马来化脂肪酸及其衍生物的组合物及超高温油基钻井液的制作方法

本发明涉及马来化脂肪酸及其衍生物的组合物及超高温油基钻井液。

背景技术：

1、超深层油气资源和地热资源是自然能源的重要组成部分。在8000m以深，甚至9000m以深的超深层油气资源的探井和开发井，目的层温度将达到200℃～240℃，同时，由于地质条件复杂，巨厚盐膏层、巨厚高陡泥页岩层及高压盐水层发育，会频繁遭遇异常高压层。

2、油基钻井液，因其良好的高温高压稳定性、对水敏性泥页岩层的良好抑制性、对盐膏层和高压盐水层较高的化学惰性和较大污染容限，被认为是超深井、特深井钻井时的首选钻井液技术。油基钻井液是一种油包水的逆乳状液，是热力学上的不稳定体系，高温环境下随着乳化剂分子的降解、热运动的加剧，降低或破坏界面膜的强度，降低油包水钻井液的稳定性。因此，在高温和超高温环境下的乳化稳定性是超高温油基钻井液能够现场应用的基础，对超高温钻井液的性能至关重要。

3、破坏乳状液稳定性的主要机制是乳化液滴的粗化和聚结。为防止粗化和聚结，乳化剂必须提供液滴界面的有效斥力(范德华力、位阻效应、静电力和空间作用的综合作用)，这种斥力在乳状液稳定性和油包水乳状液的结构强度方面是至关重要的。国内外研究结果普遍认为，界面张力对乳状液的长期整体稳定性的影响不如界面膜的性质重要。界面膜承受乳化液滴接触压力的能够阻碍分散相进入连续相，它对液滴相互接触而建立的势垒(物理的或电的)是决定乳化液最终稳定性的主要特征。乳化剂是形成界面膜的主要物质，是油包水乳状液长期稳定性的关键。

4、作为油包水乳状液的乳化剂，其hlb值范围4～6。在油包水钻井液中，乳化剂须要再更苛刻的条件下(高温高压、盐膏固体、高矿化度盐溶液和亲水性固体)保持乳化稳定性。乳化剂应能够对乳化液滴全覆盖，降低裸露表面可能造成的絮凝；同时，乳化剂分子在液滴表面能够产生强烈的吸附或锚定的作用；乳化剂的疏水链段具有对连续相的强溶剂化作用，提供有效的空间稳定；在乳化液滴表面乳化剂还应具有合理的吸附厚度，防止乳化液滴的弱絮凝。

5、油包水钻井液常用乳化剂主要有脂肪酸皂、脂肪基/(芳基)磺酸钙、脂肪基多胺和多酰胺基胺等，在生产应用中，通常为多种表面活性剂的混合物。上述常用乳化剂在抗高温性能、钻井液流变性远不能满足现场需求。通过有机酸、有机胺和多羟基酸通过酰胺化反应合成的抗高温乳化剂，抗温达210℃。通过马来酸酐与油酸反应，并进一步与二乙醇胺反应，制备的乳化剂可用于抗温200℃的油基钻井液配制。以上均不能满足200℃～240℃超高温油基钻井液的技术性能要求，为满足超深层油气资源的勘探开发和超深井特深井的安全快速施工，提供一种超高温下的乳化剂并配制出超高温油基钻井液是非常重要的。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种马来化脂肪酸及其衍生物的组合物，该组合物可以作为乳化剂应用于超高温油基钻井液，满足200℃～240℃超高温油基钻井液的技术性能要求。

2、作为本发明的一个方面，涉及一种马来化脂肪酸及其衍生物的组合物，以马来化脂肪酸、马来化脂肪基咪唑啉酰胺、马来化脂肪酸烷醇酰胺为有效组分，以溶剂油(建议使用环保型)与醇醚混合物作为溶剂。

3、在至少一个实施例中，所述的马来化脂肪酸是通过富含不饱和键的(油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和松香酸等)天然植物脂肪酸与马来酸酐(顺丁烯二酸酐)在高温或催化条件下反应而成。优选为富含油酸、亚油酸和松香酸等不饱和脂肪酸的妥尔油脂肪酸(上海立森化工有限公司，下同)，在高温条件下通过双烯合成反应或烯反应，使马来酸酐(国药集团)接枝到妥尔油脂肪酸上，制备出马来化妥尔油脂肪酸。

4、在至少一个实施例中，所述的马来化脂肪基咪唑啉酰胺是通过富含不饱和键的(油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和松香酸等)天然植物脂肪酸与二乙烯三胺(南京古田化工)，经分子间脱水的酰胺化、高温或催化条件下分子内脱水成环；然后再与马来酸酐(顺丁烯二酸酐)在高温或催化条件下反应而成的马来化脂肪基咪唑啉酰胺。优选为富含油酸、亚油酸和松香酸等不饱和脂肪酸的的妥尔油脂肪酸与二乙烯三胺，摩尔比例大于2:1，经分子间脱水的酰胺化、高温或催化条件下分子内脱水成环两步反应，然后与马来酸酐在高温下反应，生成马来化妥尔油脂肪基咪唑啉酰胺。

