礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑及其制備方法，該調(diào)節(jié)劑是由二聚脂肪酸和多元胺在120～160℃條件下進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，再將反應(yīng)產(chǎn)物與溶劑均勻混合制得；所述二聚脂肪酸中二聚體的含量大于78wt%；所述多元胺為含有2～5個(gè)胺基的多乙烯多胺的同系物；二聚脂肪酸中羧基與多元胺中胺基的摩爾比為1:0.2～1.2。制備過程是在連接有Dean-Stark接收器的反應(yīng)容器中完成的。該聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑分子量大，活性官能團(tuán)多，能形成多點(diǎn)吸附，難以從有機(jī)土表面解吸附，在高溫下持續(xù)有效，性能穩(wěn)定。且其制備過程簡單，反應(yīng)條件易于控制。
【專利說明】礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油和天然氣行業(yè)用鉆井液，特別涉及一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代鉆井技術(shù)的發(fā)展，油基鉆井液因其具有潤滑性好、抑制性強(qiáng)、對地層傷害小等優(yōu)良性能成為各種復(fù)雜地層鉆探的首要選擇。但是油基鉆井液懸浮性差，可能形成巖屑床，因此，懸浮能力是決定油基鉆井液性能的參數(shù)之一，直接影響到井眼凈化效果、加重材料沉降、當(dāng)量循環(huán)密度、壓力激動和抽吸壓力等。只有適當(dāng)?shù)膽腋∧芰Σ⒈３制浞€(wěn)定，才能成功鉆探復(fù)雜井，尤其是深 水井、高溫高壓井和安全密度窗口窄的井段。
[0003]早期作為油基鉆井液的增黏提切劑一有機(jī)土被廣泛使用。但是，有機(jī)土高溫易稠化、降低油基鉆井液的使用壽命，減小油基鉆井液的固相容量，污染低滲透儲層。隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，低/無芳烴的礦物油和合成基礎(chǔ)油取代柴油后，常規(guī)有機(jī)土在這類環(huán)保型基礎(chǔ)油中分散懸浮性能較低，往往需要較高濃度的有機(jī)土，才可達(dá)到懸浮加重材料和井眼凈化的效果，經(jīng)過井底高溫，造成環(huán)保型油基/合成基鉆井液塑性粘度增加，機(jī)械鉆速降低，在多套壓力系統(tǒng)的復(fù)雜地層中引發(fā)井下事故。
[0004]早期研究認(rèn)為，提高鉆井液的懸浮能力通過增加鉆井液黏度實(shí)現(xiàn)，并開發(fā)了丁苯橡膠等油溶性高分子材料。隨著工業(yè)實(shí)踐和科學(xué)研究的深入，出現(xiàn)一些新的觀點(diǎn)并逐步在石油鉆探行業(yè)得到應(yīng)用:在礦物油和合成基鉆井液中添加一類低粘度(低分子量的)油溶性的極性有機(jī)物質(zhì)，可以顯著改善有機(jī)土的膠凝行為，提高體系的動切力、低剪切速率粘度等，油基鉆井液達(dá)到“低粘高切”的“快速弱凝膠”的狀態(tài)。
[0005]目前，國內(nèi)礦物油基鉆井液技術(shù)處于發(fā)展階段，與國外相比有較大的差距。為了達(dá)到所需的懸浮性質(zhì)，往往添加了過高濃度的有機(jī)土，在井底高溫條件下，有機(jī)土分散程度增加，鉆井液稠化嚴(yán)重，塑性粘度激增；而為解決這一問題，現(xiàn)場施工中加入多元醇類，如乙二醇、甘油和聚乙二醇等；醚類，如二乙二醇和二甲基醚；小分子酰胺類，如甲酰胺、乙酰胺等物質(zhì)。這些小分子物質(zhì)在高溫下可從有機(jī)土表面解吸附，從而減少鉆井液的膠凝結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其分子量大，活性官能團(tuán)多，能形成多點(diǎn)吸附，難以從有機(jī)土表面解吸附，在高溫下持續(xù)有效，性能穩(wěn)定。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑的制備方法，該方法工藝過程簡單、可精細(xì)控制反應(yīng)條件；在不影響使用效果的前提下采用復(fù)合溶劑，減少極性溶劑的使用量，降低成本；且最終制得的聚酰胺基胺類流型調(diào)節(jié)劑的產(chǎn)品性狀與性能穩(wěn)定。
