一種油基鉆井液用乳化劑及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明的目的是提供一種油基鉆井液用乳化劑，所述乳化劑選自廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油脂的酰胺化物中的任意兩種或三種。所述廢棄油脂的皂化物通過廢棄油脂與堿反應得到，所述廢棄油脂的酰胺化物通過廢棄油脂與有機胺在堿的催化條件下反應得到。本發明還提供所述乳化劑的制備方法及其在油基鉆井液中的應用。所述乳化劑具有良好的乳化效果。生物毒性低，不僅可以大幅度降低油基鉆井液乳化劑的成本，而且實現了廢棄油脂的變廢為寶，降低了廢棄油脂對環境的污染，利于環境保護。
【專利說明】一種油基鉆井液用乳化劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明提供了一種油基鉆井液用乳化劑以及所述鉆井液的制備方法和應用，屬于 石油鉆井用油基鉆井液領域。
【背景技術】
[0002] 油基鉆井液具有抑制性強、潤滑性優異、利于井壁穩定和油氣層保護等眾多優點， 是鉆井領域應對復雜地層的有效手段，得到廣泛應用。通常油基鉆井液體系又稱為油包水 鉆井液或逆乳化鉆井液。油基鉆井液體系是依靠乳化劑將分散相（水相）均勻分散于連續 相（油相）中，因此又稱為逆乳化體系。通常乳化劑性能的優劣直接決定了逆乳化體系的 穩定性能。目前，用于油基鉆井液的乳化劑主要包括司盤、吐溫、環烷酸酰胺等非離子類表 面活性劑和硬脂酸鈣、油酸鈣、環烷酸鐵等陰離子類表面活性劑以及高分子聚酰胺、聚醚類 表面活性劑，上述乳化劑的合理復配具有較好的乳化效果，但存在成本高昂的不足。上述材 料在油基鉆井液中的大量應用大幅度拉高了油基鉆井液的成本，限制了油基鉆井液的推廣 和使用。
【發明內容】
[0003] 本發明利用各種油腳或地溝油等廢棄油脂為原料，通過合理的路線和溫和的反應 條件，制備低成本高效的油基鉆井液用乳化劑，不僅大幅度降低油基鉆井液乳化劑的成本， 而且實現了廢棄油脂的變廢為寶，降低了廢棄油脂對環境的污染。為廢棄油脂的再利用和 油脂資源的可持續發展提供一條有效的道路，極具經濟意義和社會意義。
[0004] 因此，本發明的目的之一是提供一種油基鉆井液用乳化劑。
[0005] 本發明的又一目的是提供所述乳化劑的制備方法。
[0006] 本發明的再一目的是提供所述乳化劑在油基鉆井液中的應用。
[0007] 本發明所述的油基鉆井液用乳化劑選自廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油脂 的酰胺化物中的任意兩種或三種。
[0008] 在本發明的一個實施例中，所述廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油脂的酰胺 化物的重量比為100:0?300:0?100,優選為100:100?150:10?30。
[0009] 具體的，所述廢棄油脂選自煉制植物油的油腳、煉制動物油的油腳、地溝油、泔水 油和潲水油中的至少一種。
[0010] 所述廢棄油脂的皂化物通過廢棄油脂與堿反應得到。在本發明的一個具體實施例 中，皂化反應為按重量份數計，將100份廢棄油脂與10?100份堿加熱至60?200°C，在攪 拌條件下反應1?8小時，冷卻即可制得廢棄油脂的皂化物。
[0011] 所述廢棄油脂的酰胺化物通過廢棄油脂與有機胺在堿的催化條件下反應得到。在 本發明的一個具體實施例中，酰胺化反應為按重量份數計，將100份廢棄油脂與10?100 份有機胺和5?50份堿加熱至80?180°C，在攪拌條件下反應2?8小時，冷卻即可制得 廢棄油脂的酰胺化物。
[0012] 在上述酰胺化反應中，所述有機胺選自1)-3)表示的化合物中的任何一種：
[0013] 1) H〇-C2H4-NH2、NH (-C2H4-〇H) 2 和 N (_C2H4-〇H) 3 中的至少一種；
[0014] 2) Ri-HN-馬，其中札選自Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽 和烴基、C 3-C2(l的環烷基、C6-C2(l的烷芳基、碳原子數為6-20的取代或未取代的芳烷基；R 2 選自氫、Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽和烴基、C3-C 2(l的環烷基、 C6-C2(l的烷芳基、C6-C2(l的取代或未取代的芳烷基；優選&為的直鏈或支鏈飽和烴基， R2為氫或的直鏈或支鏈飽和烴基。
[0015] 3) H2N-R3- (NH-CnH2n)m-NH2，其中R 3選自Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、c2-c3(l的直 鏈或支鏈不飽和烴基、c 3-c2(l的環烷基、c6-c2(l的烷芳基、c 6-c2(l的取代或未取代的芳烷基，η 為1-6的整數，m為0-20的整數，優選R3為的直鏈或支鏈飽和烴基，η為1-3的整數， m為0-5的整數。
