一种钻井液用改性淀粉防塌剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及油田助剂领域的一种钻井液用改性淀粉防塌剂及其制备方法。所述改性淀粉防塌剂由淀粉、磺酰化剂和胺化剂为原料反应，通过酶促反应、磺酯化反应和胺化反应得到的一种天然改性产物。本发明专利技术将伯胺基团引入到淀粉的葡萄糖结构单元中，使淀粉具有较强的抑制膨润土造浆的能力，阻碍泥页岩地层的水化分散和膨胀坍塌，抗温可达150℃，可有效维护井壁稳定，而且制备原料来源广泛，制备方法简单，易工业化推广。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液用改性淀粉防塌剂及其制备方法
本专利技术涉及油田助剂领域，更进一步说，涉及一种钻井液用改性淀粉防塌剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，能源供求危机日益增大，深层油气资源和页岩气等非常规油气资源的开发成为解决能源供求矛盾的有效途径。但是硬脆性泥页岩在深部和页岩地层中存在广泛，且井壁失稳的频率及程度较高，成为制约油气资源开发的重要难题。据统计，钻井成本在整个勘探开发中所占的比例高达50％～80％，而由于井壁失稳造成的浪费在钻井总成本中所占的比例高达10％～20％，这也就意味着在世界范围内，每年由于井壁失稳造成的损失在油气勘探开发总成本中所占的比例已经达到了5％～16％。井壁失稳不但增加钻井成本，同时又影响测固井质量及油气资源的成功开采。因此，保持井壁稳定对降低油田勘探开发成本，提高经济效益起着至关重要的作用。利用化学方法增强钻井液抑制性是提高井壁稳定的重要手段之一，即向钻井液中加入一定量抑制性防塌剂即可起到稳固井壁的作用。目前，沥青类产品是最常用的钻井液用防塌剂，然而，该种产品存在荧光值高、生产工艺复杂、软化点控制困难、污染环境和产品质量受原料产地影响大等缺点。淀粉，作为重要的天然产物，具有来源广、无毒、易改性和易生物降解等优点，是环保类钻井液处理剂的热点研究方向之一。近年来，Scomi公司研究了一种名为Opt-Starplus改性淀粉，其主要作为降滤失剂来使用并兼有一定的防塌功能；Halliburton的Baroid开发了一种N-DrillingHTPlus非离子改性淀粉，其主要作为降滤失剂来使用并兼有一定的防塌功能；Schlumberger下的MI开发了一种两性离子型Duo-FloTM改性淀粉，其主要作为降滤失剂来使用并兼有一定的防塌功能。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种钻井液用改性淀粉防塌剂。具体地说涉及一种钻井液用改性淀粉防塌剂及其制备方法，用于满足井壁失稳地层钻井施工的需要。本专利技术目的之一是提供一种钻井液用改性淀粉防塌剂，所述改性淀粉防塌剂是由淀粉、磺酰化剂和胺化剂为原料反应得到的一种天然改性产物，其结构通式可选自下列通式中的至少一种：其中，R为CnH2n，n为2～10的整数，优选n≤5。本专利技术目的之二是提供一种钻井液用改性淀粉防塌剂的制备方法，包括以下步骤：(1)，酶解淀粉乳制备部分降解淀粉；(2)，将步骤(1)得到的所述部分降解淀粉和敷酸剂、磺酰化剂反应生成磺酸酯类中间产物；(3)，将步骤(2)得到的所述磺酸酯类中间产物和胺化剂、沉淀剂反应，制得最终产物所述钻井液用改性淀粉防塌剂。具体地，所述步骤(1)可包括以下步骤：将淀粉与水混合，配制浓度为10.0wt％～20.0wt％的淀粉乳，加热到50～70℃，在所述淀粉乳中加入α-淀粉酶，所述α-淀粉酶的加入量为淀粉用量的0.01wt％～0.50wt％，持续反应0.5～6.0h后升温至100～110℃灭活1.0～2.0h，得到酶降解淀粉乳液，干燥(干燥温度可为40～60℃)至恒重得到所述部分降解淀粉，备用。所述步骤(1)的作用：在淀粉酶并施加一定温度的条件下，降低淀粉颗粒中无定型区域的分子链聚集程度，使得淀粉分子链吸收能量产生剧烈震动，分子的双螺旋结构在这种剧烈震动和淀粉酶作用下分子链间的氢键松弛，淀粉分子链形成的双螺旋结构出现解旋，这样淀粉的结晶结构就会被破坏，提高了分子链在溶液中的舒展性，分子中的活性反应基团(即羟基)数量增大，提高接枝反应效率。所述步骤(2)可包括以下步骤：将步骤(1)得到的所述部分降解淀粉和敷酸剂混合，在惰性环境下搅拌30～60min，控制反应温度0～15℃；向其中滴加磺酰化剂，控制反应时间为12～16h，将反应产物过滤，取滤液溶于水中，静置分层后取下层液体，减压蒸馏即得到所述磺酸酯类中间产物。所述步骤(2)的作用：这个步骤是通过部分降解淀粉与磺酰化剂反应制备磺酸酯类中间产物，为下一步在淀粉的葡糖糖苷结构单元中引入胺基做准备。反应方程式如下：所述步骤(3)可包括以下步骤：将胺化剂和沉淀剂混合，在惰性环境中搅拌，可为30～60min，控制反应温度75～85℃；再加入步骤(2)得到的所述磺酸酯类中间产物进行反应，控制反应时间为4～6h；反应结束后，去除下层棕黄色粘稠液体，将上层溶液溶解在水中，静置分层后取下层液体，减压蒸馏即得到最终产物。