[发明专利]一种双季铵盐化合物及其在固相化学清洁剂中的应用

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井领域，具体涉及一种双季铵盐化合物及其在固相化学清洁剂中的应用。

背景技术

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。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、摩阻系数增大以及引起井下复杂情况发生等问题。

目前常用的钻井液固相控制方法是通过在钻井液中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，以利于机械排除或自然消除。但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，势必增加机械排除的困难，导致固相清除效率降低。此外，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，即目前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，尚不足以较好地实现固相控制。

中国专利CN200710180496.5公开了一种钻井液用固相化学清洁剂的制备方法，采用该方法生产的钻井液固相化学清洁剂产品已经普遍应用，并见到了初步的效果，取得了显著的经济和社会效益。

本发明希望提供一种双季铵盐化合物和一种在固相化学清洁剂中能够起到絮凝和抑制双重作用的中间体以及抑制性能较好、清除钻井液中有害固相效率更高的固相化学清洁剂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种结构式如通式(Ⅰ)所示的双季铵盐化合物，其分子结构中不仅含有双季铵基，而且含有酰胺基和环氧基等活性基团。其中，双季铵基的正电性较强，具有很好的电中和能力，它使得所述双季铵盐化合物具有较好的絮凝性能；酰胺基是非离子性的活性基团，它使得所述双季铵盐化合物可与许多物质通过亲和或吸附作用形成氢键，从而可使固相颗粒连接在一起生成絮团；环氧基则是分子结构中的又一活性基团，它可以进一步提高所述双季铵盐化合物的抑制性能。

本发明的又一目的在于提供一种用于制备固相化学清洁剂的中间体，其结构式如通式(Ⅰ)所示。所述中间体分子结构中的双季铵基能够吸附钻井液中的固相微粒以压缩双电层使微粒脱稳；酰胺基能在吸附的固相颗粒之间架桥，加速钻井液中的固相颗粒下沉；环氧基对钻进液具有很好的抑制作用，因此，所述中间体在固相化学清洁剂中能够起到絮凝和抑制的双重作用，提高固相化学清洁剂的清洁性能。

本发明的又一目的在于提供一种包含至少一种所述中间体的固相化学清洁剂。所述中间体与铵盐、铝盐和硅酸盐复配形成的无机有机复合固相化学清洁剂对钻井液中的有害固相清除效率更高，且不破坏钻井液的胶体稳定性能，在有效剂量范围内对钻井液的滤失量和流变性影响小，可实现低固相快速钻井，满足不同水基钻井液体系的需要。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种双季铵盐化合物，其具有如通式(Ⅰ)所示的结构式：

通式(Ⅰ)中，R₁和R₂相同或不同，独立地选自C₁～C₁₂烷基；X为卤素原子；n和m相同或不同，独立地选自1～6的整数。

根据本发明的一个具体实施例，通式(Ⅰ)中，所述R₁和R₂相同或不同，独立地选自C₁～C₆烷基，其中C₁～C₄烷基是特别优选的。

根据本发明的一个具体实施例，通式(Ⅰ)中，所述n和m相同或不同，独立地选自1～3的整数，如1、2或3，其中m和n均为1是特别优选的。

本发明所述双季铵盐化合物可以通过下述方法制备得到，该方法包括如下步骤：

a)将水和丙烯酰胺在反应釜中完全溶解，然后向其中加入二烷基胺基烷基胺进行反应；

b)待步骤a的反应完成后，向其中加入催化剂和环氧卤代烷烃继续进行反应；

c)待步骤b的反应完成后，对反应产物进行烘干、粉碎，即可得到所述双季铵盐化合物。

根据本发明的一个具体实施例，在所述双季铵盐化合物的制备方法中，步骤a中所述二烷基胺基烷基胺可以是本领域技术人员所熟知的。可用作本发明所述的二烷基胺基烷基胺的实例包括但不限于：二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、二丁胺基丙胺和二甲胺基正丁胺中的一种或多种。