油包水型鉆井液及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種油包水型鉆井液及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著石油儲量的不斷減少且開采困難，世界各國紛紛加大了對深部地層油氣資源 勘探開發的投入，開發新的油藏已經成為當今各大石油公司發展的迫切要求。我國待探明 的油氣資源主要分布在塔里木、準噶爾、柴達木、吐哈、四川等盆地，其資源量的73%埋藏在 深層，且地下條件異常復雜，因此深井和超深井油氣鉆探及配套的開發技術已成為制約油 氣資源開發的關鍵因素。隨著地層深度的增加，深井、超深井的地層溫度也會越來越高，地 層的高溫環境給鉆井液能否維持穩定的性能帶來了極大的挑戰。
[0003] 鉆井液作為鉆井工程的重要組成部分，其性能直接關系到深井、超深井的鉆井質 量、鉆井成本和鉆井周期。相對于水基鉆井液，油基鉆井液具有較強的防塌抑制性、潤滑性 和良好的儲層保護性能，尤其可滿足強水敏及高溫、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、流型調節劑等組成。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，但熱穩定性和電穩定性都變差，如CN1660958報道了一 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小時后仍有良好的流變性和破乳電壓，水含量最高為25%。專利 CN102031095A申請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到應用效果。油基鉆井液由于基液以油為主，因此價格昂貴， 成本高，全油基鉆井液更是如此，如CN101215461報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、環保、對儲層傷害小等優點，但其制備成本高，限制了其推廣使用。
[0004] 目前市場上提供用作油基鉆井液乳化劑的品種較少，而報道用于強化采油用的乳 化劑品種相對較多，如US4485873、US4545912、CN100531884等報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化采油方面的應 用，但未涉及到其在鉆井液乳化劑方面的用途，油基鉆井液方面多依賴國外產品，而且國內 配套的鉆井液體系也較少。
[0005] 油基鉆井液由于受到成本、環保要求的限制一直發展比較緩慢，應用的區塊也較 少，隨著現有油田儲量日益下降，并且新探區的開采會遇到各種復雜地層及環境，急需性能 優良的油基鉆井液，以解決現有油基鉆井液乳液穩定性能差、不耐鹽、不耐溫的問題。通過 提高油基鉆井液中水的比例達到降低油基鉆井液的成本，為廣泛應用油基鉆井液作業提供 技術保障。發明所述的正是這種高含水量情況下，適合于以脂肪酰基二胺聚氧烯醚為乳化 劑的油基鉆井液及其制備方法。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中油包水鉆井液乳液穩定性能差、不 耐高溫的問題，提供一種新的油包水型鉆井液。此油包水鉆井液具有耐溫性能好、乳液穩定 性能佳的優點，可用于強水敏、高溫地層及需要鉆大位移特殊井、海上水平井等特殊鉆井作 業中。本發明所要解決的技術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相對應的油包水型 鉆井液的制備方法。
[0007] 為了解決上述技術問題之一，本發明采用的技術方案如下：一種油包水型鉆井液， 以質量份數計包括以下組份：
[0008] (1) 60~90份的基礎油；
[0009] (2) 10 ~40 份的水；
[0010] (3)2~5份的有機土；
[0011] (4)包括主乳化劑和輔助乳化劑的復合乳化劑不少于0. 5份，以所含主乳化劑和 輔助乳化劑的質量計；
[0012] (5) 0~3份的堿性物質；
[0013] (6)0. 5~3份的增粘劑；
[0014] (7) 0· 5~3份的降濾失劑；
[0015] 其中，所述主乳化劑選自通式（I)所示結構中的至少一種，輔助乳化劑選自式 (II )所示結構脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸或羧酸鹽中的至少一種；以質量計，所述主 乳化劑與輔助乳化劑的比例滿足〇 <輔助乳化劑：主乳化劑<1 ;
[0016]
7 V Λ.Χ /
[0017] 通式中，&為含Cs~C3。飽和或不飽和烴基，R 2為氫或者R3C0, R3為cs~c3。飽和 或不飽和的經基，X = 1~10, y = 1~40，z = 0~40 ;M為選自氫、|丐、鎂、鋇、鋅、錯、或 鐵中的任意一種離子，R'為(；~(：3。的烷基，m = 1~10，n = 1~40，p取值范圍為1~3 中任意整數。