[0008]為此，本發(fā)明的技術(shù)方案為:[0009]一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，由二聚脂肪酸和多元胺在120~160°C條件下進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，將制得的產(chǎn)物與溶劑按照質(zhì)量比0.5~1.5:1混合均勻制得；所述二聚脂肪酸中二聚體的含量大于78wt% ;所述多元胺為含有2~5個(gè)胺基的多乙烯多胺的同系物；所述二聚脂肪酸中羧基與多元胺中胺基的摩爾比為1:0.2~1.2，優(yōu)選1:0.4~0.8，更優(yōu)選1:0.7 ;所述溶劑為二乙二醇單甲基醚、二乙二醇二甲基醚、二丙二醇單丁醚或二丙二醇單甲基醚，或者這四種物質(zhì)中任意一種與礦物油任意比的混合物。
[0010]所述二聚脂肪酸為單體酸、二聚脂肪酸和三聚脂肪酸的混合酸，其中所述單體酸的含量為2~22wt%，二聚脂肪酸的含量為78%~98wt%，三聚脂肪酸的含量為O~12wt%。
[0011]所述多元胺為為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。 [0012]所述酰胺化反應(yīng)制得產(chǎn)物與溶劑的質(zhì)量比為0.8~1.2:1，優(yōu)選1:1。
[0013]所述礦物油為5#工業(yè)白油，所述溶劑為二醇單甲基醚與5#工業(yè)白油以質(zhì)量比10~90:90~10混合的復(fù)合溶劑；兩者質(zhì)量比優(yōu)選30~80:70~20，最優(yōu)選為60:40。
[0014]一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑的制備方法，包括如下步驟:
[0015]I)以二聚脂肪酸中羧基與多元胺中胺基的摩爾比為1:0.2~1.2分別稱取二聚體含量大于78wt%的二聚脂肪酸和多元胺；
[0016]2)將步驟I)稱取的物質(zhì)置入連接有Dean-Stark接收器的反應(yīng)容器中，在攪拌、120~160°C、通有氮?dú)鈼l件下反應(yīng)I~3h，得到初成品；此步反應(yīng)溫度優(yōu)選為140~160°C，更優(yōu)選為150~155 °C。
[0017]3)將所述初成品與溶劑按照質(zhì)量比0.5~1.5:1混合均勻，即得所述礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑；其中所述溶劑為二乙二醇單甲基醚、二乙二醇二甲基醚、二丙二醇單丁醚或二丙二醇單甲基醚，或者這四種物質(zhì)中的任意一種與礦物油以任意比的混合物。
[0018]本發(fā)明制備的聚酰胺基胺類流型調(diào)節(jié)劑是一類由二聚脂肪酸與多元有機(jī)胺縮合制備的非尼龍材料類聚酰胺物質(zhì)，縮合反應(yīng)的特點(diǎn)決定了伯胺基、仲胺基和酰胺基等極性官能團(tuán)在聚合物分子中均勻分布，這類活性官能團(tuán)即可在有機(jī)土表面形成多點(diǎn)吸附，增強(qiáng)了有機(jī)土在非極性環(huán)境中的相互作用，提高了膠凝性質(zhì)，高溫下不易解吸附，在井底高溫依然能夠保持一定的膠凝結(jié)構(gòu)。另外，在制備方法上，本發(fā)明在專利CN103012180A所公開方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，由三種原料改為兩種原料，由兩步投料改為一步投料，由兩步高溫反應(yīng)改為一步高溫反應(yīng)，降低了工藝過程的控制難度，節(jié)省了能耗，降低了勞動強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑主要是由羧酸酰胺化反應(yīng)制得的，生成的官能團(tuán)主要是酰胺，反應(yīng)過程中生成水。但在脂肪酸與多元胺反應(yīng)過程中，會生成部分分子量較高的交聯(lián)產(chǎn)物。如果在高溫條件下反應(yīng)時(shí)間過長，會發(fā)生部分交聯(lián)反應(yīng)，但并不影響制得產(chǎn)品的性能。如果交聯(lián)過度，那么交聯(lián)產(chǎn)物難以溶解、分散，將不能得到應(yīng)用。
[0020]為了得到性能優(yōu)異的產(chǎn)品，不僅需要控制反應(yīng)物的類型，也需嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間。
[0021]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022]實(shí)施例1[0023]在帶有攪拌器、溫度計(jì)、通氮?dú)庋b置(惰性氣體保護(hù)并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應(yīng)器中加入按胺基數(shù)量與羧基數(shù)量之比為0.4:1.0的二乙烯三胺和二聚脂肪酸(78wt% 二聚酸、10wt%單體酸及12wt%三聚酸),用恒溫油浴加熱至11(TC反應(yīng)0.5h,再升溫至150°C，反應(yīng)3.0h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑與溶劑以質(zhì)量比1:1混合均勻，得到產(chǎn)品PAA-1 ；其中:溶劑為質(zhì)量比為60:40的二丙二醇單甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0024]實(shí)施例2
