油基钻井液用复合乳化剂及其制备方法与流程

本发明属于钻井液，具体涉及油基钻井液用复合乳化剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着中国石油和天然气领域的研究不断深入探索和发展，我国油气资源勘探开发逐步向深层、深水、非常规等复杂油气进军，且复杂油气已成为中国乃至全球重要接替能源，但是特深井特深水条件下安全性和高效性仍需要进一步提升。与水基钻井液相比，油基钻井液抗污染能力强，润滑性好，抑制性强，有利于保持井壁稳定，能最大限度地保护油气层；同时油基钻井液性能稳定，易于维护，抗温能力强，热稳定性好。油基钻井液优良的抑制性及抗温性，使其在钻复杂井，特别是在钻高温深井和水敏性地层中优势更明显，能够更有效地保护水敏性油气层，提高油气产量在钻井液领域。

2、油基钻井液成为钻探高温深井、大斜度定向井、水平井、各种复杂井以及储层保护的重要作业材料作为油基钻井液体系的关键组成部分，乳化剂起着至关重要的作用，油基钻井液由于受到成本、环保要求的限制一直发展比较缓慢，应用的区块也较少，随着现有油田储量日益下降，并且新探区的开采会遇到各种复杂地层及环境，急需进行满足制备稳定高效油基钻井液用乳化剂的研究，为广泛应用油基钻井液作业提供技术支撑。油基钻井液是否稳定，在很大程度上取决于乳化剂的合理使用。近年来，随着国内外油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井数量逐渐增加，井底温度上限也不断刷新，确保油基钻井液的乳液稳定性非常重要。目前，表示乳液稳定性的主要指标是破乳电压。破乳电压通常是将老化处理后的钻井液于低温下测定。但是目前用于油基钻井液的乳化剂耐温性能不能满足现有使用条件的要求，在使用过程虽然添加量高，但效果不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供油基钻井液用复合乳化剂及其制备方法，所述油基钻井液用复合乳化剂的乳化性能高，在高温下稳定性好，以及配制的钻井液高密度情况下流变性好。本发明的原料便宜易得，安全无毒，易于批量化生产。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：油基钻井液用复合乳化剂，所述复合乳化剂包括以下质量份数的组分：主乳化剂30-40份、辅乳化剂a：磺酸盐10-20份、辅乳化剂b：油酸8-18份、润湿剂12-17份、改性环糊精3-8份和提切剂5-10份；

3、所述主乳化剂的制备方法为：

4、(1)将1摩尔份数的蓖麻油酸和1.1摩尔份数的二乙烯三胺混合，在165-170℃恒温反应至无副产物水产生为止，得到产物a；

5、

6、(2)继续向产物a中缓慢滴加1.1摩尔份数的丙烯腈40-45℃反应2-3h，减压蒸馏，得到主乳化剂；

7、

8、进一步地，所述辅乳化剂a选自十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠中的一种或几种。

9、进一步地，所述辅乳化剂a为质量比1.4-1.8：0.8-1.2：0.3-0.7的十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠和十二烷基二苯醚二磺酸钠复配。

10、进一步地，所述主乳化剂、辅乳化剂a、辅乳化剂b的质量比为3.2-3.3：1.1-1.2：1。

11、目前在油气开采领域，为解决传统矿物油导致油基钻井液环保性较差的问题，已有部分文献将无毒、可降解的生物柴油作为环保型油基钻井液的基础油。蓖麻油酸是一种天然表面活性剂，但是它抗温性不足，经高温老化后会降低复合乳化剂的性能。本发明将蓖麻油酸上的羧基进行改性，并与两种辅乳化剂复配，得到的复合乳化剂的具有良好的乳化性能，并且抗温能力较好。但是复合乳化剂的电稳定性不理想。通过大量实验发现，当主乳化剂、辅乳化剂a、辅乳化剂b通过特定的质量比进行复配后，可以改善复合乳化剂的破乳电压。猜测是在此条件下形成的复合乳化剂可以更好的调节液体界面上表面张力，形成稳定的乳液，复合乳化剂中形成的电荷分布同时改善了破乳电压。

12、进一步地，所述润湿剂为十二烷基三甲基溴化铵。

13、进一步地，所述改性环糊精的制备方法为：按质量份数计，将10份γ-环糊精分散在100份去离子水中，搅拌均匀形成悬浮液，将0.5份2-辛烯基琥珀酸酐加入到3份无水乙醇中制成混合液，将混合液逐滴滴入悬浮液中，同时用4wt％naoh水溶液控制反应体系的ph为8-9，反应直至体系ph恒定，用4wt％hcl水溶液将反应体系的ph调至6，再经洗涤、离心、干燥处理，粉碎过80目筛，得到改性环糊精。

