[发明专利]N-烷基化三胺基星形超低分子抑制剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种N‑烷基化三胺基星形超低分子抑制剂的制备方法，该方法以三乙醇胺为原料，在溶液中对三乙醇胺依次进行氧化反应、胺化反应，从而获得终产物本发明工艺简单，成本低廉，条件温和，安全性好，且收率高，适于工业生产。本发明所制备的N‑烷基化三胺基星形超低分子抑制剂具有分子尺寸与结构精确可控、端基为伯胺基团且基团密度大的特点，对膨润土与泥页岩的水化造浆作用均有着较强的抑制性，在较低的加量下即可有效抑制水化膨胀，且具有较强的抗温性能，抗温可达220℃。

技术领域

本发明涉及一种在石油钻井过程中用于抑制膨润土水化造浆的N-烷基化三胺基星形超低分子抑制剂的制备方法。

背景技术

随着深部地层油气资源勘探开发力度的增大，钻井深度不断增加，钻遇蒙脱石或伊/蒙混层这样的水化膨胀型黏土矿物的概率随之上升，且大井深导致钻井液循环时间长，而深井中下部井段温度较高，受长期高温作用，钻井液体系中的抑制剂难以稳定抑制后者的水化膨胀与造浆，导致蠕变缩径与钻头泥包等不利井况频现，钻井作业难以顺利进行。

为抑制黏土矿物的造浆作用，通常向体系中添加低分子量的胺基插层抑制剂，当其水化后，可在化学势差作用下扩散并嵌入蒙脱石矿物层间域，抑制剂通过其胺基基团与蒙脱石晶层端面羟基所形成的氢键键合作用吸附在晶层表面，挤出层间吸附水并拉紧相邻晶层，进而抑制黏土矿物的水化造浆。与常用的线性超低分子多胺相比，具有多个支化臂的星形超低分子多胺由于各支化臂间的空间位阻效应，位于支化臂端基上的胺基呈彼此疏离态势，当其进入黏土矿物层间域后，各端胺基倾向于吸附在相邻的不同晶层上，阻滞后者因受水化作用而发生彼此分离的趋势，而线性低分子多胺在黏土晶层上的吸附形貌多为占用空间体积较小的环式与卧式，受吸附形貌影响，线性分子的胺基基团易全部吸附于同一晶层上，无法实现拉紧相邻晶层的锚固作用，其抑制效能受限，故采用星形低分子多胺可大幅增强抑制剂在晶层表面上的吸附性能，即便钻井液长期处于高温环境时，后者的吸附作用亦更为长效而稳固，抑制剂分子不易因受热而发生脱附，保证了其抑制效能。

以三胺基星形超低分子为例，目前的室内制备方法为对氨三乙酸进行相应改性，先后将其转化为氨三乙酸乙酯、氨三乙酸三酰胺后才能得到最终产物。氨三乙酸本身为具有强烈刺激性气味的易燃物，且其制备路线冗长，中间步骤繁琐，在将氨三乙酸三酰胺还原为最终的三氨乙基胺时，需借助特殊催化剂在高温高压条件下进行催化氢化，而欲在常压条件下进行反应则需借助易燃易爆的金属氢化物，如四氢铝锂等，不利于实验的安全进行。

因此开发一种工艺简便、条件温和、安全性好且产率更高的制备三氨乙基胺的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种N-烷基化三胺基星形超低分子抑制剂的制备方法。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案：

一种N-烷基化三胺基星形超低分子抑制剂的制备方法，包括步骤：

(1)边搅拌边向盐酸中加入三氧化铬，经混合获得溶液A，将溶液A冷却至0℃，在10min向溶液A内滴加吡啶，保持0℃反应2h～4h，获得PCC粗成品，对PCC粗成品进行干燥，即得纯净的PCC试剂；

(2)将PCC试剂完全溶解于有机溶剂a中获得溶液B，在室温搅拌条件下向溶液B中滴加溶液C，所述溶液C由三乙醇胺完全溶解于有机溶剂a获得；滴加完毕后反应3h～6h，得1,1,1-三乙醛基胺的混合液，经提纯获得1,1,1-三乙醛基胺；

(3)将甲酸铵与甲酸倒入过量有机溶剂b中，经搅拌获得溶液D；使溶液D升温至60℃～90℃，向溶液D内加入溶液E，所述溶液E为1,1,1-三乙醛基胺完全溶解于有机溶剂b获得；滴加完毕后升温至140℃～160℃反应4h～8h，得1,1,1-三氨乙基胺的混合液，经提纯得终产物

步骤(1)中，盐酸浓度为5mol/L～8mol/L。

步骤(1)中，盐酸中HCl和三氧化铬的摩尔比为1:(1～2)。