本發(fā)明涉及烷基糖苷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種胺基烷基糖苷及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
當(dāng)前油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中深井、超深井中地層溫度高的深層強(qiáng)水敏性泥頁(yè)巖、含泥巖等易坍塌地層在鉆井過(guò)程中的井壁失穩(wěn)問(wèn)題不能很好地解決，需要鉆井液具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)性和抗溫性能。烷基糖苷可應(yīng)用于鉆井液中，烷基糖苷具有成膜作用，以及較好的潤(rùn)滑性能和抑制性能，能夠提高鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性。但是烷基糖苷的抑制性能主要是通過(guò)吸附成膜、阻緩水分子進(jìn)入地層來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在應(yīng)用于鉆井液的過(guò)程中添加量較大，使鉆井液的成本較高，而且烷基糖苷的抗溫性能較差，限制了鉆井液在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。
烷基糖苷的抑制性和抗溫性能都有待提高，為了克服烷基糖苷在鉆井液中抑制性和抗溫性不足的缺陷，可以對(duì)烷基糖苷進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，引入功能基團(tuán)，制備得到抑制性能和抗高溫性能較好的烷基糖苷衍生物。目前，有關(guān)胺基烷基糖苷的化合物還未見(jiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種胺基烷基糖苷及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷具有較好的抑制性和抗溫性能。
本發(fā)明提供了一種胺基烷基糖苷，具有式I所示的結(jié)構(gòu)：
式I中，R1選自碳原子數(shù)為1～10的烷基；
R2選自氫或碳原子數(shù)為1～5的烷基。
優(yōu)選的，所述式I中，R1為甲基、乙基、丙基或丁基。
優(yōu)選的，所述式I中，R2為氫、甲基或乙基。
本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷中含有苯環(huán)和胺基，使其具有較好的抑制性能和抗高溫性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，質(zhì)量濃度為0.5％的本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷水溶液在180℃下的一次頁(yè)巖回收率＞97％，相對(duì)頁(yè)巖回收率＞99％；在240℃下的一次頁(yè)巖回收率＞94％，相對(duì)頁(yè)巖回收率＞98％。
此外，本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷還具有較好的潤(rùn)滑性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，質(zhì)量濃度為0.5％的本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷水溶液常溫下的極壓潤(rùn)滑系數(shù)＜0.1。
本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的胺基烷基糖苷的制備方法，包括：
將烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸催化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物，所述烷基糖苷具有式II所示的結(jié)構(gòu)：
式II中，R1選自碳原子數(shù)為1～10的烷基；
所述環(huán)氧烷類(lèi)化合物具有式III所示的結(jié)構(gòu)：
式III中，R2為氫或碳原子數(shù)為1～5的烷基；
將所述反應(yīng)產(chǎn)物和氯化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物；
將所述中間產(chǎn)物和間苯二胺進(jìn)行反應(yīng)，得到胺基烷基糖苷。
優(yōu)選的，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水、催化劑、氯化劑和間苯二胺的質(zhì)量比為(20～30):(10～20):(40～60):(2～6):(18～22):(5～10)。
優(yōu)選的，所述烷基糖苷為甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷或丁基糖苷。
優(yōu)選的，所述環(huán)氧烷類(lèi)化合物為環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷或環(huán)氧丁烷。
優(yōu)選的，所述酸性催化劑為硫酸、對(duì)甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸或磷鎢酸。