[0016] 所述皂化反應和酰胺化反應中使用的堿選自氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧 化鉀、氧化鈣、氧化鈉和氧化鉀中的至少一種。
[0017] 本發明還提供所述乳化劑的制備方法，包括將所述廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物 和廢棄油脂的酰胺化物中的任意兩種或三種混合，在10000-15000rpm的轉速下攪拌2-4h， 混合均勻即得到所述乳化劑。
[0018] 本發明進一步提供了所述乳化劑在油基鉆井液中的應用。具體地，在油基鉆井液 中使用2?8重量％的本發明的乳化劑。所述油基鉆井液中的基礎油選自柴油、白油、α-長 鏈烯烴、長鏈酯和氣制油中的至少一種。鉆井液中還優選含有鹽水，在多數情況下，采用鈉、 鈣和/或鎂鹽水。鉆井液中也可含有諸如有機粘土、乳化劑、pH值調節劑、加重劑和降濾濕 劑等組分，這些組分是本領域技術人員所熟知的。
[0019] 本發明的乳化劑是高活性的，據信在所有或幾乎所有已知的用于油基鉆井液體系 中都有效。本發明的乳化劑也可賦予鉆井液更高的粘度，因而優選在加入任何加重劑之前 加入到基礎鉆井液中。
[0020] 發明的效果
[0021] 本發明利用廢棄油脂為主要原料制備得到的低成本油基鉆井液用乳化劑，實現了 廢棄油脂的變廢為寶，降低了廢棄油脂的無序排放導致的環境污染；而且，所述廢棄油脂來 源于自然界的動植物，生物毒性低，因此由其制備的乳化劑具有較好的生物降解特性，可以 用于環境敏感地區的鉆井液技術施工，利于環境保護。
[0022] 將所述乳化劑應用于柴油、白油、α -長鏈烯烴、長鏈酯和氣制油中的至少一種作 為基礎油的油基鉆井液體系具有良好的乳化效果。且原材料來源廣泛、成本低，因此可以大 幅降低油基鉆井液乳化劑的成本。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不僅限于下述實施例。
[0024] 注：除特殊說明外，實施例中的"份"均為重量份。
[0025](一）乳化劑的制備
[0026] (1)實施例中使用的廢棄油脂為菜籽油渣（張北喜香植物油購銷有限公司生產）、 動物油腳（河北佳潔油脂有限公司生產）和餐廳泔水油（自行在單位餐廳收集）。
[0027] (2)實施例中使用的廢棄油脂的皂化物按如下操作進行制備：
[0028] ①將100份菜籽油渣與100份氧化鈣與氫氧化鈣的混合物（二者重量比為3:1) 加熱至65°C，在攪拌條件下反應8小時，冷卻即可制得菜籽油脂的皂化物。
[0029] ②將100份動物油腳與10份氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物（二者重量比為1:1) 加熱至190°C，在攪拌條件下反應1小時，冷卻即可制得動物油腳的皂化物。
[0030] ③將100份餐廳泔水油與50份氧化鈣加熱至100°C，在攪拌條件下反應4小時，冷 卻即可制得泔水油的皂化物。
[0031] (3)實施例中使用的廢棄油脂的酰胺化物按如下操作進行制備：
[0032] ①將100份菜籽油渣與10份H0-C2H4_NH 2、5份氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物（二 者重量比為1:1)加熱至80°C，在攪拌條件下反應8小時，冷卻即可制得菜籽油脂的酰胺化 物。
[0033] ②將100份動物油腳與100份N-甲基正丙胺、50份氧化鈣和氫氧化鋰的混合物 (二者重量比為1:4)加熱至180°C，在攪拌條件下反應2小時，冷卻即可制得動物油腳的酰 胺化物。
[0034] ③將100份餐廳泔水油與40份化學式為H2N-C2H 4-NH-C2H4-NH2的有機胺、25份氧 化鈣加熱至100°c，在攪拌條件下反應6小時，冷卻即可制得泔水油脂的酰胺化物。
[0035] (4)按如下重量份將所述廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物、廢棄油脂的酰胺化物加入 到混合反應器中，均勻攪拌3h混合均勻，得到乳化劑，作為實施例1-6。將單一組分以及常 用的油基鉆井液乳化劑SP-80作為對比例1-4。其中：
[0036] 對比例 1 :SP_80 ;
[0037] 對比例2 :菜籽油渣；
[0038] 對比例3 :動物油腳的皂化物；
[0039] 對比例4 :泔水油脂的酰胺化物；
[0040] 實施例1 :菜籽油渣：菜籽油脂的皂化物：菜籽油脂的酰胺化物的重量比為 100:200:50 ；
[0041] 實施例2 :動物油腳：動物油腳的皂化物：動物油腳的酰胺化物的重量比為 100:25:25 ；
[0042] 實施例3 :餐廳泔水油：泔水油脂的皂化物：泔水油脂的酰胺化物的重量比為 100:125:20 ；
[0043] 實施例4 :菜籽油渣：動物油腳的酰胺化物的重量比為100:50 ;
[0044] 實施例5 :動物油腳的皂化物：財水油脂的酰胺化物的重量比為100:20 ;
[0045] 實施例6 :餐廳泔水油：菜籽油脂的皂化物的重量比為100:100。
[0046] (二）油基鉆井液的制備
