CN109749723A - 一种油基钻井液用抗高温乳化剂、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油基钻井液用抗高温乳化剂、制备方法及应用。乳化剂包括:松香酸、白油、碱和烷基磺酸盐；各组分按重量份数计：白油100重量份；松香酸40～100重量份；碱4～17重量份；烷基磺酸盐5～60重量份。制备方法包括：将松香酸与白油混合加热至30～100℃，搅拌充分溶解，加入碱在30～100℃下反应1～4小时，再加入烷基磺酸盐，反应1～4小时，冷却制得所述抗高温乳化剂。本发明的乳化剂抗温可达200℃以上，具有良好的乳化效果；并且反应条件温和，有利于可再生资源的再利用，而且实现了副产品附加值的大幅提升，极具经济意义和社会意义。

Description

一种油基钻井液用抗高温乳化剂、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及油基钻井液技术领域，进一步地说，是涉及一种油基钻井液用抗高温乳化剂、制备方法及应用。

背景技术

油基钻井液具有抑制性强、润滑性优异、利于井壁稳定等众多优点，这使得油基钻井液成为钻探高难度、高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂结构井的重要手段，在全球钻井液市场中具有重要的地位。

在油基钻井液中，主要依靠乳化剂将分散相(水相)均匀分散于连续相(油相)中，因此乳化剂性能的优劣直接决定了油基钻井液体系的稳定性能，同时其对油基钻井液的流变性和滤失量也有重要的影响。

目前，国内油基钻井液用乳化剂主要为失水山梨醇脂肪酸酯类和聚酰胺类。例如，中国专利公开号104449598A公开了“一种油基钻井液用增粘乳化剂及其制备方法”，其主要成分为失水山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸甘油酯、聚乙烯衍生物等。中国专利102027092A公开了“用于油基钻井液的基于多胺和脂肪酸/羧酸的聚酰胺乳化剂”，其主要组分为脂肪酸与多胺和单(多)元羧酸的反应物。对于失水山梨醇脂肪酸酯类乳化剂，其主要存在高温条件下易分解、失效的不足，尤其在油基钻井液的碱性体系环境用于150℃以上的深井钻探工程中，其需要不断维护补加；而对于聚酰胺类乳化剂，其在高温下具有较好的乳化效果，但其采用多种原材料、制备工艺复杂、生产成本高昂。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种油基钻井液用抗高温乳化剂、制备方法及应用。利用林业副产品松香酸为主要原料，通过合理的路线和温和的反应条件，制备抗高温的油基钻井液用乳化剂，这不仅有利于可再生资源的再利用，而且实现了副产品附加值的大幅提升。极具经济意义和社会意义。

本发明的目的之一是提供一种油基钻井液用抗高温乳化剂。

所述乳化剂包括:

松香酸、白油、碱和烷基磺酸盐；

各组分按重量份数计：

所述碱可以与松香酸反应生产具有乳化功效的松香酸盐，优选为氧化钙、氧化钠、氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或组合。

白油起到分散相的功效，使得高温乳化剂具有良好的流动性，便于钻井作业现场尤其是低温高寒环境下的施工。白油可采用工业级3#、5#、7#、10#、15#白油及其混合物；

所述烷基磺酸盐可起到辅助乳化的功效，烷基磺酸盐为烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐或石油磺酸盐中的一种或组合；所述烷基磺酸盐的烷基碳数优选为6～40；磺酸盐优选为磺酸钙、磺酸钠、磺酸钾中的一种或混合。

本发明的目的之二是提供一种所述的油基钻井液用抗高温乳化剂的制备方法。包括：

将松香酸与白油混合加热至30～100℃，搅拌充分溶解，加入碱在30～100℃下反应1～4小时，再加入烷基磺酸盐，反应1～4小时，冷却制得所述抗高温乳化剂。

本发明的目的之三是提供一种所述的油基钻井液用抗高温乳化剂在石油钻井中的应用。

本发明的抗高温乳化剂可用作柴油、白油、α-长链烯烃、精炼矿物油、气制油及其混合物作为基础油的油基钻井液体系的乳化剂，加量为2～6％，抗温可达220℃。

发明的效果

1.利用林业副产品松香酸，通过简单的反应工艺制备抗高温油基钻井液用乳化剂，较目前多用的脂肪酰胺类乳化剂大幅简化了生产工艺，降低了成本。

2.该乳化剂可应用于柴油、白油、α-长链烯烃、长链酯、气制油及其混合物作为基础油的油基钻井液体系，具有良好的乳化效果，抗温可达220℃。

3.该乳化剂的主要原料松香酸为林业资源副产品，这不仅有利于可再生资源的再利用，而且实现了副产品附加值的大幅提升。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

本发明绝并不仅限于下述实施例。

实施例1：本发明乳化剂的制备

(1)本发明乳化剂为碱、松香酸、白油和烷基磺酸盐的组合物。

(2)本实施例使用主要材料如下：松香酸由郑州佳鸿化工产品有限公司生产，白油为中国石化燕山石化公司产品，十二烷基磺酸钠为北京化学试剂公司的化学纯、烷基苯磺酸钙为邢台蓝星助剂厂生产，石油磺酸钙由邢台蓝星助剂厂生产，氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾均为北京化学试剂公司化学纯。