14、本发明试图使用γ-环糊精包合主乳化剂上的基团，用以提高复合乳化剂的抗温性能，但是发明人发现由于γ-环糊精的表面疏水基团使其在本发明体系中的包合效果并不理想。发明人通过对γ-环糊精进行改性，改善了其与本发明体系的相容性，使复合乳化剂的抗温效果更佳。钻井液密度可以影响钻井液液柱压力，由于钻井所钻过的地层中都存在一个地层压力，钻井液液柱压力用于平衡这个地层压力。如果钻井液密度低，平衡不了某地层压力，井眼有可能垮塌，地层中的流体(油、气、水等各种流体)也有可能进入井眼内，顺着井眼到地面，程度轻的就是井涌，程度严重的就会形成井喷，井喷失去控制就形成事故，因此高密度油基钻井液具有重要意义。但是长期以来，超高密度(≥2.4g/cm3)的油基钻井液由于固相含量极高，粘度太高，流动阻力太大，钻井排量达不到净化井眼要求，难以适应超深油气井和高压页岩气井长时间钻井要求。发明人意外发现在此条件下，复合乳化剂配成油基钻井液在高密度下也可以具有良好的流动性。

15、进一步地，所述提切剂为提切剂d2833。

16、本发明还提供了油基钻井液用复合乳化剂的制备方法，包括以下步骤：将主乳化剂、辅乳化剂a和辅乳化剂b混合，升温至43-45℃，搅拌2-3h；继续加入将抗温剂，升温至55-57℃，搅拌时间1.5-2.5h；降温至25-30℃，再加入剩余组分，搅拌时间为2-3h。

17、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

18、1、本发明的目的是提供油基钻井液用复合乳化剂及其制备方法，所述油基钻井液乳化性能高，在高温下稳定性好，以及配制的钻井液高密度情况下流变性好。本发明的原料便宜易得，安全无毒。

19、2、蓖麻油酸是一种天然表面活性剂，但是它抗温性不足，经高温老化后会降低复合乳化剂的性能。本发明将蓖麻油酸上的羧基进行改性，并与两种辅乳化剂复配，得到的复合乳化剂的具有良好的乳化性能，并且抗温能力较好。当主乳化剂、辅乳化剂a、辅乳化剂b通过特定的质量比进行复配后，可以改善复合乳化剂的破乳电压。

20、3、本发明试图使用γ-环糊精包合主乳化剂上的基团，用以提高复合乳化剂的抗温性能，但是发明人发现由于γ-环糊精的表面疏水基团使其在本发明体系中的包合效果并不理想。发明人通过对γ-环糊精进行改性，改善了其与本发明体系的相容性，使复合乳化剂的抗温效果更佳。本发明的复合乳化剂配成油基钻井液在高密度下也可以具有良好的流动性，解决了超高密度的油基钻井液由于固相含量极高，粘度太高，流动阻力太大，钻井排量达不到净化井眼要求，难以适应超深油气井和高压页岩气井长时间钻井要求的问题。

技术特征：

1.油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，所述复合乳化剂包括以下质量份数的组分：主乳化剂30-40份、辅乳化剂a：磺酸盐10-20份、辅乳化剂b：油酸8-18份、润湿剂12-17份、改性环糊精3-8份和提切剂5-10份；

2.根据权利要求1所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，所述辅乳化剂a选自十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，所述辅乳化剂a为质量比1.4-1.8：0.8-1.2：0.3-0.7的十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠和十二烷基二苯醚二磺酸钠复配。

4.根据权利要求1所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，所述主乳化剂、辅乳化剂a和辅乳化剂b的质量比为3.2-3.3：1.1-1.2：1。

5.根据权利要求1所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，所述改性环糊精的制备方法为：按质量份数计，将10份γ-环糊精分散在100份去离子水中，搅拌均匀形成悬浮液；将0.5份2-辛烯基琥珀酸酐加入到3份无水乙醇中制成混合液；将混合液逐滴滴入悬浮液中，同时控制反应体系的ph为8-9，反应直至体系ph恒定，将反应体系的ph调至6，再经洗涤、离心、干燥处理，粉碎过80目筛，得到改性环糊精。

6.根据权利要求5所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，使用4wt％naoh水溶液控制反应体系的ph为8-9。

7.根据权利要求5所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，使用4wt％hcl水溶液将反应体系的ph调至6。

8.根据权利要求1所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，所述润湿剂为十二烷基三甲基溴化铵。

9.根据权利要求1所述的油基钻井液用复合乳化剂，其特征在于，所述提切剂为提切剂d2833。

10.权利要求1-9任一项所述的油基钻井液用复合乳化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将主乳化剂、辅乳化剂a和辅乳化剂b混合，升温至43-45℃，搅拌2-3h；继续加入将抗温剂，升温至55-57℃，搅拌时间1.5-2.5h；降温至25-30℃，再加入剩余组分，搅拌时间为2-3h。

技术总结本发明提供了油基钻井液用复合乳化剂及其制备方法，所述复合乳化剂包括以下质量份数的组分：主乳化剂30‑40份、辅乳化剂A：磺酸盐10‑20份、辅乳化剂B：油酸8‑18份、润湿剂12‑17份、改性环糊精3‑8份和提切剂5‑10份；其中，所述主乳化剂的制备方法为：(1)将1摩尔份数的蓖麻油酸和1.1摩尔份数的二乙烯三胺混合，在165‑170℃恒温反应至无副产物水产生为止，得到产物A；(2)继续向产物A中缓慢滴加1.1摩尔份数的丙烯腈，在40‑45℃反应2‑3h，减压蒸馏，得到主乳化剂。本发明的复合乳化剂的乳化性能高，在高温下稳定性好，配制的钻井液高密度情况下流变性好。技术研发人员：崔金浩,崔磊,张俊嘉,崔玉谦,苏红卫受保护的技术使用者：辉县市善水化工科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5