5、在至少一个实施例中，所述的马来化脂肪酸烷醇酰胺是通过富含不饱和键的(油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和松香酸等)天然植物脂肪酸与马来酸酐(顺丁烯二酸酐)在催化条件下反应而成的马来化脂肪酸，然后再与羟乙基单取代或双取代的有机胺反应，得马来化脂肪酸烷醇酰胺。优选为富含油酸、亚油酸和松香酸等不饱和脂肪酸的妥尔油脂肪酸，在高温条件下通过双烯合成反应或烯反应，使马来酸酐接枝到妥尔油脂肪酸上，制备出马来化妥尔油脂肪酸，进而继续与单乙醇胺反应，制备马来化妥尔油脂肪酸烷醇酰胺。

6、在至少一个实施例中，所述的溶剂油是烷烃、环烷烃为主要组分的脱芳烃溶剂油，优选为溶剂油d140(常州市和时利化工有限公司)。

7、在至少一个实施例中，所述的醇醚是多元醇醚类极性有机溶剂，优选为三乙二醇单丁醚(南京古田化工)。

8、在至少一个实施例中，所述的马来化脂肪酸及其衍生物的组合物中，马来化脂肪酸40～50质量份，马来化脂肪基咪唑啉酰胺40～50质量份；马来化脂肪酸烷醇酰胺10～20质量份。作为优选，马来化脂肪酸45～50质量份，马来化脂肪基咪唑啉酰胺40～45质量份；马来化脂肪酸烷醇酰胺5～10质量份。

9、在至少一个实施例中，所述的马来化脂肪酸及其衍生物的组合物中，溶剂油与醇醚类极性溶剂的体积比例为40/60～60/40，进一步优选为55/45。

10、在至少一个实施例中，所述的马来化脂肪酸及其衍生物的组合物中，有效组分与溶剂的质量比例为60/40～80/20，进一步优选为75/25。

11、作为本发明的另一个方面，涉及一种钻井液，为油基钻井液，以上述的马来化脂肪酸及其衍生物的组合物用作乳化剂。

12、在至少一个实施例中，该钻井液还包括基础油、亲有机改性黏土矿物、水相(通常为氯化钙盐水)流型调节剂、聚合物增稠剂、碱度调节剂、活度控制剂、亲有机改性腐殖酸降滤失剂和加重材料等。

13、在至少一个实施例中，该钻井液中，所述马来化脂肪酸及其衍生物的组合物按如下标准加入：1l基础油与水相的混合液中加入30～85g所述马来化脂肪酸及其衍生物的组合物。基础油与水相体积比可以为85/15～95/5，以基础油和水相总体积1l计，亲有机改性粘土矿物25～50g，流型调节剂10～20kg，聚合物增稠剂为10～15kg，碱度调节剂30～50kg，亲有机改性褐煤降滤失剂50～70g，在上述组成基础上，用加重材料调整钻井液至所需密度。

14、在至少一个实施例中，该钻井液中，所述的基础油为柴油、矿物油和人工合成的超低芳烃含量的环保型基础油。本发明一些实施例中所用的轻质白油(w1-110)，不代表其他基础油被排除在本发明之外。

15、在本发明的一些实施方式中，所述的亲有机改性粘土矿物为亲有机改性的汉克托石(bt42)；所述流型调节剂为多聚酰胺基脂肪酸(代号记作mod)；所述的碱度调节剂为氢氧化钙或氧化钙；所述的聚合物增稠剂为的聚烯烃嵌段聚合物(代号记作prm)；所述的抗高温亲有机改性褐煤类降滤失剂为(代号记作olg(ht))，加重材料为重晶石。

16、本发明还涉及上述钻井液在深层超深层油气资源油气井开发中的应用。

17、本发明提供的马来化脂肪酸及其衍生物的组合物作为乳化剂，不仅将常规乳化剂主成分由聚酰胺转化为脂肪基咪唑啉酰胺、脂肪基烷醇酰胺，而且在不饱和脂肪基上，通过高温下的双烯合成、烯反应等方式，接枝了马来酸酐，形成了含有多羧基的脂肪基咪唑啉酰胺、脂肪基烷醇酰胺。并与马来化的脂肪酸复配，形成了马来化脂肪酸及其衍生物的组合物，用作超高温油基钻井液的乳化剂，该组合物不仅具有较高的抗温能力，而且具有较高的润湿反转功能，能使亲水固体表面反转为亲油性，并且超高温条件下稳定。形成的乳化剂组合物，乳化、润湿功能一体，加量低，性能显著。在240℃热滚后，乳化率85％，润湿率94％，油基钻井液破乳电压570v，具有乳化、润湿一体的功效。钻井液配方经过240℃高温老化16h后，破乳电压仍570v以上，并且油包水钻井液动切力仍保持在4.32pa以上。