本發明涉及油田化學助劑
技術領域：
，尤其涉及一種鉆井液用表面活性劑、其制備方法及鉆井液。
背景技術：
：國內油田在低壓或欠(或近)平衡鉆井過程中，往往采用泡沫鉆井液來降低密度，保證鉆井施工安全。但是，普通泡沫粒徑大，嚴重影響泥漿泵的上水效率，并且需要配套的注入氣體的設備如壓縮機，以及生產和注入氣體的設備等，鉆井成本較高。針對這些問題，國內一些油田先后開展了在近平衡條件下使用的可循環微泡鉆井液的相關研究。微泡鉆井液具有密度低，現場不用添加注入氣體的設備，能有效防止低壓破碎、高滲透率砂巖及裂縫性漏失地層漏失，保護油氣層，降低鉆井成本等優勢。目前，現有技術公開了多種微泡鉆井液，而微泡鉆井液的核心在于用于形成微泡的表面活性劑。比如，申請號為200910157353.1的中國專利文獻公開了一種微泡鉆井液，其包括3～5克的復合發泡劑，所述復合發泡劑由十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉按質量比7:3組成。申請號為200710113558.0的中國專利文獻公開了一種抗高溫可循環微泡沫鉆井液或完井液，其包括2～5重量份的高溫發泡劑，所述高溫發泡劑采用脂肪醇甘油基醚磺酸鹽ages、聚合醇、椰子油酰胺磺基琥珀酸單酯鈉鹽f873＝6～10:2～5:6～10比例的組合物；并且還包括1～2.5重量份的高溫泡沫穩定劑。上述兩種微泡鉆井液中，發泡劑采用的都是常用表面活性劑的組合，這樣對微泡中空氣核密封性差，微泡的穩定性和抗壓縮能力不足，在井底高壓條件下，空氣會從泡沫中擴散出來，從而造成鉆井液井底密度顯著升高，影響鉆井施工安全。技術實現要素：有鑒于此，本申請提供一種鉆井液用表面活性劑、其制備方法及鉆井液，本發明提供的表面活性劑對鉆井液微泡中空氣核具有良好的密封作用，微泡的穩定性和微泡抗壓縮能力強，能保證微泡鉆井液在井底高壓下具有較低的循環密度，減少井下復雜情況。本發明提供一種鉆井液用表面活性劑，具有式i結構通式：式i中，r1選自通式為cnh2n+1的直鏈烷基或通式為cmh2m-1的直鏈烷基，n選自10～22之間的整數，m選自20～22之間的整數；r2為甲基或乙基；r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數；z為-coona、-cook、-so3na或-so3k。優選地，n為11、13、15、17、19或21；m為21。本發明提供一種鉆井液用表面活性劑的制備方法，包括以下步驟：將烷基酰鹵化合物與氨基化合物在堿性條件下進行反應，得到鉆井液用表面活性劑；所述烷基酰鹵化合物具有式ii結構：所述氨基化合物具有式iii結構：r2-nh-r3-z式iii；所述鉆井液用表面活性劑具有式i結構：其中，r1選自通式為cnh2n+1的直鏈烷基或通式為cmh2m-1的直鏈烷基，n選自10～22之間的整數，m選自20～22之間的整數；x為鹵素；r2為甲基或乙基；r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數；z為-coona、-cook、-so3na或-so3k。優選地，所述烷基酰鹵化合物選自十二烷酰氯，十四烷酰氯、十六烷酰氯、十八烷酰氯、二十烷酰氯、二十二烷酰氯、油酰氯和芥酸酰氯中的任意一種。優選地，將烷基酰鹵化合物和堿性水溶液同時加入氨基化合物水溶液中，進行反應，得到鉆井液用表面活性劑；所述堿性水溶液為氫氧化鈉溶液，所述氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉與烷基酰鹵化合物的摩爾比為0.9～1.1:1。優選地，所述加入的方式為滴加；控制滴加的時間為0.5h～5h，滴加結束后再攪拌0.3h～0.6h，得到鉆井液用表面活性劑。本發明提供一種鉆井液，包括發泡劑，所述發泡劑具有式i結構通式：式i中，r1選自通式為cnh2n+1的直鏈烷基或通式為cmh2m-1的直鏈烷基，n選自10～22之間的整數，m選自20～22之間的整數；r2為甲基或乙基；r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數；z為-coona、-cook、-so3na或-so3k。