甲基葡萄糖甙类化合物及制备方法与含有所述甲基葡萄糖甙类化合物的钻井液用润滑抑制剂 【技术领域】
本发明涉及一种甲基葡萄糖甙类化合物以及这种甲基葡萄糖甙类化合物的制备方法与含有所述甲基葡萄糖甙类化合物的钻井液用润滑抑制剂。
背景技术
随着石油天然气勘探开发领域的扩大和深入，钻探开发力度不断增加，钻探难度提高，钻井复杂程度更加突出。深井、超深井、定向井、大斜度井、水平井、多底井、小井眼井等特殊条件井越来越多，而钻井速度又需要大幅度提高。因此，钻井难度的增加也对钻井液用润滑剂提出更高的要求。
目前常用的钻井液用润滑剂有矿物油类、改性动植物油类、表面活性剂类及多元醇和聚合醇类。矿物油类润滑剂对环境污染大，荧光级别高，配制维护要求严格，因而在环境保护日益严格的情况下，逐渐丧失了竞争优势；常规多元醇和聚合醇类产品有效含量变化幅度大，抑制性弱，浊点不稳定，而且大部分产品在钻井液中存在增黏、起泡问题，某些聚合醇产品不能降低钻井液的滤失量，反而增加滤失量；改性动植物油类即多羟基化合物润滑剂虽然价格昂贵，但其性能好，无毒，荧光级别低，使用方便，因而得到了广泛的应用。
在世界和国内石油钻井专业范围内，泥页岩井段井壁不稳定一直是困扰钻井工艺技术的技术难题。现场实践表明，在众多的难度井中，其难点就在于不能很好的解决泥页岩井段的井壁稳定问题，造成井下事故频发、钻井成本提高、损害油气层等问题。
在钻遇水敏性泥页岩地层时，由于这类地层中含有蒙脱石、伊利石或者伊蒙混层的粘土矿物，会在钻井液滤液水化作用下，发生膨胀、破碎、剥落、坍塌等物理和化学作用，引起井眼缩径、井壁坍塌等复杂情况，造成卡钻、憋漏地层等事故发生，影响了钻井速度、损害了油气层。
目前，国内外抑制性钻井液体系是以单一无机盐或者有机盐为抑制核心的，使用该种钻井液通过大量的现场应用，表现了一定的抑制能力，在一定程度上能够解决水敏性泥页岩井段井壁不稳定的问题。但是，也暴露了一些问题，例如无法避免引入阴离子或阴离子团；增加钻井液矿化度等。
甲基葡萄糖甙(MEG)是由一个六元环结构、一个甲氧基(-OCH3)、四个亲水的羟基。可在井壁上形成一层类似油包水泥浆那样的吸附膜，这个膜可以把页岩中的水和钻井液中的水隔开。另一方面MEG由于其环状分子上含有四个羟基，其吸湿性很强，即可以和水分子形成牢固的氢键结合，因此，当MEG钻井液中的滤液进入到地层内，其作用不同于普通的淡水，它有使地层岩石去水化的作用，因而具有良好的抑制润滑性。MEG是一种糖类物质，因此在生物酶作用下可以生物降解，对环境不造成污染。但是在油田应用中发现MEG抗温能力较弱，在高温下易分解而失去其性能。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种钻井液用的甲基葡萄糖甙类化合物以及这种甲基葡萄糖甙类化合物的制备方法；同时提供一种含有所述甲基葡萄糖甙类化合物的钻井液用润滑抑制剂，其抑制性强、润滑性好、对钻井液性能无副作用、对其它钻井作业程序没有负面影响、且能生物降解的钻井液用润滑抑制剂。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：甲基葡萄糖甙类化合物，如式(1)所示：
式(1)。
上述甲基葡萄糖甙类化合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)卤化反应步骤，向含60-70wt％甲基葡萄糖甙的水溶液A中加入浓度为30-35wt％的浓盐酸，所述浓盐酸的质量与所述水溶液A的质量之比为0.2-0.3∶1，再加入催化剂量的氯化锌，升温至67-73℃，反应2-2.5小时；
(2)磺化反应步骤，所述卤化反应步骤结束后，投入亚硫酸钠，所述亚硫酸钠的质量与所述甲基葡萄糖甙的质量之比为0.2-0.3∶1，升温至85-95℃，反应1-1.5小时。
上述制备方法，步骤(1)中的反应温度为70℃；步骤(2)中的反应温度为90℃。
上述制备方法，所述甲基葡萄糖甙水溶液中的甲基葡萄糖甙含量为65wt％。
上述制备方法，步骤(2)中所述亚硫酸钠与所述甲基葡萄糖甙的质量比为0.25∶1。
含有上述甲基葡萄糖甙类化合物的钻井液用润滑抑制剂，由所述甲基葡萄糖甙类化合物、杀菌剂和抗氧剂组成；所述甲基葡萄糖甙类化合物、杀菌剂和抗氧剂的质量之比为：甲基葡萄糖甙类化合物∶杀菌剂∶抗氧剂＝1∶0.0001-0.0002∶0.0001-0.0002。
上述钻井液用润滑抑制剂，所述甲基葡萄糖甙类化合物、杀菌剂和抗氧剂的质量之比为：甲基葡萄糖甙类化合物∶杀菌剂∶抗氧剂＝1∶0.00015∶0.00015。
上述钻井液用润滑抑制剂，所述杀菌剂为季铵盐类杀菌剂1227或者异噻唑啉酮。
上述钻井液用润滑抑制剂，所述抗氧剂为亚硫酸氢钠或者亚硫酸钠或者异维C钠。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)结构上引入磺酸基团来提高其抗温和抗盐能力，相比较现有技术中使用的甲基葡萄糖甙(MEG)，抗温能力提高20-30℃。(2)磺化后加入适量的杀菌剂、抗氧剂，以提高其抗菌能力。(3)本发明含有所述甲基葡萄糖甙类化合物的钻井液用润滑抑制剂，其具有抑制性强、润滑性好、可生物降解的特点；并且对钻井液其它性能影响小，能大幅降低泥浆的极压润滑系数，提高对钻屑的抑制能力。
【具体实施方式】
本发明的甲基葡萄糖甙类化合物的制备
实施例1
