīng)的時(shí)間為20～24h。

優(yōu)選的，所述開環(huán)反應(yīng)的ph為7.8～9.3。

本發(fā)明提供了上述方案所述季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚或上述方案所述制備方法制備的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚作為鉆井液降濾失劑的應(yīng)用。

優(yōu)選的，所述季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚在鉆井液中的添加量為鉆井液質(zhì)量的1.2～5％。

本發(fā)明提供了一種季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚，本發(fā)明提供的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚為四足型化合物，在其結(jié)構(gòu)中含有四個(gè)β-環(huán)糊精基團(tuán)，β-環(huán)糊精基團(tuán)空腔占比高，能與鉆井液中的聚合物或表面活性形成超分子包合物，并且該化合物抗高溫性能好，抗鹽性好，具有穩(wěn)定的流變性能，可在井底的高溫條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的降慮失效果。

本發(fā)明提供了季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的制備方法，本發(fā)明提供的制備方法簡單，步驟少，容易操作。

本發(fā)明提供了上述方案所述季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚在鉆井液降濾失劑中的應(yīng)用。實(shí)施例表明，250℃×24h的老化條件下，在淡水基漿中加入占基漿質(zhì)量1.5％的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚后，淡水基漿的失水量由40ml降低到7.2ml；在鹽水基漿中加入占基漿質(zhì)量1.5％的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚后，鹽水基漿的失水量由115ml降低到8.1ml，說明本發(fā)明提供的化合物具有很好的抗溫和抗鹽性，降濾失效果優(yōu)異，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中β-環(huán)糊精的核磁共振圖譜；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的核磁共振圖譜。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚，具有式i所示的結(jié)構(gòu)：

式i中為

本發(fā)明提供了上述方案所述季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的制備方法，包括以下步驟：

將季戊四醇和環(huán)氧氯丙烷在堿性條件下進(jìn)行威爾遜反應(yīng)，得到季戊四環(huán)氧丙烷醚；

將季戊四環(huán)氧丙烷醚和β-環(huán)糊精在堿性條件下進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，得到季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚。

本發(fā)明將季戊四醇和環(huán)氧氯丙烷在堿性條件下進(jìn)行威爾遜反應(yīng)，得到季戊四環(huán)氧丙烷醚。在本發(fā)明中，所述季戊四醇和環(huán)氧氯丙烷的摩爾比優(yōu)選為1:4.0～4.4，更優(yōu)選為1:4.1～4.2。

在本發(fā)明中，所述威爾遜反應(yīng)的溫度優(yōu)選為3～8℃，更優(yōu)選為4～6℃，最優(yōu)選為5℃；所述威爾遜反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為8～10h，更優(yōu)選為8.5～9.5h；所述威爾遜反應(yīng)的ph值優(yōu)選為9.3～14.0，更優(yōu)選為10～13，最優(yōu)選為11～12；本發(fā)明優(yōu)選通過堿性溶液的濃度控制反應(yīng)的ph值；所述堿性溶液優(yōu)選為氫氧化鉀溶液和/或氫氧化鈉溶液，更優(yōu)選為氫氧化鉀溶液；所述堿性溶液的濃度優(yōu)選為0.08～0.16g/ml，更優(yōu)選為0.1～0.12g/ml；所述季戊四醇的質(zhì)量和堿性溶液的體積比優(yōu)選為1～2g:20～30ml，更優(yōu)選為1.3～1.8g：22～28ml，最優(yōu)選為1.4g：25ml。

本發(fā)明優(yōu)選將季戊四醇和堿性溶液混合后加熱1～2h，使季戊四醇完全溶解于堿性溶液中，得到季戊四醇和堿性溶液的混合液，然后將季戊四醇和堿性溶液的混合液冷卻至3～8℃，再加入環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行威爾遜反應(yīng)。在本發(fā)明中，所述加熱的時(shí)間優(yōu)選為1.3～1.8h；所述加熱的溫度優(yōu)選為60～95℃，更優(yōu)選為70～90℃，最優(yōu)選為75～85℃；本發(fā)明優(yōu)選在攪拌的條件下進(jìn)行加熱；本發(fā)明對攪拌的具體速率沒有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，能夠?qū)⒘弦簲嚢杈鶆虻乃俾始纯伞?/p>

得到季戊四環(huán)氧丙烷醚后，本發(fā)明將所述季戊四環(huán)氧丙烷醚和β-環(huán)糊精在堿性條件下進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，得到季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚。在本發(fā)明中，所述季戊四環(huán)氧丙烷醚和β-環(huán)糊精的摩爾比優(yōu)選為1:4.0～4.4，更優(yōu)選為1:4.1～4.2。