優選地，n為11、13、15、17、19或21；m為21。優選地，所述發泡劑的加量為0.8～1.5wt％。優選地，所述鉆井液包括：3～5wt％膨潤土漿、0.8～1.5wt％發泡劑、0.1～1wt％黃原膠、0.5～2wt％羧甲基纖維素鈉和1～3wt％氯化鉀。與現有技術相比，本發明提供的表面活性劑具有式i結構通式，其發泡性能好；用于鉆井液時，形成的泡沫具有更好的穩定性和抗壓縮能力，對鉆井液微泡中空氣核具有良好的密封作用，能保證微泡鉆井液在井底高壓下具有較低的循環密度，減少井下復雜情況。另外，本發明所述表面活性劑的制備方法簡便可行。具體實施方式下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明提供了一種鉆井液用表面活性劑，具有式i結構通式：式i中，r1選自通式為cnh2n+1的直鏈烷基或通式為cmh2m-1的直鏈烷基，n選自10～22之間的整數，m選自20～22之間的整數；r2為甲基或乙基；r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數；z為-coona、-cook、-so3na或-so3k。本發明提供的表面活性劑具有較好的發泡性能，可用于鉆井液中。該鉆井液用表面活性劑對微泡中空氣核具有良好的密封作用，微泡的穩定性和微泡抗壓縮能力強，能保證微泡鉆井液在井底高壓下具有較低的循環密度，減少井下復雜情況。在本發明中，所述表面活性劑具有式i結構通式。式i中，r1可以為通式為cnh2n+1的直鏈烷基；n選自10～22之間的整數，優選自11～21之間的整數。在本發明的實施例中，n可為11、13、15、17、19或21，即r1可為c11h23、c13h27、c15h31、c17h33、c17h35、c19h39或c21h43這樣的直鏈烷基。或者，r1可以為通式為cmh2m-1的直鏈烷基；m選自20～22之間的整數，優選為21。在本發明的一些實施例中，r1可為c21h41直鏈烷基。本發明式i中，r2為甲基(-ch3)或乙基(-ch2ch3)。r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數，即式i中的r3為-ch2-、-(ch2)2-或-(ch2)3-。z為-coona、-cook、-so3na或-so3k，優選為-coona或-so3na。具體的，本發明實施例中鉆井液用表面活性劑具有式i-1、式i-2、式i-3或式i-4結構：相應地，本發明提供了一種鉆井液用表面活性劑的制備方法，包括以下步驟：將烷基酰鹵化合物與氨基化合物在堿性條件下進行反應，得到鉆井液用表面活性劑；所述烷基酰鹵化合物具有式ii結構：所述氨基化合物具有式iii結構：r2-nh-r3-z式iii；所述鉆井液用表面活性劑具有式i結構：其中，r1選自通式為cnh2n+1的直鏈烷基或通式為cmh2m-1的直鏈烷基，n選自10～22之間的整數，m選自20～22之間的整數；x為鹵素；r2為甲基或乙基；r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數；z為-coona、-cook、-so3na或-so3k。本發明以烷基酰鹵化合物和氨基化合物為原料，其中，所述烷基酰鹵化合物具有式ii結構。式ii中，r1可以為通式為cnh2n+1的直鏈烷基；n選自10～22之間的整數，優選自11～21之間的整數。在本發明的實施例中，n可為11、13、15、17、19或21，即r1可為c11h23、c13h27、c15h31、c17h33、c17h35、c19h39或c21h43這樣的直鏈烷基。或者，r1可以為通式為cmh2m-1的直鏈烷基； m選自20～22之間的整數，優選為21。在本發明的一些實施例中，r1可為c21h41直鏈烷基。式ii中，x為鹵素，優選為氯。