取300g甲基葡萄糖甙溶于200g水中，加入0.5g无水氯化锌，边搅拌边滴加入浓度为31％的盐酸60g，滴加完毕，升温至70℃，密闭保温反应2小时。再向其中投入60g的Na2SO3，搅拌均匀，敞口升温至90℃，反应1小时。可以得到的如下式所示的甲基葡萄糖甙类化合物：
此外，在其它实施例中，氯化锌加入的量只要为催化剂量的就可以，这是本领域技术人员常规技术手段的选择，不需要花费任何创造性劳动就可以得出的，例如，使反应体系中氯化锌的浓度为ppm级就可以达到催化的效果，以实现卤化反应步骤地顺利进行。
实施例2至实施例4
在实施例2至实施例4中，所述甲基葡萄糖甙类化合物的制备实验数据如下表2所示：
表1甲基葡萄糖甙类化合物的制备方法
实施例编 号 甲基葡萄 糖甙水溶 液浓度 (wt％) 盐酸浓度 (wt％) 卤化反应 温度(℃) 磺化反应 温度(℃) 卤化反应 时间(小 时) 磺化反应 时间(小 时) 2 63 31 67 85 2 1 3 66 35 72 95 2.5 1.2 4 70 33 73 90 2.2 1.5
本发明的钻井液用润滑抑制剂的制备
实施例5
在本实施例中，所述甲基葡萄糖甙类化合物、杀菌剂和抗氧剂的质量之比为：甲基葡萄糖甙类化合物∶杀菌剂∶抗氧剂＝1∶0.0001∶0.0001。所述杀菌剂为季铵盐类杀菌剂1227，所述抗氧剂为亚硫酸氢钠。本实施例的钻井液用润滑抑制剂在具体制备的时候，将所述甲基葡萄糖甙类化合物、季铵盐类杀菌剂1227和亚硫酸氢钠按照上述比例添加，粉碎并混合均匀即得。
实施例6
在本实施例中，所述甲基葡萄糖甙类化合物、杀菌剂和抗氧剂的质量之比为：甲基葡萄糖甙类化合物∶杀菌剂∶抗氧剂＝1∶0.0002∶0.0002。所述杀菌剂为异噻唑啉酮，所述抗氧剂为亚硫酸钠。本实施例的钻井液用润滑抑制剂在具体制备的时候，将所述甲基葡萄糖甙类化合物、异噻唑啉酮和亚硫酸钠按照上述比例添加，粉碎并混合均匀即得。
实施例7
在本实施例中，所述甲基葡萄糖甙类化合物、杀菌剂和抗氧剂的质量之比为：甲基葡萄糖甙类化合物∶杀菌剂∶抗氧剂＝1∶0.00015∶0.00015。所述杀菌剂为季铵盐类杀菌剂1227，所述抗氧剂为异维C钠。本实施例的钻井液用润滑抑制剂在具体制备的时候，将所述甲基葡萄糖甙类化合物、季铵盐类杀菌剂1227和异维C钠按照上述比例添加，粉碎并混合均匀即得。
本发明的钻井液用润滑抑制剂的性能实验
实施例8
把实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂加入到泥浆中测试极压润滑系数，结果见下表。从表2中可以看出本发明钻井液用润滑抑制剂对泥浆其它性能无影响，但润滑系数大大降低。
表2实施例5中的钻井液用润滑抑制剂在泥浆中的性能
在上述表2中：序号1中为3％膨润土浆；序号2中为3％膨润土浆和5％实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂，即每100毫升3％膨润土浆中加入5克实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂；序号3中为3％膨润土浆和4％实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂，即每100毫升3％膨润土浆中加入4克实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂；序号4中为3％膨润土浆和3％实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂，即每100毫升3％膨润土浆中加入3克实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂。
实施例9
把实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂加入到泥浆中，加量为5％(即每100毫升泥浆加入5克实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂)，测试其抑制性，结果见下表3。从表中可以看出产品具有较好的抑制性。
表3产品抑制性实验
实施例10
把实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂加入到泥浆中测试极压润滑系数，结果见下表。从表4中可以看出本发明钻井液用润滑抑制剂对泥浆其它性能无影响，但润滑系数大大降低。
表4钻井液用润滑抑制剂在泥浆中的性能
在上述表4中：序号1中为3％膨润土浆；序号2中为3％膨润土浆和4.5％实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂，即每100毫升3％膨润土浆中加入4.5克实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂。
实施例12
把实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂加入到泥浆中，加量为3％(即每100毫升泥浆加入3克实施例5中得到的钻井液用润滑抑制剂)，测试其抑制性，结果见下表5。从表中可以看出产品具有较好的抑制性。
表5产品抑制性实验
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明权利要求的保护范围之中。