在本發(fā)明中，所述開環(huán)反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為20～24h，更優(yōu)選為22～23h；所述開環(huán)反應(yīng)的溫度優(yōu)選為30～40℃，更優(yōu)選為35～38℃；所述開環(huán)反應(yīng)的ph值優(yōu)選為7.8～9.3，更優(yōu)選為8～9，最優(yōu)選為8.5～8.8。

本發(fā)明優(yōu)選在所述威爾遜反應(yīng)完成后，直接向威爾遜反應(yīng)所得反應(yīng)液中加入β-環(huán)糊精和稀堿性溶液，將反應(yīng)體系的ph值調(diào)節(jié)至開環(huán)反應(yīng)所需ph值，然后升溫至所需溫度進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，無需對威爾遜反應(yīng)所得反應(yīng)液進(jìn)行任何提純或后處理；所述稀堿性溶液的種類和上述堿性溶液的種類一致，在此不再贅述；本發(fā)明通過加入稀堿性溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的ph值，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述稀堿性溶液的濃度優(yōu)選為0.032～0.035g/ml，更優(yōu)選為0.033g/ml；所述稀堿性溶液的體積和β-環(huán)糊精的質(zhì)量比優(yōu)選為145～155ml：45～50g；更優(yōu)選為150ml：45～50g。

本發(fā)明首先在強(qiáng)堿性條件下使季戊四醇和環(huán)氧氯丙烷發(fā)生威爾遜反應(yīng)，得到季戊四環(huán)氧丙烷醚，然后在較弱的堿性條件下使季戊四環(huán)氧丙烷醚發(fā)生開環(huán)，并和β-環(huán)糊精外壁的羥基發(fā)生醚化，從而在化合物結(jié)構(gòu)中引入四個(gè)β-環(huán)糊精基團(tuán)，得到四足型化合物季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚。

所述開環(huán)反應(yīng)完成后，本發(fā)明優(yōu)選將開環(huán)反應(yīng)所得反應(yīng)液濃縮，得到濃縮物；所述濃縮物的體積優(yōu)選為開環(huán)反應(yīng)后所得反應(yīng)液體積的1/5～1/3；更優(yōu)選為1/3；本發(fā)明優(yōu)選使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的方式進(jìn)行濃縮。

得到所述濃縮物后，本發(fā)明優(yōu)選依次對濃縮物進(jìn)行洗滌、過濾和干燥，得到季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚；本發(fā)明優(yōu)選使用丙酮對濃縮物進(jìn)行洗滌，本發(fā)明對所述洗滌的具體方法沒有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的洗滌方法即可；本發(fā)明對所述過濾的具體方法沒有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的過濾方法即可。在本發(fā)明中，所述干燥的溫度優(yōu)選為40～50℃，更優(yōu)選為45℃；所述干燥的時(shí)間優(yōu)選為20～30h，更優(yōu)選為24h；本發(fā)明對所述干燥的具體方式?jīng)]有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的干燥方式即可，具體的如真空干燥。

本發(fā)明提供了上述方案所述季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚作為鉆井液降濾失劑的應(yīng)用。本發(fā)明對具體的應(yīng)用方法沒有特殊要求，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的應(yīng)用方法即可，如直接加入到鉆井液中。

在本發(fā)明中，所述季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚在鉆井液中的添加量優(yōu)選為鉆井液質(zhì)量的1.2～5％，更優(yōu)選為1.5～4.5％，最優(yōu)選為2～3％。本發(fā)明提供的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚具有良好的抗溫性和耐鹽性，在淡水和飽和鹽水鉆井液基漿中均有優(yōu)異的降濾失效果。

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明提供的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚及其制備方法和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的說明，但是不能把它們理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1

將氫氧化鉀2.5g溶解在25毫升去離子水中，攪拌充分溶解后加入季戊四醇1.4g，在攪拌條件下加熱到90℃，反應(yīng)2h，然后冷卻到5℃，加入3.2毫升環(huán)氧氯丙烷，在5℃下反應(yīng)10h(反應(yīng)ph為12)，反應(yīng)完成后向反應(yīng)液中加入β-環(huán)糊精48g、氫氧化鈉溶液150ml(濃度為0.033g/ml)，攪拌均勻后升溫至35℃反應(yīng)24h(反應(yīng)ph為8.5)，反應(yīng)完成后將所得混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至約50毫升，得到濃縮物，用300毫升丙酮對濃縮物進(jìn)行洗滌，過濾后在45℃下干燥24h，得到季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚46.5g。

