一种改性阳离子化合物、其制备方法和钻井液用固相化学清洁剂技术

本发明专利技术属于石油钻井油田化学水溶性阳离子化合物技术领域，本申请提供了一种改性阳离子化合物、其制备方法和钻井液用固相化学清洁剂。所述改性阳离子化合物具有式I结构，式I中，R为C1～C5的烷基；X为卤素；t为0～6之间的任意整数。所述钻井液用固相化学清洁剂包括：铁盐、铵盐、硅酸盐和该改性阳离子化合物。本申请应用具有式I结构、具有絮凝和抑制双重作用的改性阳离子化合物，获得钻井液用固相化学清洁剂，可提高钻井液的抑制能力和钻井液固相的清除效率，实现低固相快速钻井。

【技术实现步骤摘要】
一种改性阳离子化合物、其制备方法和钻井液用固相化学清洁剂
本专利技术属于石油钻井油田化学水溶性阳离子化合物
，具体涉及一种改性阳离子化合物、其制备方法和钻井液用固相化学清洁剂。
技术介绍
在石油钻井中，固相含量对钻井液的密度、粘度、滤饼以及油气层和环境等产生直接影响。钻井液固相控制技术主要是通过化学和机械方法清除钻井液中的无用惰性固相，同时将活性固相控制在一定的范围内。其中的无用固相和部分活性固相主要来自钻屑；钻井液中固相含量过高，容易导致钻速降低、油气层污染、钻井液性能难以维护、摩阻系数增大、井下复杂情况发生等问题。目前，常用的钻井液固相控制化学方法是：加入高分子聚丙烯酰胺等添加剂，利用不分散钻井液来絮凝、包被钻屑，以利于固相机械排除或自然消除。但是，目前不分散钻井液抑制性能不足，不能有效地抑制钻屑的水化膨胀和分散，这势必增加机械排除固相的困难，导致固相清除效率降低。同时，钻井液普遍存在“钻井液性能稳定”与“地层井壁稳定”之间的矛盾，即在提高钻井液抑制性的同时，影响甚至破坏钻井液的胶体稳定性。因此，现有钻井液体系的抑制能力是有限的，尚不足以较好地控制固相含量。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种改性阳离子化合物、其制备方法和钻井液用固相化学清洁剂，本申请应用改性阳离子化合物获得钻井液用固相化学清洁剂，可提高钻井液的抑制能力和钻井液固相的清除效率，实现低固相快速钻井的目的。本专利技术提供一种改性阳离子化合物，具有式I结构：式I中，R为C1～C5的烷基，优选为甲基或乙基；X为卤素；t为0～6之间的任意整数，优选为0、1或2。本专利技术提供一种改性阳离子化合物的制备方法，包括以下步骤：在催化剂存在的条件下，将四烷基二胺与环氧卤丙烷在水中进行反应，得到改性阳离子化合物；所述四烷基二胺为R2N-CH2(CH2)tCH2-NR2；所述四烷基二胺优选为四甲基乙二胺、四乙基乙二胺、四甲基丙二胺或四甲基丁二胺；所述改性阳离子化合物具有式I结构：其中，R为C1～C5的烷基，优选为甲基或乙基；X为卤素；t为0～6之间的任意整数，优选为0、1或2。优选地，所述催化剂为季铵盐，如十二烷基二甲基苄基氯化铵或十四烷基二甲基苄基氯化铵。优选地，所述催化剂用量为四烷基二胺和环氧卤丙烷总质量的0.1％～1％。优选地，所述制备方法具体包括：将水和四烷基二胺混合后，加入环氧卤丙烷和催化剂，加料用时为30～60分钟，加完后于35～60℃下反应3～9小时，得到改性阳离子化合物。本专利技术提供的改性阳离子化合物具有式I结构，其分子中含有两个季铵基和环氧基等基团，具有絮凝和抑制双重作用。所述改性阳离子化合物更易于与铁盐、铵盐等复合而发挥协同作用，它可以配合高相对分子质量的聚合物絮凝剂快速絮凝低密度固相颗粒，用于清除钻井液中的有害固相，保证钻井液清洁，在有效的剂量范围内对钻井液的滤失量和流变性等影响小，可实现低固相快速钻井；该产品也可以用于钻井液中作防塌、抑制剂，有效的抑制粘土水化分散、絮凝钻屑、控制地层造浆，同时还有利于保护油气层。本专利技术提供一种钻井液用固相化学清洁剂，包括：铁盐、铵盐、硅酸盐和化合物A；所述化合物A为上文所述的改性阳离子化合物。优选地，以质量份计，所述钻井液用固相化学清洁剂包括：100份的化合物A；1～5份的铁盐；10～40份的铵盐；0.1～3份的硅酸盐。优选地，所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁和硫酸铁钾中的一种或多种。优选地，所述铵盐为酒石酸铵、柠檬酸铵和乙酸铵中的一种或多种。优选地，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾或硅酸钾钠。本申请提供的钻井液用固相化学清洁剂包括上文所述的改性阳离子化合物，其可满足不同水基钻井液体系的需要，能够提高水基钻井液高温高压条件下的流变性、控制钻井液中黏土分散、保证钻井液性能稳定，从而提高钻井液的抑制能力和钻井液固相的清除效率，实现低固相快速钻井。