用于油基鉆井液的復合乳化劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于油基鉆井液的復合乳化劑及其制備方法和應用。
【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、準鳴爾、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% W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 W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到應用效果。油基鉆井液由于基液W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酷胺、長碳鏈烷基苯橫酸巧、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化采油方面的應 用，但未設及到其在鉆井液乳化劑方面的用途。國內油基鉆井液用乳化劑方面多依賴國外 產品，而且國內配套的鉆井液體系也較少。 陽〇化]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，急需進行 滿足制備穩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 問題，為廣泛應用油基鉆井液作業提供技術支撐。
[0006] 本發明所述的正是運種高含水量情況下，適合于制備穩定高效油基鉆井液用的復 合乳化劑及其制備方法。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中油基鉆井液乳化劑品種少，乳化性 能、耐溫性能差的問題，提供一種用于油基鉆井液的復合乳化劑。該用于油基鉆井液的復合 乳化劑具有良好的乳化性能及耐溫性能，含該類復合乳化劑的油基鉆井液可滿足油田中強 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用于 油基鉆井液的復合乳化劑的制備方法。
[0009] 本發明所要解決的技術問題之=是提供一種與解決技術問題之一相對應的用于 油基鉆井液的復合乳化劑在油基鉆井液中的應用。
[0010] 為了解決上述技術問題之一，本發明采用的技術方案如下：一種用于油基鉆井液 的復合乳化劑，包括W下組分： W11] (1)主乳化劑，選自式訊所示結構中的至少一種； 陽〇1引 似輔助乳化劑，選自式（II )所示結構中的至少一種；
[0013]
[0014] 陽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M為H或堿金屬時，n = 1，當M為堿±金屬時，n = 0. 5,當M為鐵或侶時，n =1/3 ; W質量計，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] 上述技術方案中，所述的Ri和Rs獨立選自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。更優選R 1和R 3獨立選自碳原子數為十一、 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。優選X為2~6, y為1~20, Z為0~30 ;進一 步優選X為2或3, y為1~10 ;更優選Z為0~20 ;所述Ra優選為C。~C 23飽和控基或 不飽和控基；M優選為H、鋒、或堿±金屬中的一種。
[0017] 上述技術方案中，所述輔助乳化劑可進一步最優選自油酸、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質量計，所述主乳化劑與 輔助乳化劑的比例最優選為輔助乳化劑：主乳化劑=1: (2~20)。
[0018] 上述技術方案中，所述主乳化劑可W進一步優選自（I)所示結構中的兩種W上的 混合物，可起到較好的協同作用。
[0019] 上述技術方案中，所述輔助乳化劑可W進一步優選自（II )所示結構中的兩種W 上的混合物，可起到較好的協同作用。
[0020] 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2~24小時，反應結束后優選減壓蒸饋除去未反應的原 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 為優選1:0. 1~6。所述催化劑用量優選占脂肪酸甲醋質量的0.0 l~10%。 陽〇2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氧乙燒 或環氧丙烷進行反應得到所述的肪酷基二胺聚氧締酸。催化劑用量優選為脂肪酷基徑乙基 二胺質量的0.5~6.0% ;
[0025] (C)用于油基鉆井液的復合乳化劑的制備
[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合 乳化劑。
[0027] 上述技術方案中，a)步驟中的反應溫度優選范圍為100~200°C，更優選為120~ 180°C ;催化劑優選為堿金屬氨氧化物、堿±金屬氨氧化物中的至少一種，更優選為氨氧 化鐘、氨氧化鋼，進一步優選為氨氧化鐘，用量優選為占脂肪酸甲醋類單體質量的0. 5~ 5. 0% ;脂肪酸甲醋與徑乙基二胺的摩爾比優選為1~2:1 ;反應時間優選為6~16小時。
[0028] 上述技術方案中，b)步驟中的堿性催化劑優選為堿±金屬氧化物、堿±