用于油基鉆井液的復(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)明設(shè)及一種用于油基鉆井液的復(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(kāi)采困難，世界各國(guó)紛紛加大了對(duì)深部地層油氣資源 勘探開(kāi)發(fā)的投入，開(kāi)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(guó)待探明 的油氣資源主要分布在塔里木、準(zhǔn)鳴爾、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(kāi)發(fā)技術(shù)已成為制約油 氣資源開(kāi)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(lái)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(lái)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(rùn)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% W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 W上的油包水鉆井液中水的含量一般在5~10%，很少超過(guò)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締酸硫酸錠和壬基酪聚氧乙締酸的混合 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 102031095 A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 乳化劑及氧化巧的存在才能達(dá)到應(yīng)用效果。油基鉆井液由于基液W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(zhǎng)碳鏈脂肪酸酷胺、長(zhǎng)碳鏈烷基苯橫酸巧、聚締控簇酸醋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)道了聚氧乙締烷基酪酸乙 酸鹽、雙尾鏈聚氧乙締橫酸鹽、烷基芳芐基聚氧乙締酸陰離子表活劑在強(qiáng)化采油方面的應(yīng) 用，但未設(shè)及到其在鉆井液乳化劑方面的用途。國(guó)內(nèi)油基鉆井液用乳化劑方面多依賴國(guó)外 產(chǎn)品，而且國(guó)內(nèi)配套的鉆井液體系也較少。 陽(yáng)〇化]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(kāi)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，W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(wèn)題，通過(guò)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(wèn)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)明所述的正是運(yùn)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(wèn)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(wèn)題，提供一種用于油基鉆井液的復(fù)合乳化劑。該用于油基鉆井液的復(fù)合 乳化劑具有良好的乳化性能及耐溫性能，含該類復(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(wèn)題之二是提供一種與解決技術(shù)問(wèn)題之一相對(duì)應(yīng)的用于 油基鉆井液的復(fù)合乳化劑的制備方法。
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之=是提供一種與解決技術(shù)問(wèn)題之一相對(duì)應(yīng)的用于 油基鉆井液的復(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(wèn)題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種用于油基鉆井液 的復(fù)合乳化劑，包括W下組分： W11] (1)主乳化劑，選自式訊所示結(jié)構(gòu)中的至少一種； 陽(yáng)〇1引 似輔助乳化劑，選自式（II )所示結(jié)構(gòu)中的至少一種；
[0013]
[0014] 陽(yáng)01引其中Ri為含C S~Cw脂肪控基，R 2為氨或者R 3C0，R3為Cs~C 3。脂肪控基，X = 1~ 10, y = 1~40, Z = 0~40化為C 7~C 25脂肪控基，M選自H、鋒、鐵、侶、堿金屬、堿±金 屬中的一種，當(dāng)M為H或堿金屬時(shí)，n = 1，當(dāng)M為堿±金屬時(shí)，n = 0. 5,當(dāng)M為鐵或侶時(shí)，n =1/3 ; W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。
[0016] 上述技術(shù)方案中，所述的Ri和Rs獨(dú)立選自C U~C 23的飽和或不飽和的控基、或 Cu~C 23的飽和控基和不飽和控基的混合控基。更優(yōu)選R 1和R 3獨(dú)立選自碳原子數(shù)為十一、 十=、十五、十屯、十九、二十一的飽和控或不飽和控基，或十一、十=、十五、十屯、十九、 二^ 的飽和控和不飽和控的混合控基。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Ra優(yōu)選為C。~C 23飽和控基或 不飽和控基；M優(yōu)選為H、鋒、或堿±金屬中的一種。
[0017] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑可進(jìn)一步最優(yōu)選自油酸、硬脂酸、棟桐酸、肉豆 違酸、月桂酸、油酸巧、硬脂酸巧中的一種或二種W上的混合物；W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: (2~20)。
[0018] 上述技術(shù)方案中，所述主乳化劑可W進(jìn)一步優(yōu)選自（I)所示結(jié)構(gòu)中的兩種W上的 混合物，可起到較好的協(xié)同作用。
[0019] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑可W進(jìn)一步優(yōu)選自（II )所示結(jié)構(gòu)中的兩種W 上的混合物，可起到較好的協(xié)同作用。
[0020] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題之二，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種用于油基鉆井液 的乳化劑的制備方法，包括W下步驟：
[0021] (a) RiCONH (邸2) XNR2CH2CH2OH (即脂肪酷基徑乙基二胺）的制備 陽(yáng)0巧在堿性催化劑存在下RiCOOCHs (即脂肪酸甲醋）與畑2 (邸2) X畑邸2邸2地（即徑乙基 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)選減壓蒸饋除去未反應(yīng)的原 料和生成的甲醇得到所述脂肪酷基徑乙基二胺。其中，脂肪酸甲醋與徑乙基二胺的摩爾比 為優(yōu)選1:0. 1~6。所述催化劑用量?jī)?yōu)選占脂肪酸甲醋質(zhì)量的0.0 l~10%。 陽(yáng)〇2引 化)RiCONH (邸2) xNRz (邸2邸2〇) y- (CHzC肥&0) zH (即脂肪酷基二胺聚氧締酸）的制 備：
[0024] 在堿性催化劑存在下，步驟（a)所合成的脂肪酷基徑乙基二胺與所需的環(huán)氧乙燒 或環(huán)氧丙烷進(jìn)行反應(yīng)得到所述的肪酷基二胺聚氧締酸。催化劑用量?jī)?yōu)選為脂肪酷基徑乙基 二胺質(zhì)量的0.5~6.0% ;
[0025] (C)用于油基鉆井液的復(fù)合乳化劑的制備
[0026] 將步驟（a)得到的所述脂肪酷基徑乙基二胺和/或步驟化）得到的所述的肪酷基 二胺聚氧締酸與所述輔助乳化劑，按所述比例混合均勻，得到所述用于油基鉆井液的復(fù)合 乳化劑。
[0027] 上述技術(shù)方案中，a)步驟中的反應(yīng)溫度優(yōu)選范圍為100~200°C，更優(yōu)選為120~ 180°C ;催化劑優(yōu)選為堿金屬氨氧化物、堿±金屬氨氧化物中的至少一種，更優(yōu)選為氨氧 化鐘、氨氧化鋼，進(jìn)一步優(yōu)選為氨氧化鐘，用量?jī)?yōu)選為占脂肪酸甲醋類單體質(zhì)量的0. 5~ 5. 0% ;脂肪酸甲醋與徑乙基二胺的摩爾比優(yōu)選為1~2:1 ;反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為6~16小時(shí)。
[0028] 上述技術(shù)方案中，b)步驟中的堿性催化劑優(yōu)選為堿±金屬氧化物、堿±