[0025]在帶有攪拌器、溫度計(jì)、通氮?dú)庋b置(惰性氣體保護(hù)并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應(yīng)器中加入按胺基數(shù)量與羧基數(shù)量之比為0.7:1.0的三乙烯四胺和二聚脂肪酸(92被％二聚酸、2.5%單體酸及5.5%三聚酸)，用恒溫油浴加熱至110°C反應(yīng)0.5h，再升溫至160°C，反應(yīng)2.0h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑與溶劑以質(zhì)量比1:1混合均勻，得到產(chǎn)品PAA-2 ;其中:溶劑為質(zhì)量比為60:40的二丙二醇單甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0026]實(shí)施例3
[0027]在帶有攪拌器、溫度計(jì)、通氮?dú)庋b置(惰性氣體保護(hù)并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應(yīng)器中加入按胺基數(shù)量與羧基數(shù)量之比為0.8:1.0的三乙烯四胺和二聚脂肪酸(98wt% 二聚酸和2wt%單體酸),用恒溫油浴加熱至11(TC反應(yīng)0.5h,再升溫至16(TC,反應(yīng)1.5h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑與溶劑以質(zhì)量比1:1混合均勻，得到產(chǎn)品PAA-3 ;其中:溶劑為質(zhì)量比為60:40的二丙二醇單 甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0028]實(shí)施例4
[0029]在帶有攪拌器、溫度計(jì)、通氮?dú)庋b置(惰性氣體保護(hù)并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應(yīng)器中加入按胺基數(shù)量與羧基數(shù)量之比為0.8:1.0的四乙烯五胺和二聚脂肪酸(98wt% 二聚酸和2wt%單體酸),用恒溫油浴加熱至11(TC反應(yīng)0.5h,再升溫至15(TC,反應(yīng)1.5h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑與溶劑以質(zhì)量比1:1混合均勻，得到產(chǎn)品PAA-4 ;其中:溶劑為質(zhì)量比為60:40的二丙二醇單甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0030]實(shí)施例5
[0031]在帶有攪拌器、溫度計(jì)、通氮?dú)庋b置(惰性氣體保護(hù)并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應(yīng)器中加入按胺基數(shù)量與羧基數(shù)量之比為0.8:1.0的乙二胺和二聚脂肪酸(98被％二聚酸和2wt%單體酸)，用恒溫油浴加熱至110°C反應(yīng)0.5h，再升溫至155°C，反應(yīng)
1.5h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑與溶劑以質(zhì)量比1:1混合均勻，得到產(chǎn)品PAA-5 ;其中:溶劑為質(zhì)量比為60:40的二丙二醇單甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0032]注:實(shí)施例中所述三種二聚脂肪酸分別為二聚脂肪酸(78wt%:聚酸、10wt%單體酸及12wt%三聚酸)、二聚脂肪酸(92被％二聚酸、2.5%單體酸及5.5%三聚酸)和二聚脂肪酸(98wt% 二聚酸和2wt%單體酸)，其商品名稱均為二聚脂肪酸或二聚酸，只是具體含量不同，括號中是具體技術(shù)指標(biāo)。
[0033]應(yīng)用實(shí)驗(yàn):配制礦物油基鉆井液[0034]配方組成:
[0035]5#白油:礦物油基鉆井液基油；
[0036]有機(jī)膨潤土:增粘劑；
[0037]氧化鈣:堿度控制劑；
[0038]BZ-OFL-11:浙青類降濾失劑；
[0039]PAA:本發(fā)明制得的聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑；
[0040]SPAN-80:潤濕劑；
[0041]石灰石粉:加重材料；
[0042]重晶石:加重材料；