[0047] 為了有效評價本發明乳化劑的效果，采用如下配方配置油基鉆井液，其組成為： 100份基礎油（柴油、白油、α -長鏈烯烴、長鏈酯、氣制油中的任意一種）、33份質量濃度為 25%的CaCl2水溶液、5份實施例/對比例制備得到的乳化劑、3份Ca0、4份有機土、4份氧 化浙青。
[0048] 所述油基鉆井液的制備步驟為：首先在攪拌杯中放入基礎油，在12000rpm的轉速 下加入乳化劑攪拌l〇min，其次加入CaCl 2水溶液攪拌40min ;然后依次加入有機土、氧化隹丐 和氧化浙青，每種材料加入后攪拌20min，所有材料加完后再攪拌30min，即可獲得油基鉆 井液。
[0049](三）油基鉆井液性能測定
[0050] 參照GB/T16782-1997測定加入不同乳化劑配制的油基鉆井液在80?200°C高溫 老化16h前后的破乳電壓（ES)、塑性粘度（PV)、動切力（YP)和高溫高壓FL HTHP等性能指標， 結果見表1。
[0051] 表1不同乳化劑的油基鉆井液體系性能
[0052]
【權利要求】
1. 一種油基鉆井液用乳化劑，所述乳化劑選自廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油 脂的酰胺化物中的任意兩種或三種。
2. 根據權利要求1所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂選自煉制植物油的油腳、 煉制動物油的油腳、地溝油、泔水油和潲水油中的至少一種。
3. 根據權利要求1所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂的皂化物通過廢棄油脂 與堿反應得到，優選阜化反應為按重量份數計，將100份廢棄油脂與10?100份堿加熱至 60?200°C，在攪拌條件下反應1?8小時，冷卻即可制得廢棄油脂的皂化物。
4. 根據權利要求1所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂的酰胺化物通過廢棄油 脂與有機胺在堿的催化條件下反應得到，優選酰胺化反應為按重量份數計，將100份廢棄 油脂與10?100份有機胺和5?50份堿加熱至80?180°C，在攪拌條件下反應2?8小 時，冷卻即可制得廢棄油脂的酰胺化物。
5. 根據權利要求3或4所述的乳化劑，其特征在于，所述皂化反應和酰胺化反應中使 用的堿選自氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、氧化鈉和氧化鉀中的至少一 種。
6. 根據權利要求4所述的乳化劑，其特征在于，所述有機胺選自1)-3)表示的化合物中 的任何一種： 1. H〇-C2H4-NH2、NH (-C2H4-〇H) 2 和 N (_C2H4-〇H) 3 中的至少一種； ，其中&選自的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽和烴 基、C3-C2(l的環烷基、C6-C2(l的烷芳基、碳原子數為6-20的取代或未取代的芳烷基；R 2選自 氫、的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽和烴基、C 3-C2(l的環烷基、C6-CM 的烷芳基、C6-C2(l的取代或未取代的芳烷基；優選&為的直鏈或支鏈飽和烴基，R 2為 氫或Q-Q的直鏈或支鏈飽和烴基。 3)H2N-R3-(NH-CnH2n) m-NH2，其中R3選自Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C 3Q的直鏈或 支鏈不飽和烴基、C3-C2(l的環烷基、C6-C2(l的烷芳基、C 6-C2(l的取代或未取代的芳烷基，η為 1-6的整數，m為0-20的整數，優選R 3為C「C6的直鏈或支鏈飽和烴基，η為1-3的整數，m 為0-5的整數。
7. 根據權利要求1至6任一項所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂、廢棄油脂 的皂化物和廢棄油脂的酰胺化物的重量比為100:0?300:0?100,優選為100:100? 150:10 ?30。
8. 根據權利要求1至7任一項所述的乳化劑的制備方法，包括將所述廢棄油脂、廢棄油 脂的皂化物和廢棄油脂的酰胺化物中的任意兩種或三種混合，在10000-15000rpm的轉速 下攪拌2-4h，混合均勻得到。
9. 根據權利要求1至8任一項所述的乳化劑在油基鉆井液中的應用，所述乳化劑在油 基鉆井液中的加量為2?8重量％。
10. 根據權利要求9所述的應用，其特征在于，所述油基鉆井液使用的基礎油為柴油、 白油、α-長鏈烯烴、長鏈酯和氣制油中的至少一種。
【文檔編號】C11C3/00GK104140792SQ201410166050
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】曾義金, 王顯光, 何恕, 韓秀貞, 李舟軍, 林永學, 李雄, 楊小華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院