反应方程式如下：其中，所述部分降解淀粉在敷酸剂中的重量百分浓度(是指淀粉用量占淀粉和敷酸剂的总用量的比例)为5.0％～20.0％，优选为5.0％～12.0％；所述部分降解淀粉与磺酰化剂的重量比为(2～4)：1。所述敷酸剂为吡啶、三乙胺中的至少一种；所述磺酰化剂为对甲基磺酰氯。所述胺化剂选自具有下列结构通式的化合物：HO-R-NH2其中，R为CnH2n，n为2～10的整数，优选n≤5；所述磺酸酯类中间产物的重量为胺化剂重量的3～6倍。所述胺化剂在沉淀剂中的重量百分浓度(指胺化剂的用量占胺化剂与沉淀剂用量之和的比例)为2.0％～5.0％。所述沉淀剂选自苯、甲苯和环己烷中的至少一种。本专利技术的效果本专利技术涉及一种钻井液用改性淀粉防塌剂及其制备方法，所述防塌剂由淀粉、磺酰化剂和胺化剂为原料反应，通过酶促反应、磺酯化反应和胺化反应得到的一种天然改性产物。本专利技术将伯胺基团引入到淀粉的葡萄糖结构单元中，由于伯胺基N原子上的p电子云极易接受质子而呈正电性，而粘土颗粒的端面和表面均带负电，通过静电作用吸附在粘土颗粒的表面，将相邻的粘土片层束缚在一起，阻碍水易水化粘土与水分子的接触，即阻碍了易水化粘土在体系中的水化分散和膨胀；另外，淀粉分子链中的葡萄糖结构单元中未反应的羟基也会与粘土表面和端面的羟基发生氢键吸附，从而进一步强化了吸附作用，从而也强化了抑制易水化粘土造浆和阻碍泥页岩地层水化分散和膨胀的作用，使淀粉具有较强的抑制膨润土造浆的能力，阻碍泥页岩地层的水化分散和膨胀坍塌，抗温可达150℃，可有效维护井壁稳定。本专利技术提供的改性淀粉防塌剂分子中具有较强的防塌性、热稳定性和环保性，原料来源广泛，制备方法简单，易工业化推广。附图说明图1为实施例5的验浆3转读数随膨润土加量变化曲线。具体实施方式下面结合实施例，进一步说明本专利技术。但本专利技术不受这些实施例的限制。实施例1将40.0g淀粉与160mL水混合得到20.0wt％的淀粉乳，于60℃的水浴中加热该淀粉乳；在上述热的淀粉乳中加入0.2gα-淀粉酶，持续反应6.0h后升温至100℃灭活2.0h，得到酶降解淀粉乳液，干燥至恒重得到部分降解淀粉，备用。将28.0g部分降解淀粉和532g三乙胺装入带有搅拌、冷凝和回流装置的反应器中，通氮气的条件下搅拌30min，控制反应温度0℃。向反应器中滴加7.0g对甲基磺酰氯，控制反应时间为16h。将反应产物过滤，滤液溶于水中，静置分层后取下层液体，减压蒸馏即得到磺酸酯类中间产物。将2.24g2-羟基乙胺和109.76g苯装入带有搅拌、冷凝和回流装置的反应器中，通氮气的条件下搅拌60min，控制反应温度75℃。将6.72g磺酸酯类中间产物加入到反应器中，控制反应时间为6h。反应结束后，去除下层棕黄色粘稠液体，将上层溶液溶解在水中，静置分层后取下层液体，减压蒸馏即得到最终产物所述钻井液用改性淀粉防塌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井液用改性淀粉防塌剂，包含以下通式(I)、(II)、(III)化合物中的至少一种：

【技术特征摘要】
1.一种钻井液用改性淀粉防塌剂，包含以下通式(I)、(II)、(III)化合物中的至少一种：其中，R为CnH2n，n为2～10的整数，优选n≤5。2.根据权利要求1所述的一种钻井液用改性淀粉防塌剂，其特征在于由包含以下步骤的方法制备而得：(1)，酶解淀粉乳制备部分降解淀粉；(2)，将步骤(1)得到的所述部分降解淀粉和敷酸剂、磺酰化剂反应生成磺酸酯类中间产物；(3)，将步骤(2)得到的所述磺酸酯类中间产物和胺化剂、沉淀剂反应，制得最终产物所述钻井液用改性淀粉防塌剂。3.根据权利要求1或2所述的一种钻井液用改性淀粉防塌剂的制备方法，包括以下步骤：(1)，制备部分降解淀粉；(2)，将步骤(1)得到的所述部分降解淀粉和敷酸剂混合，再滴加磺酰化剂反应生成磺酸酯类中间产物；(3)，将步骤(2)得到的所述磺酸酯类中间产物和胺化剂、沉淀剂混合反应，制得最终产物所述钻井液用改性淀粉防塌剂。4.根据权利要求3所述的一种钻井液用改性淀粉防塌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)包括以下步骤：将淀粉与水混合，配制浓度为10.0wt％～20.0wt％的淀粉乳，加热到50～70℃，在所述淀粉乳中加入α-淀粉酶，所述α-淀粉酶的加入量为淀粉用量的0.01wt％～0.50wt％，持续反应0.5～6.0h后升温至100～110℃灭活，得到酶降解淀粉乳液，干燥至恒重得到所述部分降解淀粉。5.根据权利要求3所述的一种钻井液用改性淀粉防塌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)包括以下步骤：将步骤(1)得到的所述部分降解淀粉的和敷酸剂混合，在惰性环境下搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚奇，杨枝，王治法，薛玉志，孔勇，杨帆，李涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11