一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及石油钻井液领域，具体涉及一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂及其制备方法，采用氨解改性提升大豆卵磷脂的水分散能力，使润滑剂能够均匀分散于水基钻井液中从而充分发挥润滑效果。采用含氮杂环修饰提升润滑剂与摩擦面的结合能力，从而提升润滑剂的润滑能力。其制备方法包括：（1）将大豆卵磷脂、胺、质子酸、低级醇溶剂混合加热搅拌反应，（2）在上述反应液中加入环氧氯丙烷，加热搅拌反应，（3）在上述溶液中加入含氮杂环化合物与缚酸剂，混合搅拌加热后，蒸馏出溶剂低级醇得到最终改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂。本发明专利技术提供的大豆卵磷脂改性润滑剂合成原料易得，合成过程较为简单，水分散能力强，结构稳定，环保耐高温，润滑效果优异。异。

【技术实现步骤摘要】
一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石油钻井液领域，具体涉及一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]石油钻井过程中，随着斜井、大位移井、水平井等复杂井的钻探力度不断加大，高摩阻扭矩，托压、卡钻等问题严重制约了钻井工作的开展，高效钻井液润滑剂的需求不断加大。钻井液润滑剂的润滑机理是润滑剂吸附于钻具、井壁、套管表面上，并形成一层疏水润滑膜以提供润滑效果。目前，钻井液润滑剂的构建策略通常是由极压材料、抗磨材料以及具有长链烃基结构的材料通过复配、合成以及复合成的形式形成钻井液润滑剂。组分中的极压剂、抗磨剂是润滑剂吸附于摩擦表面并形成牢固润滑吸附膜的保证，例如，含有硫、磷酸酯、硼酸酯、醇羟基、酰胺基的化合物能够在金属表面以化学反应与络合作用的形式牢固地吸附于金属钻具、套管表面。具有长链烃基结构的材料能够提供疏水润滑膜，降低摩擦副之间的剪切力。这类化合物的类型主要有白油、柴油、气制油等矿物油材料以及以植物油及其衍生为主体结构的天然烃类化合物材料。
[0003]目前，以复合成的形式在长链烃基结构上修饰吸附基团是高效钻井液润滑剂的研究开发策略。大豆卵磷脂是一种以脂肪酸酯与磷脂为主要结构的天然产物，具有来源丰富，环保的独特优势。大豆卵磷脂结构中含有的长链烃基脂肪酸酯结构非常适合作为润滑剂疏水润滑膜的组成成分。值得注意的是，大豆卵磷脂的多磷脂结构非常有利于卵磷脂吸附于金属表面，可以有效增强润滑剂形成润滑膜的强度。因此，大豆卵磷脂非常适合开发作为钻井液润滑剂。但是，单一的大豆卵磷脂作为钻井液润滑剂仍然存在一些掣肘问题。首先，单分子卵磷脂结构中含有两个脂肪酸酯结构，使卵磷脂表现出较强的脂溶性，而钻井液润滑剂所要求的水分散能力仍然欠缺。其次，大豆卵磷脂结构中的磷脂结构所提供的润滑效果依然有限，需要再次引入吸附基团提升润滑效果。最后，大豆卵磷脂是由磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油等磷脂化合物组成，结构富含酯基、羟基、氨基等可修饰活性基团，整体结构易被改性修饰形成适用于钻井液的润滑剂结构。目前，已经有基于大豆卵磷脂改性以及基于磷脂结构的钻井液润滑剂的研究与专利技术公开。
[0004]发表于期刊钻井液与完井液的文章《改性大豆卵磷脂在水基钻井液中的润滑性能》中采用乳酸、双氧水体系对卵磷脂进行羟基化改性，提升润滑剂的水溶性与润滑性能。
[0005]中国专利CN 110791365 A依然采用双氧水、乳酸羟基化改性的卵磷脂为主要成分，混合氨基硅烷复合改性的木粉以及防锈剂三乙醇胺、十二烷基硫酸钠、碳酸亚铁、多羟基化改性的石墨烯以及表面改性处理的碳纤维，混合强力搅拌得到木粉
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大豆卵磷脂改性的水基润滑液。
[0006]美国专利US 7094738 B2公开了一种水基钻井液的磷酸脂润滑剂，该磷酸酯润滑剂是模拟天然磷酰胆碱的结构，人工合成了双脂肪酰胺磷酸双酯双胆碱的润滑剂。
[0007]由以上专利与文章可以看出，目前，大豆卵磷脂在改性成为钻井液润滑剂过程中
首先需要解决的问题是其脂溶性太强、水溶性过低的问题。目前的改性策略通常是对大豆卵磷脂结构中的不饱和双键进行环氧化水解开环形成双羟基结构，提升大豆卵磷脂的亲水性质。但是，该改性方案引入的亲水基团较少，对于卵磷脂水分散能力的提高程度有限。而通过合成的形式构建磷酸酯类钻井液润滑剂降低了现有廉价原料大豆卵磷脂的利用率。针对以上问题，本专利技术对大豆卵磷脂进行氨解含氮杂环改性，提升大豆卵磷脂的水分能力与润滑效果。