優(yōu)選的，所述氯化劑為氯化亞砜、硫酰氯、三氯化磷或五氯化磷。
本發(fā)明提供的方法制備得到的胺基烷基糖苷具有較好的抑制性能和抗溫性能。此外，本發(fā)明提供的方法制備得到的胺基烷基糖苷具有較好的潤(rùn)滑性能。另外，本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷的制備方法反應(yīng)條件溫和，制備工藝簡(jiǎn)單，以水作為溶劑，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)廢水、廢氣、廢渣排放。
本發(fā)明提供了一種胺基烷基糖苷在鉆井液中的應(yīng)用，所述胺基烷基糖苷為上述技術(shù)方案所述的胺基烷基糖苷，或上述技術(shù)方案所述的方法制備得到的胺基烷基糖苷。
在本發(fā)明中，所述胺基烷基糖苷具有較好的抑制性能、抗溫性能，還具有較好的潤(rùn)滑性能，這種胺基烷基糖苷可應(yīng)用于鉆井液中，提高鉆井液的抑制性性能、抗溫性能和潤(rùn)滑性能，添加了這種胺基烷基糖苷的鉆井液適用于深井、超深井中的地層溫度高的深層強(qiáng)水敏性泥頁(yè)巖、含泥巖等易坍塌地層的鉆井施工。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明提供了一種胺基烷基糖苷，具有式I所示的結(jié)構(gòu)：
式I中，R1選自碳原子數(shù)為1～10的烷基；
R2選自氫或碳原子數(shù)為1～5的烷基。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述式I中的R1為甲基、乙基、丙基或丁基。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述式I中的R2為氫、甲基或乙基。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述胺基烷基糖苷的數(shù)均分子量為540～700；在其他的實(shí)施例中，所述胺基烷基糖苷的數(shù)均分子量為600～650。本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷中帶有苯環(huán)和胺基，這種胺基烷基糖苷具有較好的抑制性和抗溫性能；而且本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷具有較好的潤(rùn)滑性能。
本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述胺基烷基糖苷的制備方法，包括：
將烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸催化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物，所述烷基糖苷具有式II所示的結(jié)構(gòu)：
所述環(huán)氧烷類(lèi)化合物具有式III所示的結(jié)構(gòu)：
式III中，R2為氫或碳原子數(shù)為1～5的烷基；
將所述反應(yīng)產(chǎn)物和氯化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物；
將所述中間產(chǎn)物和間苯二胺進(jìn)行反應(yīng)，得到胺基烷基糖苷。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸性催化劑反應(yīng)的溫度為95℃～110℃；在其他的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸性催化劑反應(yīng)的溫度為100℃～105℃。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸性催化劑反應(yīng)的時(shí)間為1小時(shí)～4小時(shí)；在其他的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸性催化劑反應(yīng)的時(shí)間為2小時(shí)～3小時(shí)。本發(fā)明可以在攪拌的條件下將烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸性催化劑進(jìn)行反應(yīng)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水和酸性催化劑反應(yīng)完成后，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物和氯化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物。在本 發(fā)明的實(shí)施例中，所述反應(yīng)產(chǎn)物和氯化劑反應(yīng)的溫度為85℃～100℃；在其他的實(shí)施例中，所述反應(yīng)產(chǎn)物和氯化劑反應(yīng)的溫度為90℃～95℃。