礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(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節(jié)劑及其制備方法，該調節(jié)劑是由二聚脂肪酸和多元胺在120～160℃條件下進行酰胺化反應，再將反應產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接收器的反應容器中完成的。該聚酰胺基胺流型調節(jié)劑分子量大，活性官能團多，能形成多點吸附，難以從有機土表面解吸附，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節(jié)劑及其制備方法
【技術領域】
[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節(jié)劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代鉆井技術的發(fā)展，油基鉆井液因其具有潤滑性好、抑制性強、對地層傷害小等優(yōu)良性能成為各種復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、當量循環(huán)密度、壓力激動和抽吸壓力等。只有適當?shù)膽腋∧芰Σ⒈３制浞€(wěn)定，才能成功鉆探復雜井，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土被廣泛使用。但是，有機土高溫易稠化、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)境保護要求的日益嚴格，低/無芳烴的礦物油和合成基礎油取代柴油后，常規(guī)有機土在這類環(huán)保型基礎油中分散懸浮性能較低，往往需要較高濃度的有機土，才可達到懸浮加重材料和井眼凈化的效果，經過井底高溫，造成環(huán)保型油基/合成基鉆井液塑性粘度增加，機械鉆速降低，在多套壓力系統(tǒng)的復雜地層中引發(fā)井下事故。
[0004]早期研究認為，提高鉆井液的懸浮能力通過增加鉆井液黏度實現(xiàn)，并開發(fā)了丁苯橡膠等油溶性高分子材料。隨著工業(yè)實踐和科學研究的深入，出現(xiàn)一些新的觀點并逐步在石油鉆探行業(yè)得到應用:在礦物油和合成基鉆井液中添加一類低粘度(低分子量的)油溶性的極性有機物質，可以顯著改善有機土的膠凝行為，提高體系的動切力、低剪切速率粘度等，油基鉆井液達到“低粘高切”的“快速弱凝膠”的狀態(tài)。
[0005]目前，國內礦物油基鉆井液技術處于發(fā)展階段，與國外相比有較大的差距。為了達到所需的懸浮性質，往往添加了過高濃度的有機土，在井底高溫條件下，有機土分散程度增加，鉆井液稠化嚴重，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。這些小分子物質在高溫下可從有機土表面解吸附，從而減少鉆井液的膠凝結構。

【發(fā)明內容】

[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節(jié)劑，其分子量大，活性官能團多，能形成多點吸附，難以從有機土表面解吸附，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節(jié)劑的制備方法，該方法工藝過程簡單、可精細控制反應條件；在不影響使用效果的前提下采用復合溶劑，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節(jié)劑的產品性狀與性能穩(wěn)定。
[0008]為此，本發(fā)明的技術方案為:[0009]一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑，由二聚脂肪酸和多元胺在120~160°C條件下進行酰胺化反應，反應完成后，將制得的產物與溶劑按照質量比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]所述酰胺化反應制得產物與溶劑的質量比為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)白油以質量比10~90:90~10混合的復合溶劑；兩者質量比優(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)稱取的物質置入連接有Dean-Stark接收器的反應容器中，在攪拌、120~160°C、通有氮氣條件下反應I~3h，得到初成品；此步反應溫度優(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節(jié)劑是一類由二聚脂肪酸與多元有機胺縮合制備的非尼龍材料類聚酰胺物質，縮合反應的特點決定了伯胺基、仲胺基和酰胺基等極性官能團在聚合物分子中均勻分布，這類活性官能團即可在有機土表面形成多點吸附，增強了有機土在非極性環(huán)境中的相互作用，提高了膠凝性質，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構。另外，在制備方法上，本發(fā)明在專利CN103012180A所公開方法的基礎上進一步優(yōu)化，由三種原料改為兩種原料，由兩步投料改為一步投料，由兩步高溫反應改為一步高溫反應，降低了工藝過程的控制難度，節(jié)省了能耗，降低了勞動強度。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑主要是由羧酸酰胺化反應制得的，生成的官能團主要是酰胺，反應過程中生成水。但在脂肪酸與多元胺反應過程中，會生成部分分子量較高的交聯(lián)產物。如果在高溫條件下反應時間過長，會發(fā)生部分交聯(lián)反應，但并不影響制得產品的性能。如果交聯(lián)過度，那么交聯(lián)產物難以溶解、分散，將不能得到應用。
[0020]為了得到性能優(yōu)異的產品，不僅需要控制反應物的類型，也需嚴格控制反應時間。
[0021]以下結合實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0022]實施例1[0023]在帶有攪拌器、溫度計、通氮氣裝置(惰性氣體保護并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應器中加入按胺基數(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0.5h,再升溫至150°C，反應3.0h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑與溶劑以質量比1:1混合均勻，得到產品PAA-1 ；其中:溶劑為質量比為60:40的二丙二醇單甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0024]實施例2