在本發明中，所述烷基酰鹵化合物優選自十二烷酰氯，十四烷酰氯、十六烷酰氯、十八烷酰氯、二十烷酰氯、二十二烷酰氯、油酰氯和芥酸酰氯中的任意一種。在本發明中，所述氨基化合物具有式iii結構。式iii中，r2為甲基(-ch3)或乙基(-ch2ch3)。r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數，即式iii中的r3為-ch2-、-(ch2)2-或-(ch2)3-。z為-coona、-cook、-so3na或-so3k，優選為-coona或-so3na。在本發明中，所述氨基化合物選自2-甲氨基乙酸鈉、2-乙氨基乙酸鈉、3-甲氨基丙酸鈉、3-乙氨基丙酸鈉、4-甲氨基丁酸鈉、4-乙氨基丁酸鈉、2-甲氨基乙磺酸鈉、2-乙氨基乙磺酸鈉、3-甲氨基丙磺酸鈉、3-乙氨基丙磺酸鈉以及上述化合物的鉀鹽中的任意一種。本發明優選將所述烷基酰鹵化合物和堿性水溶液，同時加入所述氨基化合物水溶液中進行反應，得到鉆井液用表面活性劑。本發明實施例可將1mol氨基化合物溶解于水，配制成質量濃度為15～40％的氨基化合物水溶液。并且，控制該溶液溫度在0～40℃，待用。在本發明實施例中，所述烷基酰鹵化合物與氨基化合物的摩爾比優選為0.8～1.2:1，更優選為0.9～1.1:1。本發明實施例可按一定物質的量的比例稱取烷基酰鹵化合物，待用。本發明可將堿性化合物配制成堿性水溶液，提供堿性反應條件。在本發明中，所述堿性水溶液優選為氫氧化鈉溶液。所述氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉與烷基酰鹵化合物的摩爾比優選為0.9～1.1:1，更優選為1:1。在本發明的一些實施例中，可按上述物質的量的比例稱取naoh，溶解于水后，配制成質量濃度為10～35％的溶液，待用。本發明優選在攪拌條件下，將烷基酰鹵化合物和堿性水溶液同時加入氨基化合物水溶液中。在本發明的實施例中，所述加入的方式為滴加。本發明可控制滴加的時間為0.5h～5h，優選為0.5h～2h。滴加結束后，本發明實施例再攪拌0.3h～0.6h，反應得到鉆井液用表面活性劑。反應完成后，本發明實施例可得到白色溶液，經常規干燥，得到鉆井液用表面活性劑產品。本發明制得的產品具有式i結構，其內容如前文所述，在此不再贅述。本發明制得的表面活性劑發泡性能好；用于鉆井液時，形成的泡沫具有更好的穩定性和抗壓縮能力，對鉆井液微泡中空氣核具有良好的密封作用，能保證微泡鉆井液在井底高壓下具有較低的循環密度，減少井下復雜情況。另外，本發明所述表面活性劑的制備方法簡便可行。本發明還提供了一種鉆井液，包括發泡劑，所述發泡劑具有式i結構通式：式i中，r1選自通式為cnh2n+1的直鏈烷基或通式為cmh2m-1的直鏈烷基，n選自10～22之間的整數，m選自20～22之間的整數；r2為甲基或乙基；r3為-(ch2)t-，t選自1～3之間的整數；z為-coona、-cook、-so3na或-so3k。本發明提供的鉆井液包括發泡劑，其為具有式i結構通式的表面活性劑。所述表面活性劑的結構等內容如前文所述，在此不再一一贅述。在本發明的一些優選實施例中，r1中的n為11、13、15、17、19或21。在本發明中的另一些優選實施例中，r1中的m為21。在本發明中，所述發泡劑在鉆井液中的加量優選為0.8～1.5wt％，更優選為0.9～1.1wt％。在本發明的實施例中，所述鉆井液為微泡鉆井液，其ph值為8～10，密度為0.80～0.95g/cm3。本發明對所述鉆井液的制備和添加劑等沒有特殊限制；在本發明的一些實施例中，所述鉆井液包括：3～5wt％膨潤土漿、0.8～1.5wt％發泡劑、0.1～1wt％黃原膠、0.5～2wt％羧甲基纖維素鈉和1～3wt％氯化鉀；其余是水。本發明實施例加入上述表面活性劑等組分，配制成微泡鉆井液。本發明實施例經120℃高溫老化16h后，利用六速旋轉粘度計測定微泡鉆井液的性能，測定方法符合國際api標準。檢測結果表明，鉆井液老化前后的密度僅相差0.02g/cm3，表現出良好的高溫穩定性能。為了進一步理解本申請，下面結合實施例對本申請提供的鉆井液用表面活性劑、其制備方法及鉆井液進行具體地描述。