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述反應(yīng)產(chǎn)物和氯化劑反應(yīng)的時(shí)間為1小時(shí)～2小時(shí)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以在攪拌的條件下將所述反應(yīng)產(chǎn)物和氯化劑進(jìn)行反應(yīng)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，得到中間產(chǎn)物后，將所述中間產(chǎn)物和間苯二胺進(jìn)行反應(yīng)，得到胺基烷基糖苷。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述中間產(chǎn)物和間苯二胺反應(yīng)的溫度為60℃～90℃；在其他的實(shí)施例中，所述中間產(chǎn)物和間苯二胺反應(yīng)的溫度為65℃～85℃；在另外的實(shí)施例中，所述中間產(chǎn)物和間苯二胺反應(yīng)的溫度為70℃～80℃。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述中間產(chǎn)物和間苯二胺反應(yīng)的時(shí)間為2小時(shí)～4小時(shí)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述中間產(chǎn)物和間苯二胺反應(yīng)完成后，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物降溫至室溫后干燥，得到胺基烷基糖苷。
在本發(fā)明中，所述烷基糖苷具有式II所示的結(jié)構(gòu)，式II中的R1與上述技術(shù)方案所述的R1一致，在此不再贅述。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述烷基糖苷可以甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷或丁基糖苷。在本發(fā)明中，所述環(huán)氧烷類(lèi)化合物具有式III所示的結(jié)構(gòu)，式III中的R2與上述技術(shù)方案所述的R2一致，在此不再贅述。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述環(huán)氧烷類(lèi)化合物可以為環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷或環(huán)氧丁烷。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述酸性催化劑可以為硫酸、對(duì)甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸或磷鎢酸。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述氯化劑可以為氯化亞砜、硫酰氯、三氯化磷或五氯化磷。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水、酸性催化劑、氯化劑和間苯二胺的質(zhì)量比為(20～30):(10～20):(40～60):(2～6):(18～22):(5～10)；在其他的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水、酸性催化劑、氯化劑和間苯二胺的質(zhì)量比為(22～28):(12～18):(45～55):(3～5):(19～21):(6～9)；在另外的實(shí)施例中，所述烷基糖苷、環(huán)氧烷類(lèi)化合物、水、酸性催化劑、氯化劑和間苯二胺的質(zhì)量比為(24～26):(14～16):(48～52):(3.5～4.5):20:(7～8)。
在本發(fā)明中，所述胺基烷基糖苷與上述技術(shù)方案所述的胺基烷基糖苷一致，在此不再贅述。
本發(fā)明提供的方法制備得到的胺基烷基糖苷具有較好的抑制性能和抗溫性能。此外，本發(fā)明提供的方法制備得到的胺基烷基糖苷具有較好的潤(rùn)滑性 能。另外，本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷的制備方法反應(yīng)條件溫和，制備工藝簡(jiǎn)單，以水作為溶劑，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)廢水、廢氣、廢渣排放。
本發(fā)明提供了一種胺基烷基糖苷在鉆井液中的應(yīng)用，所述胺基烷基糖苷為上述技術(shù)方案所述的胺基烷基糖苷，或上述技術(shù)方案所述的方法制備得到的胺基烷基糖苷。
在本發(fā)明中，所述胺基烷基糖苷與上述技術(shù)方案所述胺基烷基糖苷一致，在此不再贅述。在本發(fā)明中，所述胺基烷基糖苷具有較好的抑制性能、抗溫性能，還具有較好的潤(rùn)滑性能，這種胺基烷基糖苷可應(yīng)用于鉆井液中，將這種胺基烷基糖苷添加到鉆井液中能夠提高鉆井液的抑制性性能、抗溫性能和潤(rùn)滑性能，使鉆井液適用于深井、超深井中的地層溫度高的深層強(qiáng)水敏性泥頁(yè)巖、含泥巖等易坍塌地層的鉆井施工。
將本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷配制成質(zhì)量濃度為0.5％的胺基烷基糖苷水溶液，分別在180℃和240℃下高溫滾動(dòng)16小時(shí)，按照下述方法，測(cè)試其一次頁(yè)巖回收率和相對(duì)頁(yè)巖回收率：
