油基鉆井液用復(fù)合乳化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油基鉆井液用復(fù)合乳化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油儲(chǔ)量的不斷減少且開采困難，世界各國紛紛加大了對(duì)深部地層油氣資源 勘探開發(fā)的投入，開發(fā)新的油藏已經(jīng)成為當(dāng)今各大石油公司發(fā)展的迫切要求。我國待探明 的油氣資源主要分布在塔里木、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、吐哈、四川等盆地，其資源量的73%埋藏在 深層，且地下條件異常復(fù)雜，因此深井和超深井油氣鉆探及配套的開發(fā)技術(shù)已成為制約油 氣資源開發(fā)的關(guān)鍵因素。隨著地層深度的增加，深井、超深井的地層溫度也會(huì)越來越高，地 層的高溫環(huán)境給鉆井液能否維持穩(wěn)定的性能帶來了極大的挑戰(zhàn)。
[0003] 鉆井液作為鉆井工程的重要組成部分，其性能直接關(guān)系到深井、超深井的鉆井質(zhì) 量、鉆井成本和鉆井周期。相對(duì)于水基鉆井液，油基鉆井液具有較強(qiáng)的防塌抑制性、潤滑性 和良好的儲(chǔ)層保護(hù)性能，尤其可滿足強(qiáng)水敏及高溫、超高溫地層，或者需要鉆大位移特殊井 及海上水平井等特殊轉(zhuǎn)鉆井需要。油基鉆井液，又稱油包水鉆井液，是由油、水、乳化劑、降 濾失劑、活度平衡劑、流型調(diào)節(jié)劑等組成。通常使用的油包水鉆井液含水量在5~30%之 間（含水量在5%以內(nèi)的一般叫做全油基鉆井液，不稱為油包水鉆井液），但抗高溫達(dá)180°C 以上的油包水鉆井液中水的含量一般在5~10%，很少超過15%。水的含量增大，攜屑性、 降濾失性和懸浮性、流變性都變好，但熱穩(wěn)定性和電穩(wěn)定性都變差，如CN1660958報(bào)道了一 種合成基鉆井液，使用的主乳化劑為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸銨和壬基酚聚氧乙烯醚的混合 物，盡管在150°C老化16小時(shí)后仍有良好的流變性和破乳電壓，水含量最高為25%。專利 CN 102031095A申請(qǐng)公布了一種高溫油包水鉆井液，雖然耐溫能到240°C，但其須借助輔助 乳化劑及氧化鈣的存在才能達(dá)到應(yīng)用效果。油基鉆井液由于基液以油為主，因此價(jià)格昂貴， 成本高，全油基鉆井液更是如此，如CN101215461報(bào)道了一種全油合成基鉆井液，使用的乳 化劑為長碳鏈脂肪酸酰胺、長碳鏈烷基苯磺酸鈣、聚烯烴羧酸酯中的一種或多種的混合物， 盡管具有低毒、環(huán)保、對(duì)儲(chǔ)層傷害小等優(yōu)點(diǎn)，但其制備成本高，限制了其推廣使用。
[0004] 目前市場(chǎng)上提供用作油基鉆井液乳化劑的品種較少，而報(bào)道用于強(qiáng)化采油用的乳 化劑品種相對(duì)較多，如US4485873、US4545912、CN100531884等報(bào)道了聚氧乙烯烷基酚醚乙 酸鹽、雙尾鏈聚氧乙烯磺酸鹽、烷基芳芐基聚氧乙烯醚陰離子表活劑在強(qiáng)化采油方面的應(yīng) 用，但未涉及到其在鉆井液乳化劑方面的用途。國內(nèi)油基鉆井液用乳化劑方面多依賴國外 產(chǎn)品，而且國內(nèi)配套的鉆井液體系也較少。
[0005] 油基鉆井液由于受到成本、環(huán)保要求的限制一直發(fā)展比較緩慢，應(yīng)用的區(qū)塊也較 少，隨著現(xiàn)有油田儲(chǔ)量日益下降，并且新探區(qū)的開采會(huì)遇到各種復(fù)雜地層及環(huán)境，急需進(jìn)行 滿足制備穩(wěn)定高效油基鉆井液用乳化劑的研究，以解決油基鉆井液乳化劑品種少，乳化性 能差，不耐鹽、不耐溫的問題，通過提高油基鉆井液中水的比例達(dá)到降低油基鉆井液的成本 問題，為廣泛應(yīng)用油基鉆井液作業(yè)提供技術(shù)支撐。
[0006] 本發(fā)明所述的正是這種高含水量情況下，適合于制備穩(wěn)定高效油基鉆井液用的復(fù) 合乳化劑及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是現(xiàn)有技術(shù)中油基鉆井液乳化劑品種少，乳化性 能、耐溫性能差的問題，提供一種油基鉆井液用復(fù)合乳化劑。該油基鉆井液用復(fù)合乳化劑具 有良好的乳化性能及耐溫性能，含該類油基鉆井液用復(fù)合乳化劑的油基鉆井液可滿足油田 中強(qiáng)水敏、高溫地層及大位移特殊鉆井、海上水平井鉆井等特殊需要。
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種與解決技術(shù)問題之一相對(duì)應(yīng)的油基 鉆井液用復(fù)合乳化劑的制備方法。
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之三是提供一種與解決技術(shù)問題之一相對(duì)應(yīng)的油基 鉆井液用復(fù)合乳化劑在油基鉆井液中的應(yīng)用。
[0010] 為了解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種油基鉆井液用復(fù) 合乳化劑，包括以下組分：
[0011] (1)主乳化劑，選自式（I)所示結(jié)構(gòu)中的至少一種；