技术实现思路

[0008]针对上述大豆软磷脂在水基钻井液润滑剂应用中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的制备方法。技术方案：
[0009]本专利技术的第一个方面是提供了一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的的制备方法。该方法包括以下步骤：
[0010](1)将大豆卵磷脂、胺、质子酸、低级醇溶剂混合加热搅拌反应，得到大豆卵磷脂氨解中间产物I；
[0011](2)在上述反应液中加入环氧氯丙烷，加热搅拌反应得到3
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氯
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2 羟乙基胺中间产物Ⅱ；
[0012](3)在上述溶液中加入含氮杂环化合物与缚酸剂，混合搅拌加热后，蒸馏出低级醇溶剂得到最终改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂。该润滑剂的改性合成路线如下：
[0013][0014]优选的，所述制备方法的原料质量比为：低级醇溶剂：大豆卵磷脂：胺：质子酸：环氧氯丙烷：含氮杂环化合物：缚酸剂＝80
–
120：50：4
–
7：0
–
0.2：4
–
5：3
–
7：2
–
5。
[0015]优选的，步骤(1)所述的低级醇溶剂为乙醇、异丙醇中的一种。
[0016]优选的，步骤(1)所述的胺为乙醇胺、二乙醇胺、二甲氨基丙胺、吗啉、N
‑
甲基哌嗪中的一种。
[0017]优选的，步骤(1)所述的质子酸为硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸中的一种。
[0018]优选的，所述步骤(1)的反应温度为80
–
90℃，反应时间为 4
–
8h。
[0019]优选的，所述步骤(2)的反应温度为60
–
80℃，反应时间为 3
–
6h。
[0020]优选的，步骤(3)所述的含氮杂环化合物为2
‑
巯基噻唑啉、2
‑
巯基苯并噻唑、咪唑、苯并三氮唑中的一种。
[0021]优选的，步骤(3)所述的缚酸剂为碳酸钾、碳酸钠、磷酸三钾中的一种。
[0022]优选的，所述步骤(3)的反应温度为60
–
80℃，反应时间为 6
–
12h。
[0023]有益效果：
[0024]本专利技术提供的大豆卵磷脂改性润滑剂的制备方法制备过程较为简单，采用胺对卵磷脂结构中的脂肪酸酯进行氨解，并加入质子酸催化剂催化亲核行较弱的二级胺对卵磷脂的氨解。通过控制亲核胺的量，部分氨解卵磷脂结构中的脂肪酸酯，获得单脂肪酸酯结构的卵磷脂，在降低卵磷脂的脂溶性、提高卵磷脂亲水性的同时，避免卵磷脂因过度氨解，造成脂肪链与磷脂结构分离，而失去润滑效果。此外，氨解产物脂肪酰胺是一种较强的乳化剂，能够进一步提升大豆卵磷脂改性润滑剂的水分散能力。
[0025]大豆卵磷脂来源丰富，结构中富含具有极压润滑功能的磷脂基团以及氨基、羟基、季铵盐等极性吸附基团，自身具有较强的润滑能力。由于大豆卵磷脂成分中磷脂酰乙醇胺含量较高，本专利技术采用环氧氯丙烷作为连接基团，将含氮杂环化合物与磷酯酰乙醇胺的氨基相连，使大豆卵磷脂改性润滑剂在金属表面形成牢固的络合吸附，配合卵磷脂结构中富含的磷脂基团，进一步提高该润滑剂的润滑效果。另一方面，氨解产物脂肪酰胺具有较强的润滑能力，也能有效提高大豆卵磷脂的润滑效果。因此，采用氨解、含氮杂环化合物改性的大豆卵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的制备方法。包括以下步骤：(1)将大豆卵磷脂、胺、质子酸、低级醇溶剂混合加热搅拌反应，得到反应液；(2)在上述反应液中加入环氧氯丙烷，加热搅拌反应，得到溶液；(3)在上述溶液中加入含氮杂环化合物与缚酸剂，混合搅拌加热后，蒸馏出低级醇溶剂得到最终改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂。2.根据权利要求1所述的一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，原料的质量比为：低级醇溶剂∶大豆卵磷脂∶胺∶质子酸∶环氧氯丙烷∶含氮杂环化合物∶缚酸剂＝80
–
120∶50∶4
–
7∶0
–
0.2∶4
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5∶3
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7∶2
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5。3.根据权利要求1所述的一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的低级醇溶剂为乙醇、异丙醇中的一种。4.根据权利要求1所述的一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的胺为乙醇胺、二乙醇胺、二甲氨基丙胺、吗啉、N
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甲基哌嗪中的一种。5.根据权利要求1所述的一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的质子酸为硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸中的一种。6.根据权利要求1所述的一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的反应温度为80
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90℃，反应时间为4

【专利技术属性】
技术研发人员：王承俊，李绪锋，孙浩玉，李公让，李文博，刘振东，李卉，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：