將上述質(zhì)量濃度為0.5％的胺基烷基糖苷水溶液在7000轉(zhuǎn)/分的速度下高速攪拌5min后，倒入老化罐中備用；取2.0mm～5.0mm的巖屑于103℃下干燥4h，降至室溫；稱(chēng)取G0g巖屑放入老化罐與上述質(zhì)量濃度為0.5％的胺基烷基糖苷水溶液于180℃或240℃下滾動(dòng)16h，降溫后取出，用孔徑0.42mm篩回收巖屑，于103℃下干燥4h，降至室溫稱(chēng)量回收巖屑質(zhì)量記為G1；然后將已稱(chēng)過(guò)重的回收巖屑放入清水中于180℃或240℃下滾動(dòng)2h，降溫后取出，用孔徑0.42mm篩回收巖屑，于103℃下干燥4h，冷卻至室溫稱(chēng)量回收巖屑質(zhì)量，記為G2；按照下面的公式計(jì)算一次頁(yè)巖回收率、二次頁(yè)巖回收率和相對(duì)頁(yè)巖回收率：
一次頁(yè)巖回收率＝G1/G0×100％；
二次頁(yè)巖回收率＝G2/G0×100％；
相對(duì)頁(yè)巖回收率＝二次頁(yè)巖回收率/一次頁(yè)巖回收率×100％；
計(jì)算結(jié)果為，質(zhì)量濃度為0.5％的本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷水溶液在180℃下高溫滾動(dòng)16h，一次頁(yè)巖回收率＞97％，相對(duì)頁(yè)巖回收率＞99％；240℃下高溫滾動(dòng)16h，一次頁(yè)巖回收率＞94％，相對(duì)頁(yè)巖回收率＞98％。
按照下述方法，測(cè)試上述質(zhì)量濃度為0.5％的胺基烷基糖苷水溶液在室溫下的極壓潤(rùn)滑系數(shù)：
采用鄭州南北儀器設(shè)計(jì)有限公司提供的EP型號(hào)的極壓潤(rùn)滑儀，設(shè)定儀器在300r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)15min，然后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為60r/min；
將儀器中的滑塊浸入上述質(zhì)量濃度為0.5％的胺基烷基糖苷水溶液，調(diào)扭力扳手值為16.95N/m，儀器運(yùn)轉(zhuǎn)5min，讀出質(zhì)量濃度為0.5％的胺基烷基糖苷水溶液浸泡滑塊時(shí)儀器上顯示的數(shù)值，極壓潤(rùn)滑系數(shù)計(jì)算公式為：
上式中：K為極壓潤(rùn)滑系數(shù)；
X為質(zhì)量濃度為0.5％的本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷水溶液浸泡滑塊時(shí)儀器上顯示的數(shù)值。
測(cè)試結(jié)果為，質(zhì)量濃度為0.5％的本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷水溶液的極壓潤(rùn)滑系數(shù)＜0.1。
本發(fā)明以下實(shí)施例所用到的原料均為市售商品。
實(shí)施例1
將20g的甲基糖苷、10g的環(huán)氧乙烷、40g的水、20g的硫酸，加入帶有攪拌和冷凝裝置的四口燒瓶中，攪拌混合均勻，在95℃下反應(yīng)1h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
向所述反應(yīng)產(chǎn)物中加入18g的氯化亞砜，攪拌混合均勻，在85℃下反應(yīng)1h，得到中間產(chǎn)物；
向所述中間產(chǎn)物中加入5g的間苯二胺，在60℃下反應(yīng)2h，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物降至室溫，干燥除水，得到胺基甲基糖苷，收率為93.22％。
本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的胺基甲基糖苷具有式1所示的結(jié)構(gòu)：
式1中，R1為-CH3，R2為-H。
按照上述技術(shù)方案所述的方法，測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的胺基甲基糖苷在180℃和240℃下滾動(dòng)16小時(shí)的一次頁(yè)巖回收率、相對(duì)頁(yè)巖回收率以及常溫極壓潤(rùn)滑系數(shù)；測(cè)試結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例制備得到的胺基烷基糖苷的性能測(cè)試結(jié)果。
實(shí)施例2
將24g的乙基糖苷、14g的環(huán)氧丙烷、45g的水、3g的對(duì)甲苯磺酸，加入帶有攪拌和冷凝裝置的四口燒瓶中，攪拌混合均勻，在100℃下反應(yīng)2h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
向所述反應(yīng)產(chǎn)物中加入19g的硫酰氯，攪拌混合均勻，在90℃下反應(yīng)2h，得到中間產(chǎn)物；
向所述中間產(chǎn)物中加入6g的間苯二胺，在70℃下反應(yīng)3h，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物降至室溫，干燥除水，得到胺基乙基糖苷，收率為94.55％。
本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的胺基乙基糖苷具有式2所示的結(jié)構(gòu)：
式2中，R1為-C2H5，R2為-CH3。