(3)本实施例乳化剂的组成如下：

乳化剂1：氧化钙:松香酸:白油:十二烷基磺酸钠为17:100:100:5；

乳化剂2：氢氧化钙:松香酸:白油:十二烷基磺酸钠为4:40:100:60；

乳化剂3：氢氧化钠:松香酸:白油:石油磺酸钙为7:40:100:45；

乳化剂4：氢氧化钾:松香酸:白油:石油磺酸钙为10:50:100:20；

乳化剂5：氧化钙:松香酸:白油:烷基苯磺酸钙为5:40:100:60；

乳化剂6：氢氧化钠:松香酸:白油:烷基苯磺酸钙为12:50:100:25。

(4)本实施例乳化剂按如下操作进行制备：

乳化剂1：将松香酸与白油混合加热至30℃，搅拌充分溶解，加入氧化钙在100℃下反应4小时，再加入十二烷基磺酸钠，反应1小时，冷却即可制得抗高温乳化剂1。

乳化剂2：将松香酸与白油混合加热至60℃，搅拌充分溶解，加入氢氧化钙在100℃下反应4小时，再加入十二烷基磺酸钠，反2小时，冷却即可制得抗高温乳化剂2。

乳化剂3：将松香酸与白油混合加热至80℃，搅拌充分溶解，加入氢氧化钠在80℃下反应2小时，再加入石油磺酸钙，反应2小时，冷却即可制得抗高温乳化剂3。

乳化剂4：将松香酸与白油混合加热至100℃，搅拌充分溶解，加入氢氧化钾在100℃下反应1小时，再加入石油磺酸钙，反应1小时，冷却即可制得抗高温乳化剂4。

乳化剂5：将松香酸与白油混合加热至90℃，搅拌充分溶解，加入氧化钙在50℃下反应4小时，再加入烷基苯磺酸钙，反应4小时，冷却即可制得抗高温乳化剂5。

乳化剂6：将松香酸与白油混合加热至100℃，搅拌充分溶解，加入氢氧化钠在30℃下反应4小时，再加入烷基苯磺酸钙，反应3小时，冷却即可制得抗高温乳化剂6。

实施例2：本发明乳化剂配置油基钻井液

为了有效评价本发明乳化剂的效果，采用如下配方配置油基钻井液体系，配方组成为：100份基础油(柴油、白油、α-长链烯烃、精炼矿物油、气制油)、33份质量浓度为25％的CaCl₂水溶液、5份本发明乳化剂、3份CaO、4份有机土、4份降滤失剂。

上述配方按照如下步骤进行配置：

在搅拌杯中放入油基钻井液用基础油，在强力搅拌下加入乳化剂，高速搅拌10min；然后加入CaCl₂盐水，高速搅拌40min；然后向混合体系中依次加入有机土、氧化钙和降滤失剂，每种材料加入后强力搅拌20min，所有材料加完后再强力搅拌30min，即可获得油基钻井液体系。

实施例3：油基钻井液性能测定

参照GB/T 16782-1997测定不同乳化剂配置的油基钻井液体系的破乳电压ES、塑性粘度PV、动切力YP，测试结果见表1。

表1 不同乳化剂的油基钻井液体系性能

表1表明，本发明制备的乳化剂在不同基础油组成的油基钻井液中在180℃～220℃高温后，破乳电压ES均高于500V，远高于乳化稳定的要求阈值400V，均具有良好的乳化效果。

Claims (8)

1.一种油基钻井液用抗高温乳化剂，其特征在于所述乳化剂包括:

松香酸、白油、碱和烷基磺酸盐；

各组分按重量份数计：

2.如权利要求1所述的油基钻井液用抗高温乳化剂，其特征在于：

3.如权利要求1所述的油基钻井液用抗高温乳化剂，其特征在于：

所述碱为氧化钙、氧化钠、氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或组合。

4.如权利要求1所述的油基钻井液用抗高温乳化剂，其特征在于：

所述烷基磺酸盐为烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐或石油磺酸盐中的一种或组合。

5.如权利要求4所述的所述的油基钻井液用抗高温乳化剂，其特征在于：

所述烷基磺酸盐的烷基碳数为6～40。

6.如权利要求5所述的所述的油基钻井液用抗高温乳化剂，其特征在于：

磺酸盐为磺酸钙、磺酸钠、磺酸钾中的一种或混合。

7.一种如权利要求1～6之一所述的油基钻井液用抗高温乳化剂的制备方法，其特征在于所述方法包括：

将松香酸与白油混合加热至30～100℃，搅拌充分溶解，加入碱在30～100℃下反应1～4小时，再加入烷基磺酸盐，反应1～4小时，冷却制得所述抗高温乳化剂。

8.一种如权利要求1～6之一所述的油基钻井液用抗高温乳化剂在石油钻井中的应用。