[0025]在帶有攪拌器、溫度計、通氮氣裝置(惰性氣體保護并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應器中加入按胺基數(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0.5h，再升溫至160°C，反應2.0h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑與溶劑以質量比1:1混合均勻，得到產品PAA-2 ;其中:溶劑為質量比為60:40的二丙二醇單甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0026]實施例3
[0027]在帶有攪拌器、溫度計、通氮氣裝置(惰性氣體保護并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應器中加入按胺基數(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0.5h,再升溫至16(TC,反應1.5h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑與溶劑以質量比1:1混合均勻，得到產品PAA-3 ;其中:溶劑為質量比為60:40的二丙二醇單 甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0028]實施例4
[0029]在帶有攪拌器、溫度計、通氮氣裝置(惰性氣體保護并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應器中加入按胺基數(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0.5h,再升溫至15(TC,反應1.5h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑與溶劑以質量比1:1混合均勻，得到產品PAA-4 ;其中:溶劑為質量比為60:40的二丙二醇單甲醚與5#工業(yè)白油的混合物。
[0030]實施例5
[0031]在帶有攪拌器、溫度計、通氮氣裝置(惰性氣體保護并攜帶水汽)和Dean-Stark接收器的四口反應器中加入按胺基數(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0.5h，再升溫至155°C，反應
1.5h即得本發(fā)明礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑。將得到的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑與溶劑以質量比1:1混合均勻，得到產品PAA-5 ;其中:溶劑為質量比為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，括號中是具體技術指標。
[0033]應用實驗: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、流型調節(jié)劑PAA加入到5#白油中，高速攪拌5~lOmin，然后加入有機膨潤土、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，利用實施例1~3制得的聚酰胺基胺流型調節(jié)劑配制礦物油基鉆井液，如表1所示:
[0045]表1利用實施例1~3制得的聚酰胺基胺流型調節(jié)劑配制礦物油基鉆井液
[0046]
【權利要求】
1.一種礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑，其特征在于:由二聚脂肪酸和多元胺在120~160°C條件下進行酰胺化反應，反應完成后，將制得的產物與溶劑按照質量比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，或者這四種物質中任意一種與礦物油任意比的混合物。
2.如權利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(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.如權利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(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.如權利要求3所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(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.如權利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(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.如權利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑，其特征在于:所述酰胺化反應制得產物與溶劑的質量比為0.8~1.2:1，優(yōu)選1:1。
7.如權利要求1所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑，其特征在于:所述礦物油為5#工業(yè)白油。
8.如權利要求7所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(jié)劑，其特征在于:所述溶劑為二醇單甲基醚與5#工業(yè)白油以質量比10~90:90~10混合的復合溶劑；兩者質量比優(yōu)選30~80:70~20，最優(yōu)選為60:40o
9.如權利要求1中所述的礦物油基鉆井液用聚酰胺基胺流型調節(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)稱取的物質置入連接有Dean-Stark接收器的反應容器中，在攪拌、120~160°C、通有氮氣條件下反應I~3h，得到初成品； 3)將所述初成品與溶劑按照質量比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，或者這四種物質中的任意一種與礦物油以任意比的混合物。
10.如權利要求9所述的制備方法，其特征在于:步驟2)的反應溫度為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)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】張現(xiàn)斌, 黃達全, 王偉忠, 郭劍梅, 馬運慶, 管恩翠, 張向明, 宋學文, 李振杰 申請人:中國石油集團渤海鉆探工程有限公司