實施例1將1mol(111g)2-甲氨基乙酸鈉溶解于清水，配制成質量濃度為15％的溶液，控制溶液溫度在10℃，待用，稱取0.8mol(174.8g)十二烷酰氯，待用，稱取0.8mol(32g)naoh，溶解于清水后配制成質量濃度為10％的溶液，待用。在攪拌條件下，將上述十二烷酰氯和naoh溶液同時滴加入反應體系中，控制滴加時間為0.5h，滴加結束后再攪拌0.5h，得到白色溶液，干燥后，得到241.8g微泡鉆井液用表面活性劑產品。該產品通過紅外譜圖測得結構式為：實施例2將1mol(169g)4-乙氨基丁酸鉀溶解于清水，配制成質量濃度為20％的溶液，控制溶液溫度在0℃，待用，稱取1mol(246.5g)十四烷酰氯，待用，稱取0.9mol(40g)naoh，溶解于清水后配制成質量濃度為20％的溶液，待用。在攪拌條件下，將上述十四烷酰氯和naoh溶液同時滴加入反應體系中，控制滴加時間為2h，滴加結束后再攪拌0.6h，得到白色溶液，干燥后，得到370.1g微泡鉆井液用表面活性劑產品，其結構式為：實施例3將1mol(175g)3-甲氨基丙磺酸鈉溶解于清水，配制成質量濃度為40％的溶液，控制溶液溫度在40℃，待用，稱取1.2mol(329.4g)十六烷酰氯，待用，稱取1.32mol(52.8g)naoh，溶解于清水后配制成質量濃度為35％的溶液，待用。在攪拌條件下，將上述十六烷酰氯和naoh溶液同時滴加入反應體系中，控制滴加時間為5h，滴加結束后再攪拌0.3h，得到白色溶液，干燥后，得到452.3g微泡鉆井液用表面活性劑產品，其結構式為：實施例4～10按照與實施例1相同的步驟，分別制備得到微泡鉆井液用表面活性劑產品。區別在于反應物質及其用量，如表1所示，表1為實施例4～10的反應物質及其用量。表1實施例4～10的反應物質及其用量實施例氨基化合物烷基酰氯naoh41mol2-乙氨基乙酸鉀0.9mol十八烷酰氯0.9mol51mol3-甲氨基丙酸鈉0.95mol二十烷酰氯0.95mol61mol3-乙氨基丙酸鉀1mol二十二烷酰氯1.1mol71mol4-甲氨基丁酸鈉1.05mol油酰氯1.05mol81mol2-甲氨基乙磺酸鈉1.1mol芥酸酰氯0.99mol91mol2-乙氨基乙磺酸鉀1.15mol十二烷酰氯1.15mol101mol3-乙氨基丙磺酸鈉1.2mol十四烷酰氯1.32mol實施例11按照以下方法，將實施例1～10中合成的表面活性劑進行性能評價。(1)泡沫穩定性在100ml清水中加入4gkcl和1g實施例中樣品，用高速攪拌機以8000r/min速度攪拌5min，然后將所得泡沫漿倒入量筒中，記錄泡沫的體積及泡沫體系析出50ml發泡基液所用的時間，作為泡沫半衰期。結果參見表2，表2為實施例1～10所得表面活性劑的性能評價結果。表2實施例1～10所得表面活性劑的性能評價結果由表2可知，相比于一般的表面活性劑如十二烷基硫酸鈉，本發明制得的表面活性劑發泡性能好，形成的泡沫具有更好的穩定性和抗壓縮能力。實施例12包括表面活性劑的鉆井液的性能將實施例3中表面活性劑和十二烷基硫酸鈉分別加入鉆井液中，分別配制成微泡鉆井液。以質量百分比計，鉆井液配方為：4％膨潤土漿+1％表面活性劑+0.5％黃原膠+1％羧甲基纖維素鈉+2％kcl，其余是水。經120℃高溫老化16h后，利用六速旋轉粘度計測定微泡鉆井液的性能，測定方法符合國際api標準，結果如表3所示，表3為實施例12中微泡鉆井液的性能結果。表3實施例12中微泡鉆井液的性能結果從表3可知，本發明合成的表面活性劑與現有表面活性劑如十二烷基硫酸鈉相比，泡沫穩定性明顯增強；經120℃老化16h后，本發明提供的微泡鉆井液老化前后，鉆井液密度僅相差0.02g/cm3，表現出良好的高溫穩定性能。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于使本
技術領域：
的專業技術人員，在不脫離本發明技術原理的前提下，是能夠實現對這些實施例的多種修改的，而這些修改也應視為本發明應該保護的范圍。當前第1頁12