[發明專利]改性淀粉

在審

• 申請號: 201480045308.6
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN105452300A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 賈法爾·阿爾-哈克卡克;法迪爾·阿爾-哈克卡克;尼加爾·拉森
• 申請（專利權）人: 生物聚合物網絡有限公司
• 主分類號: C08B31/12
• 分類號: C08B31/12;C09K8/20
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

發明領域

本發明總體上涉及通過使淀粉交聯和羧烷基化而制備的改性淀粉產物。該改性淀粉能夠在與冷水水合時形成凝膠。

發明背景

鉆井液是諸如鉆探石油和天然氣的巖土工程的許多方面的主要組分。將液體鉆井液或鉆探泥漿添加至井眼以通過懸浮鉆屑、穩定暴露的巖石和提供浮力促進鉆井過程。鉆探泥漿提供液體靜壓以防止鉆井過程期間所形成的液體進入井眼。它們還在鉆孔期間冷卻鉆頭并攜帶鉆井巖屑。

通常，鉆探泥漿應具有足夠的粘度以防止鉆屑沉降在井眼底部。具有剪切稀化特性的液體為優選的。這允許發生鉆探時液體具有液體稠度，但當停止鉆探時，液體具有較高的固體稠度。

基于水的鉆探泥漿通常由諸如膨潤土的粘土以及像硫酸鋇、碳酸鈣或赤鐵礦的添加劑組成。

增稠劑也用于影響鉆探泥漿的粘度，例如，黃原膠或瓜爾膠、羧甲基纖維素或改性淀粉。

最佳的鉆探泥漿隨著特定的鉆探應用而變。隨著鉆探更深和鉆井更具挑戰性，需要更多的鉆探泥漿。另外，鉆探泥漿中使用的如天然樹膠的許多成分的價格迅速增加。因此，需要替代性鉆探泥漿和泥漿成分。本發明的目標至少在一定程度上滿足了該需求。

發明概述

包含淀粉、水和潤滑劑(如烯烴、酯和聚丁烯)的噴流蒸煮(jet-cooked)混合物的淀粉潤滑劑組合物已被用作鉆探泥漿中的組分。

發明人現已驚人地發現對淀粉進行某些改性會產生用于鉆探泥漿和許多其它應用的具有理想特性的產物。

在第一方面，本發明提供了在與冷水水合時形成凝膠的交聯的羧烷基淀粉。

在一個實施方案中，交聯的、羧烷基化的淀粉的相對粘度比天然淀粉的相對粘度大超過30倍；優選大超過40倍；更優選大超過100倍。

在一個實施方案中，交聯的、羧烷基化的淀粉的儲能模量G’比天然淀粉的G’大超過50倍；優選大超過75倍；更優選大超過100倍。在一個實施方案中，交聯的羧甲基化的淀粉的耗損模量G”比天然淀粉的G’大超過30倍；優選大超過40倍；更優選大超過50倍。

在一個實施方案中，交聯的羧烷基淀粉為羧甲基淀粉。

在第二方面，本發明提供了制備交聯的羧烷基淀粉的方法，所述交聯的羧烷基淀粉在與冷水水合時形成凝膠，所述方法包括下述步驟：

(a)將交聯劑添加至約pH值11.0至11.8的淀粉水懸液中；

(b)在約室溫下攪拌所述懸液直至發生交聯，其中所述懸液基本上不含抗凝膠化鹽；

(c)去除所述溶劑以產生包含約25wt％至約40wt％水的濕交聯的淀粉產物；

(d)將濕交聯的淀粉產物與C₁-C₃醇在pH值大于約11下混合，使得C₁-C₃醇與水的比例為約90:10v/v至約70:30v/v；

(e)將所述混合物與相對于所述淀粉約15wt％至約35％wt％的比例的一種或多種羧烷基化劑加熱至約50℃至約70℃，直至發生凝膠化；

(f)冷卻至室溫并中和所述溶液至約pH值6至7；

(g)從所述反應混合物中回收所述交聯的羧烷基淀粉產物；以及

(h)任選地，干燥所述產物以提供粉末。

在一個實施方案中，本發明的改性淀粉來源于選自馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、稻淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉、竹芋淀粉、甘薯淀粉、大麥淀粉、西米淀粉、莧菜淀粉、美人蕉淀粉、豌豆淀粉、燕麥淀粉、黑麥淀粉、黑小麥淀粉和高粱淀粉以及它們的低直鏈淀粉(蠟狀)和高直鏈淀粉變體的一種或多種淀粉。優選地，本發明的改性淀粉來源于馬鈴薯淀粉或木薯淀粉。

在一個實施方案中，相對于淀粉，添加約0.5wt％至2wt％的交聯劑。優選地，添加1.0wt％至1.5wt％的交聯劑。

在一個實施方案中，交聯劑選自三偏磷酸鈉(STMP)、三聚磷酸鈉(STPP)、表氯醇(EPI)以及它們的混合物。優選地，交聯劑為STMP或STMP和STPP的混合物。

在一個實施方案中，步驟(b)的交聯反應進行約1至7小時，優選約3至約6小時，更優選約5小時。

在一個實施方案中，羧烷基化劑為氯乙酸。

在一個實施方案中，濕交聯的淀粉產物與C₁-C₃醇在pH值大于12，優選pH值大于13下混合。

在一個實施方案中，在約55℃至約70℃，優選65℃加熱含有羧烷基化劑的混合物。