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种改性阳离子化合物，具有式I结构：式I中，R为C1～C5的烷基；X为卤素；t为0～6之间的任意整数。本专利技术提供的改性阳离子化合物可应用于制备钻井液用固相化学清洁剂，以提高钻井液的抑制能力和钻井液固相的清除效率等。本专利技术提供的改性阳离子化合物的结构如式I所示，其分子两端为环氧基团。并且，该产品分子中含有两个季铵基团。式I中，R为C1～C5的烷基，优选为甲基(CH3)或乙基(CH2CH3)；X为卤素，优选为氯(Cl)；t为0～6之间的任意整数，优选为0、1或2。本专利技术具有式I结构的改性阳离子化合物具有絮凝和抑制双重作用，并且更利于嵌入，应用性能好。在本专利技术的一些实施例中，R为甲基，t为0；即所述改性阳离子化合物的结构如式(1)所示：相应地，本专利技术提供了一种改性阳离子化合物的制备方法，包括：在催化剂存在的条件下，将四烷基二胺与环氧卤丙烷在水中进行反应，得到改性阳离子化合物；所述四烷基二胺为R2N-CH2(CH2)tCH2-NR2；所述改性阳离子化合物具有式I结构：其中，R为C1～C5的烷基；X为卤素；t为0～6之间的任意整数。本专利技术制备方法以四烷基二胺和环氧卤丙烷为反应原料，所述四烷基二胺的分子结构通式为：R2N-CH2(CH2)tCH2-NR2；其中，R为C1～C5的烷基，优选为甲基或乙基；t为0～6之间的任意整数，优选为0、1或2。在本专利技术的实施例中，所述四烷基二胺优选为四甲基乙二胺、四乙基乙二胺、四甲基丙二胺或四甲基丁二胺，更优选为四甲基乙二胺；所述环氧卤丙烷如环氧氯丙烷等。本专利技术所述反应在水溶液体系中，在有催化剂存在的条件下进行；具体可将水、四烷基二胺加入反应釜，在搅拌下，慢慢加入环氧卤丙烷和催化剂进行反应。其中，所述催化剂优选为季铵盐，如十二烷基二甲基苄基氯化铵或十四烷基二甲基苄基氯化铵；所述催化剂用量优选为四烷基二胺和环氧卤丙烷总质量的0.1％～1％。上述步骤中，所述四烷基二胺与环氧卤丙烷的物质的量比优选为1:(2～2.1)。上述步骤中，以原料100质量份计，水用量可为50～100份，催化剂用量为0.1～1份。在本专利技术的优选实施例中，所述制备方法具体包括：将水和四烷基二胺混合后加入环氧卤丙烷和催化剂，加料用时为30分钟～60分钟，加完后于35～60℃下反应3小时～9小时；待反应时间达到后，可抽真空脱水浓缩，烘干，得到改性阳离子化合物。本专利技术实施例制备的改性阳离子化合物具有式I结构，其分子中含有两个季铵基和环氧基等基团，具有絮凝和抑制双重作用。所述改性阳离子化合物更易于与铁盐、铵盐等复合，它可以配合高相对分子质量的聚合物絮凝剂用于清除钻井液中的有害固相，保证钻井液清洁，在有效的剂量范围内对钻井液的滤失量和流变性等影响小，可实现低固相快速钻井；该产品也可以用于钻井液中作防塌、抑制剂，有效的抑制粘土水化分散、絮凝钻屑、控制地层造浆，同时还有利于保护油气层。本专利技术还提供了一种钻井液用固相化学清洁剂，包括：铁盐、铵盐、硅酸盐和化合物A；所述化合物A为上文所述的改性阳离子化合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性阳离子化合物，具有式I结构：

【技术特征摘要】
1.一种改性阳离子化合物，具有式I结构：式I中，R为C1～C5的烷基；X为卤素；t为0～6之间的任意整数。2.一种改性阳离子化合物的制备方法，包括以下步骤：在催化剂存在的条件下，将四烷基二胺与环氧卤丙烷在水中进行反应，得到改性阳离子化合物；所述四烷基二胺为R2N-CH2(CH2)tCH2-NR2；所述改性阳离子化合物具有式I结构：其中，R为C1～C5的烷基；X为卤素；t为0～6之间的任意整数。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述四烷基二胺为四甲基乙二胺、四乙基乙二胺、四甲基丙二胺或四甲基丁二胺；所述催化剂为季铵盐，优选为十二烷基二甲基苄基氯化铵或十四烷基二甲基苄基氯化铵。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂用量为四烷基二胺和环氧卤丙烷总质量的0.1％～1％。5.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于，具体包括：将水和四烷基二胺混合后，加入环氧卤丙烷和催化剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中华，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11