按照上述技術(shù)方案所述的方法，測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的胺基乙基糖苷在180℃和240℃下滾動(dòng)16小時(shí)的一次頁(yè)巖回收率、相對(duì)頁(yè)巖回收率以及常溫極壓潤(rùn)滑系數(shù)；測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例3
將26g的丙基糖苷、16g的環(huán)氧丁烷、50g的水、4g的十二烷基苯磺酸，加入帶有攪拌和冷凝裝置的四口燒瓶中，攪拌混合均勻，在105℃下反應(yīng)3h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
向所述反應(yīng)產(chǎn)物中加入20g的三氯化磷，攪拌混合均勻，在95℃下反應(yīng)2h，得到中間產(chǎn)物；
向所述中間產(chǎn)物中加入8g的間苯二胺，在80℃下反應(yīng)4h，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物降至室溫，干燥除水，得到胺基丙基糖苷，收率為95.47％。
本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的胺基丙基糖苷具有式3所示的結(jié)構(gòu)：
式3中，R1為-C3H7，R2為-C2H5。
按照上述技術(shù)方案所述的方法，測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的胺基丙基糖苷在180℃和240℃下滾動(dòng)16小時(shí)的一次頁(yè)巖回收率、相對(duì)頁(yè)巖回收率以及常溫極壓潤(rùn)滑系數(shù)；測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例4
將28g的丁基糖苷、18g的環(huán)氧乙烷、55g的水、5g的氨基磺酸，加入帶有攪拌和冷凝裝置的四口燒瓶中，攪拌混合均勻，在110℃下反應(yīng)4h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
向所述反應(yīng)產(chǎn)物中加入21g的五氯化磷，攪拌混合均勻，在100℃下反應(yīng)2h，得到中間產(chǎn)物；
向所述中間產(chǎn)物中加入9g的間苯二胺，在90℃下反應(yīng)4h，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物降至室溫，干燥除水，得到胺基丁基糖苷，收率為95.78％。
本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的胺基丁基糖苷具有式4所示的結(jié)構(gòu)：
式4中，R1為-C4H9，R2為-H。
按照上述技術(shù)方案所述的方法，測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的胺基丁基糖苷在180℃和240℃下滾動(dòng)16小時(shí)的一次頁(yè)巖回收率、相對(duì)頁(yè)巖回收率以及常溫極壓潤(rùn)滑系數(shù)；測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例5
將30g的甲基糖苷、20g的環(huán)氧丙烷、60g的水、6g的磷鎢酸，加入帶有攪拌和冷凝裝置的四口燒瓶中，攪拌混合均勻，在110℃下反應(yīng)4h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
向所述反應(yīng)產(chǎn)物中加入22g的氯化亞砜，攪拌混合均勻，在100℃下反應(yīng)2h，得到中間產(chǎn)物；
向所述中間產(chǎn)物中加入10g的間苯二胺，在90℃下反應(yīng)4h，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物降至室溫，干燥除水，得到胺基甲基糖苷，收率為96.96％。
本發(fā)明實(shí)施例5制備得到的胺基甲基糖苷具有式5所示的結(jié)構(gòu)：
式5中，R1為-CH3，R2為-CH3。
按照上述技術(shù)方案所述的方法，測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例5制備得到的胺基甲基糖苷在180℃和240℃下滾動(dòng)16小時(shí)的一次頁(yè)巖回收率、相對(duì)頁(yè)巖回收率以及常溫極壓潤(rùn)滑系數(shù)；測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1 本發(fā)明實(shí)施例制備得到的胺基烷基糖苷的性能測(cè)試結(jié)果
由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種胺基烷基糖苷，具有式I所示的結(jié)構(gòu)；式I中，R1選自碳原子數(shù)為1～10的烷基；R2選自氫或碳原子數(shù)為1～5的 烷基。本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷中含有苯環(huán)和胺基，使其具有較好的抑制性能和抗高溫性能。此外，本發(fā)明提供的胺基烷基糖苷還具有較好的潤(rùn)滑性能。