[0043]配置過程:將SPAN-80、流型調(diào)節(jié)劑PAA加入到5#白油中，高速攪拌5~lOmin，然后加入有機(jī)膨潤土、氧化鈣，攪拌30~40min ;加入降濾失劑BZ-OFL-1I攪拌15min，加入石灰石粉和重晶石，攪拌40~60min。
[0044]按照上述方法，利用實(shí)施例1~3制得的聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑配制礦物油基鉆井液，如表1所示:
[0045]表1利用實(shí)施例1~3制得的聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑配制礦物油基鉆井液
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:由二聚脂肪酸和多元胺在120~160°C條件下進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，將制得的產(chǎn)物與溶劑按照質(zhì)量比0.5~1.5:1混合均勻制得； 所述二聚脂肪酸中二聚體的含量大于78wt% ； 所述多元胺為含有2~5個(gè)胺基的多乙烯多胺的同系物； 所述二聚脂肪酸中羧基與多元胺中胺基的摩爾比為1:0.2~1.2 ; 所述溶劑為二乙二醇單甲基醚、二乙二醇二甲基醚、二丙二醇單丁醚或二丙二醇單甲基醚，或者這四種物質(zhì)中任意一種與礦物油任意比的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:所述二聚脂肪酸中羧基與多元胺中胺基的摩爾比為1:0.4~0.8，優(yōu)選為1:0.7。
3.如權(quán)利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:所述二聚脂肪酸為單體酸、二聚脂肪酸和三聚脂肪酸的混合酸。
4.如權(quán)利要求3所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:所述單體酸的含量為2~22wt%，二聚脂肪酸的含量為78%~98wt%，三聚脂肪酸的含量為O~12wt%0
5.如權(quán)利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:所述多元胺為為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。
6.如權(quán)利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:所述酰胺化反應(yīng)制得產(chǎn)物與溶劑的質(zhì)量比為0.8~1.2:1，優(yōu)選1:1。
7.如權(quán)利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:所述礦物油為5#工業(yè)白油。
8.如權(quán)利要求7所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑，其特征在于:所述溶劑為二醇單甲基醚與5#工業(yè)白油以質(zhì)量比10~90:90~10混合的復(fù)合溶劑；兩者質(zhì)量比優(yōu)選30~80:70~20，最優(yōu)選為60:40o
9.如權(quán)利要求1中所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: O以二聚脂肪酸中羧基與多元胺中胺基的摩爾比為1:0.2~1.2分別稱取二聚體含量大于78wt%的二聚脂肪酸和多元胺； 2)將步驟I)稱取的物質(zhì)置入連接有Dean-Stark接收器的反應(yīng)容器中，在攪拌、120~160°C、通有氮?dú)鈼l件下反應(yīng)I~3h，得到初成品； 3)將所述初成品與溶劑按照質(zhì)量比0.5~1.5:1混合均勻，即得所述礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調(diào)節(jié)劑；其中所述溶劑為二乙二醇單甲基醚、二乙二醇二甲基醚、二丙二醇單丁醚或二丙二醇單甲基醚，或者這四種物質(zhì)中的任意一種與礦物油以任意比的混合物。
10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于:步驟2)的反應(yīng)溫度為140~160°C，優(yōu)選150~155°C。
【文檔編號】C09K8/035GK103666414SQ201310684666
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】張現(xiàn)斌, 黃達(dá)全, 王偉忠, 郭劍梅, 馬運(yùn)慶, 管恩翠, 張向明, 宋學(xué)文, 李振杰 申請人:中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司