催化剂对合成阳离子烷基糖苷的影响

【作者】 司西强； 王中华； 魏军； 邱正松；

【机构】 中国石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院； 中国石油大学(华东)石油工程学院；

【摘要】 烷基糖苷(APG)应用到钻井液中虽然性能优良,但其加入量大,成本较高,分子抗温性相对较差,抑制性有待提高,限制了其在钻井液中的应用。故针对烷基糖苷的缺陷,通过分子设计,合成了性能优于烷基糖苷的阳离子烷基糖苷(CAPG),通过引入季铵阳离子基团来提高抑制性和抗温性,减小加入量,降低成本。阳离子烷基糖苷兼具烷基糖苷和季铵盐的双重性能,是一类具有广泛用途的化学品。将阳离子烷基糖苷引入钻井液将是钻井液发展史上的一个突破和进步,对钻井液体系的发展具有重要意义。考察了阳离子烷基糖苷合成过程中醚化反应催化剂种类、催化剂用量、催化剂复配效果和季铵化反应酸碱环境等对合成产品抑制性能的影响。得到了优选的催化剂种类和用量及催化剂的复配体系,确定了季铵化反应的pH。将烷基糖苷先醚化、再季铵化合成了阳离子烷基糖苷。具体制备方法:(1)将环氧氯丙烷、去离子水和催化剂按一定配比在一定温度下水解一定时间,得到3-氯-1,2-丙二醇水溶液,除水得到3-氯-1,2-丙二醇;(2)将3-氯-1,2-丙二醇与烷基糖苷按一定配比在一定温度下发生醚化反应,得到氯代醇烷基糖苷;(3)将(2)中反应物降至室温后,调pH至6~13(考察反应酸碱环境之前,pH均调为9),再与烷基叔胺发生季铵化反应,即得到阳离子烷基糖苷产品。得到的阳离子烷基糖苷产品为淡黄色粘稠状液体。考察了催化剂种类对合成阳离子烷基糖苷产品抑制性能的影响,结果见表1。根据实验结果,选对甲苯磺酸作为合成阳离子烷基糖苷的催化剂,可考虑将对甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸复配来进一步提高页岩一次回收率,并保持较高的页岩相对回收率。考察了催化剂加量对合成产品抑制性的影响。结果见图1。根据图1实验结果,确定对甲苯磺酸的最佳用量为烷基糖苷质量的3.0%。考察了对甲苯磺酸与十二烷基苯磺酸的复配效果,结果见表2。由表2可知,确定催化剂的组成为对甲苯磺酸与十二烷基苯磺酸按质量比1:1复配,总量为烷基糖苷质量的3%。对阳离子烷基糖苷合成过程中季铵化反应的酸碱环境进行了考察,结果见表3。由表3可知,优选李铵化反应的pH为9。最终优选催化剂为对甲苯磺酸,最佳加入量为3%;对甲苯磺酸与十二烷基苯磺酸按质量比1:1复配,季铵化反应前,调pH至9时,页岩一次回收率和相对回收率最高,分别为98.58%和99.48%。更多还原