采用核磁共振法對β-環(huán)糊精和所得季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，所得¹hnmr圖譜如圖1～2所示；其中圖1為β-環(huán)糊精的¹hnmr圖譜，圖2為所得季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的¹hnmr圖譜；根據(jù)圖2可以看出，δ＝4.97ppm是環(huán)糊精葡萄糖結(jié)構(gòu)單元o-ch-o的化學(xué)位移，δ＝3.62～4.98范圍內(nèi)為環(huán)糊精中的-ch-和-ch2-基團(tuán)的化學(xué)位移，δ＝1.2～3.42ppm范圍內(nèi)的化學(xué)位移來自季戊四醇，δ＝4.98ppm處為季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的羥基產(chǎn)生的化學(xué)位移；根據(jù)圖1～2可以看出，β-環(huán)糊精羥結(jié)構(gòu)中的碳原子h6上的羥基在反應(yīng)過程中脫除，和開環(huán)后的戊四環(huán)氧丙烷醚發(fā)生醚化反應(yīng)，得到了季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚；根據(jù)圖1～2可以看出，所得化合物確實(shí)為季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚。

實(shí)施例2

將氫氧化鉀2.5g溶解在15毫升去離子水中，攪拌充分溶解后加入季戊四醇1.4g，在攪拌條件下加熱到95℃，反應(yīng)1h(反應(yīng)ph為13.5)，然后冷卻到5℃，加入3.78毫升環(huán)氧氯丙烷，在5℃下反應(yīng)8h，反應(yīng)完成后向反應(yīng)液中加入β-環(huán)糊精45g、氫氧化鈉溶液150ml(濃度為0.034g/ml)，攪拌均勻后升溫至30℃反應(yīng)22h(反應(yīng)ph為9.3)，反應(yīng)完成后將所得混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至約50毫升，得到濃縮物，用300毫升丙酮對濃縮物進(jìn)行洗滌，過濾后在45℃下干燥24h，得到季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚45.2g。

實(shí)施例3

將氫氧化鉀2.5g溶解在30毫升去離子水中，攪拌充分溶解后加入季戊四醇1.4g，在攪拌條件下加熱到60℃，反應(yīng)2h(反應(yīng)ph為9.3)，然后冷卻到5℃，加入4.0毫升環(huán)氧氯丙烷，在5℃下反應(yīng)9h，反應(yīng)完成后向反應(yīng)液中加入β-環(huán)糊精50g、氫氧化鈉溶液150ml(濃度為0.032g/ml)，攪拌均勻后升溫至40℃反應(yīng)20h(反應(yīng)ph為7.8)，反應(yīng)完成后將所得混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至約50毫升，得到濃縮物，用300毫升丙酮對濃縮物進(jìn)行洗滌，過濾后在45℃下干燥24h，得到季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚47.6g。

實(shí)施例4

按照gb/t16783-1997國家標(biāo)準(zhǔn)配制基漿，通過基漿來評價(jià)季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基醚化合物的降濾失性能?；鶟{的配制方法如下：

(1)淡水基漿的配制：在高速攪拌的300ml無離子水中，加入0.6g無水碳酸鈉、12g膨潤土和9g評價(jià)土，繼續(xù)攪拌30min后密閉靜置24h，得淡水基漿；

(2)鹽水基漿：在高速攪拌的300ml無離子水中，加入0.9g無水碳酸鈉、18g膨潤土和30g評價(jià)土和90g氯化鈉，繼續(xù)攪拌30min后密閉靜置24h，得飽和鹽水基漿。

按照基漿質(zhì)量1.5％比例分別向淡水基漿和鹽水基漿中添加實(shí)施例1制備得到的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基醚化合物，在250℃下老化24h后檢測其流變性能和降失水性，并對沒有加入季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基醚化合物的基漿進(jìn)行相同的老化試驗(yàn)，檢測基漿的流變性能和降失水性，檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚的降濾失效果

表1中：av為表觀粘度；pv為塑性粘度；yp為動(dòng)切值；fl為失水量。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在鹽水基漿和淡水基漿中添加季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚后，其流變性能得到了顯著的改善，且失水量顯著降低，說明本發(fā)明提供的季戊烷基β-環(huán)糊精羥丙基四醚在淡水和飽和鹽水鉆井液基漿中均具有很好的抗溫、抗鹽和降濾失效果。

由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。