[0018] 上述技術方案中，所述復合乳化劑的加量，以所含主乳化劑和輔助乳化劑的質量 計，優選為0. 5~5份；Ri、R3優選為Cn~C23的飽和或不飽和烴，或C n~C23的飽和烴和不 飽和經的混合經基，Rp R3更優選為碳原子數為i 、十三、十五、十七、十九、二i 的飽和 經或不飽和經基，或i 、十三、十五、十七、十九、二i 的飽和經和不飽和經的混合經基； X優選為2~6,更優選為2或3 ;y優選為1~20,更優選為1~10 ;z優選為0~30,更優 選為0~20。所述R'優選為CS~C2。的烷基；Μ優選為鈣、鎂、鋅或鋁，更優選方案為選自 ?丐或鋅；m優選為m = 1~5, η優選為η = 5~35, ρ優選為1或2 ;以質量計，所述主乳化 劑與輔助乳化劑的比例優選為輔助乳化劑：主乳化劑=1: (3~20)。
[0019] 上述技術方案中，所述基礎油優選為白油、合成油、液體石蠟中的一種或一種以上 的混合物；水優選為15~30wt% CaCljK溶液或15~30wt% NaCl的水溶液；有機土優選 為碳原子數為十二、十四、十六、十八的長鏈季銨鹽改性的膨潤土或上述季銨鹽改性的蒙脫 土；堿性物質優選為氧化鈣粉末；增粘劑優選為順丁橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、聚甲基丙 烯酸烷基酯中的一種或兩種種以上的混合物；降濾失劑優選為長鏈有機胺改性的腐植酸， 鏈長優選為C 12、C16、C1S。
[0020] 上述技術方案中，所述主乳化劑可以進一步優選自（I)所示結構中的兩種以上的 混合物。
[0021] 上述技術方案中，所述輔助乳化劑可以進一步優選自（II )所示結構中的兩種以 上的混合物。
[0022] 上述技術方案中，所述輔助乳化劑的制備方法可以是本領域技術人員所熟知的任 意一種，可以是此前文獻公開的公知的制備方法中的一種。例如但不限定制備方法如下：
[0023] (1)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的制備：
[0024] 將脂肪醇和環氧乙烷、環氧丙烷按所需配比在反應溫度為85~160°C，壓力小于 0. 80MPa表壓條件下，鈣鋇復合化合物為催化劑，反應得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚；其中 脂肪醇與環氧乙烷、環氧丙烷的摩爾比為1 : 1~15 : 1~50,催化劑用量為脂肪醇質量 的 1. 0 ~8. 0% ;
[0025] (2)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸（X = 1)的制備：
[0026] 將步驟（1)所合成的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚按所需配比與氯乙酸鈉、氫氧 化鉀或氫氧化鈉和四丁基溴化銨催化劑混合，以甲苯為溶劑，在反應溫度60~120°C，反 應3~15小時，反應結束后經后處理得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸。其中，脂肪醇聚 氧乙烯聚氧丙烯醚、氯乙酸鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈉和四丁基溴化銨的摩爾比=1 : 1~ 4 : 1 ~5 : 0· 01 ~0· 1 ;
[0027] (3)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸鹽（X = 2或3)的制備
[0028] 將步驟（2)所合成的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸按所需配比和水、Μ(0Η)χ 或MO(M203)分別加入高壓釜中，在反應溫度為50~120°C，反應時間為0. 5~5小時，于 0. 60MPa表壓條件下，反應得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸鹽；其中脂肪醇聚氧乙烯聚 氧丙烯醚羧酸與氫氧化物或氧化物的摩爾比為1.5~3 : 1，水占反應總物料的質量百分比 為60~90 %，M (OH) x或MO (M203)的平均粒徑大小為200nm~200 μ m。
[0029] 本發明的技術關鍵是乳化劑的選擇，所有聚合物例如丁苯橡膠、乙丙橡膠、聚甲基 丙烯酸烷基酯都是本領域常用的物質，各種聚合物優選為數均分子量1~1〇〇〇萬，更優選 為數均分子量1~100萬。聚甲基丙烯酸烷基酯優選聚甲基丙烯酸C 12~C1S烷基酯。
[0030] 本發明還可以包括本領域常用油基鉆井液助劑，例如潤濕劑、加重劑、殺菌劑等。
[0031] 為解決上述技術問題之二，本發明所采用的技術方案如下：一種油包水型鉆井液 制備方法，包括以下步驟：
[0032] (a)郵0順(〇12) xNR2CH2CH20H (即脂肪酰基羥乙基二胺）的制備
[0033] 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2~24小時，反應結