[0012] (2)輔助乳化劑，選自多元醇型非離子表面活性劑中的至少一種；
[0013]
[0014] 其中札為含Cs~C3。飽和或不飽和烴基，R2為氫或者R 3C0, R3為cs~c3。飽和或 不飽和的經(jīng)基，X = 1~10, y = 1~40, z = 0~40 ;以質(zhì)量計(jì)，所述主乳化劑與輔助乳化 劑的比例滿足0 <輔助乳化劑：主乳化劑< 1。
[0015] 上述技術(shù)方案中，所述的札和私獨(dú)立選自Cn~C23的飽和或不飽和的烴基、或 Cn~C23的飽和烴基和不飽和烴基的混合烴基。更優(yōu)選札和R3獨(dú)立選自碳原子數(shù)為十一、 十三、十五、十七、十九、二十一的飽和烴或不飽和烴基，或十一、十三、十五、十七、十九、 二^ 的飽和經(jīng)和不飽和經(jīng)的混合經(jīng)基。優(yōu)選X為2~6, y為1~20, z為0~30 ;進(jìn)一 步優(yōu)選X為2或3, y為1~10 ;更優(yōu)選z為0~20。所述多元醇型非離子表面活性劑選 自多羥基化合物與高碳脂肪酸或高碳脂肪酸酯反應(yīng)形成的酯；所述多羥基化合物指的是羥 基數(shù)量為兩個(gè)以上的多元醇，所述多羥基化合物選自C 2~Q。的多元醇或C2~Q。的多元醇 酐，更優(yōu)選為乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、丁烯二醇、、丁三醇、丁四醇、山梨醇、山梨醇 酐中的至少一種；所述高碳脂肪酸優(yōu)選自C 12~C24的脂肪酸，更優(yōu)選為月桂酸、肉豆蘧酸、 棕櫚酸、棕櫚烯酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸中的一種或兩種以上的混合物，所述高碳 脂肪酸酯優(yōu)選自月桂酸甲酯、肉豆蘧酸甲酯、棕櫚酸甲酯、棕櫚烯酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸 甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯中的一種或兩種以上的混合物。
[0016] 上述技術(shù)方案中，所述多元醇型非離子表面活性劑可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知 的公知常識(shí)，由所述多羥基化合物與高碳脂肪酸通過酯化反應(yīng)得到，或者由所述多羥基化 合物與高碳脂肪酸酯通過酯交換反應(yīng)得到。
[0017] 上述技術(shù)方案中，所述脂肪酸甲酯可以來源于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的各種植物 油酯，例如但不限定大豆油、棕櫚油、肉豆蘧油、菜籽油等，以及人工提煉的生物柴油等。
[0018] 上述技術(shù)方案中，所述主乳化劑可以進(jìn)一步優(yōu)選自（I)所示結(jié)構(gòu)中的兩種以上的 混合物。
[0019] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑可以進(jìn)一步優(yōu)選自多元醇型非離子表面活性劑 中的兩種以上的混合物。
[0020] 上述技術(shù)方案中，以質(zhì)量計(jì)，所述主乳化劑與輔助乳化劑的比例最優(yōu)選為輔助乳 化劑：主乳化劑=1: (1~10)。
[0021] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑可進(jìn)一步最優(yōu)選自司盤-20、司盤-60、司 盤-80、司盤-85、乙二醇單脂肪酸酯、乙二醇二脂肪酸酯中的一種或兩種以上的混合物。
[0022] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑的制備方法可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任 意一種，可以是此前文獻(xiàn)公開的公知的制備方法中的一種。
[0023] 為解決上述技術(shù)問題之二，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0024] -種油基鉆井液用乳化劑的制備方法，包括以下步驟：
[0025] (a)郵0順(〇12) xNR2CH2CH20H (即脂肪?；u乙基二胺）的制備
[0026] 在堿性催化劑存在下&C00CH3 (即脂肪酸甲酯）與NH2 (CH2) xNHCH2CH20H (即羥乙基 二胺）在80~220°C的溫度下反應(yīng)2~24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后優(yōu)選減壓蒸餾除去未反應(yīng)的原 料和生成的甲醇得到所述脂肪?；u乙基二胺。其中，脂肪酸甲酯與羥乙基二胺的摩爾比 為優(yōu)選1:0. 1~6。所述催化劑用量優(yōu)選占脂肪酸甲酯質(zhì)量的0. 01~10%。
[0027] (b) &C0NH(CH2) xNR2(CH2CH20)y_(CH2CHCH 30) ZH(即脂肪酰基二胺聚氧烯醚）的制 備：
[0028] 在堿性催化劑存在下，步驟（a)所合成的脂肪酰基羥乙基二胺與所需的環(huán)氧乙烷 或環(huán)氧丙烷進(jìn)行反應(yīng)得到所述的肪?；肪垩跸┟?。催化劑用量優(yōu)選為脂肪?；u乙基 二胺質(zhì)量的0.5~6.0% ;
[0029] (c)油基鉆井液用復(fù)合乳化劑的制備
[0030] 將步驟（a)得到