CN114716983A - 一种油基钻井液用复合乳化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油基钻井液用复合乳化剂,属于油基钻井液技术领域,包括以下重量份原料:2‑3.5份酚醚磺酸盐、0.5‑0.8份辅助乳化剂、0.3‑0.5份稳定剂、1‑4份非离子表面活性剂、0.2‑0.8份两性离子表面活性剂、20‑40份基础油,以硬脂酸代替妥尔油酸制备较为稳定的酰胺基胺辅助乳化剂,以聚乙烯蜡为芯材、以聚脲为有机壁材和载银纳米线蒙脱土为无机壁材的相变微胶囊材料,通过后处理得到稳定剂,借助稳定剂的高潜热容和较大的传热面积,提高复合乳化剂的耐高温性能,本发明制备的复合乳化剂抗温可达230℃以上,提高油基体系破乳电压,还有较强的抗污染效果,性能稳定,使用简单。
Description
技术领域
本发明属于油基钻井液技术领域,具体地,涉及一种油基钻井液用复合乳化剂。
背景技术
工业发展促进能源消耗增长,油气资源供给为经济发展提供基础保障,随着油气资源钻采力度增加,高温深井(温度超过170℃、深度超过5000m),油气埋藏深、温度梯度大使储层温度高,增加了钻采难度,并对钻井液技术提出了挑战。油基钻井液使钻具与套管、井壁摩阻、钻井扭矩降低,具有护壁性能强以及抗侵污性能优异等优点,其现场使用便捷、性能维护工作量小,使其广泛应用于各油田复杂井。
油基钻井液乳化剂的作用为:定向吸附在油水界面上形成牢固的界面膜,降低界面张力,阻止分散在油中的水相聚集成大液滴;乳化剂使乳状液稳定,亲油胶体物质如有机土、降滤失剂以及封堵剂才能在界面上形成具有一定强度的网架结构。但是高温条件下,乳化剂分子运动活跃性提高,乳化剂分子中键能较小的链接键(醚键R-0-R)易断裂,降低了分子间的互相作用力以及破坏了其氢键作用,使乳化剂失去乳化能力,甚至乳状液出现破乳现象,耐高温油基钻井液用乳化剂是目前极为需要的一种乳化剂,如中国专利CN108276976B公开了一种高效油基钻井液乳化剂及其制备方法,将妥尔油酸、顺丁烯二酸酐、第一催化剂以及溶剂加热反应,得到妥尔油酸-顺酐加合物;在妥尔油酸-顺酐加合物中加入第二催化剂,加热至反应所需的温度后加入羟乙基乙二胺,继续加热反应一段时间,得到所述的高效油基钻井液乳化剂。该专利以妥尔油酸、顺丁烯二酸酐为原料制备乳化剂,但是这两种原料均含有不饱和双键,不饱和双键不稳定,高温下容易发生聚合反应,进而影响乳化剂的稳定性,因此,提供一种性能稳定的油基钻井液用复合乳化剂是目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题,本发明提供油基钻井液用复合乳化剂。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
油基钻井液用复合乳化剂,包括以下重量份原料:2-3.5份酚醚磺酸盐、0.5-0.8份辅助乳化剂、0.3-0.5份稳定剂、1-4份非离子表面活性剂、0.2-0.8份两性离子表面活性剂、20-40份基础油;
该油基钻井液用复合乳化剂由以下步骤制成:
将酚醚磺酸盐、辅助乳化剂、稳定剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和基础油按照配方比混合,温度60-70℃下搅拌2-3h,得到油基钻井液用复合乳化剂。
进一步地,辅助乳化剂由以下步骤制成:
步骤A1、将硬脂酸边搅拌边升温至70℃,按照硬脂酸和多元胺的质量比为3-4:1加入多元胺,升温至170-180℃后保温反应3-5h,得到脂肪酸酰胺化合物;
步骤A2、向脂肪酸酰胺化合物中加入氯乙酸酰胺,脂肪酸酰胺化合物和氯乙酸酰胺质量比为1:1,温度170-180℃后保温反应1-2h,得到辅助乳化剂。
其中,多元胺为十八胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和二氨基二苯甲烷中的一种或多种按照任意比例组成。
本发明以硬脂酸代替妥尔油酸,其分子结构中不含不饱和双键,高温下性质较为稳定,并且以硬脂酸、多元胺和氯乙酸酰胺为原料制备了酰胺基胺辅助乳化剂,乳化能力强,增强油基体系抗温性能。
进一步地,稳定剂由以下步骤制成:
步骤B1、将蒙脱土超声分散于去离子水中形成质量分数1.5%的悬浮液,向悬浮液中加入银纳米线,超声分散均匀,然后加入壳聚糖溶液,搅拌10-20min,密封后在100±2℃烘箱中烘干,得到壁材;
其中,悬浮液和壳聚糖溶液的体积比为20:3,银纳米线的用量为蒙脱土质量的1.5-2.5%,壳聚糖溶液为壳聚糖和质量分数1%的醋酸溶液按照1g:100mL混合而成,以壳聚糖为有机交联剂,使蒙脱土自组装形成三维连通的多孔骨架结构,并且该三维网状骨架结构中穿插着大量的银纳米线,得到壁材;
步骤B2、将聚乙烯蜡升温熔化,控制温度95-100℃下,加入异佛尔酮二异氰酸酯和二月硅酸二丁基锡,搅拌混合均匀后得到油相,将壁材分散于去离子水中,得到水相,将油相和水相混合,在12000rpm的剪切速率下高速剪切乳化3-5min,然后转移至三口烧瓶中,100℃下搅拌反应5h,诱发分散于油相中的异佛尔酮二异氰酸酯与去离子水在乳液界面处发生聚合反应得到聚脲,降温至50℃搅拌反应12h后,转速4000rpm下离心5min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤后置于70℃干燥箱中干燥至恒重,得到相变微胶囊;
其中,聚乙烯蜡、二月硅酸二丁基锡、异佛尔酮二异氰酸酯、壁材和去离子水的用量比为3.8-4.0g:0.07g:0.4g:0.4g:16mL,以聚乙烯蜡为芯材,以聚脲为有机壁材、载银纳米线蒙脱土为无机壁材,有机壁材阻止泄漏,无机壁材提升稳定性与机械强度,得到相变微胶囊;
步骤B3、将十六烷基三甲基氯化铵溶于5#白油,转速1000r/min条件下搅拌10min后,加入相变微胶囊,1200r/min搅拌30min后,然后温度60℃,40kHz超声震荡3h后,抽滤,滤饼用乙醇洗涤后蒸馏水洗涤,最后60℃下干燥,得到稳定剂;
其中,十六烷基三甲基氯化铵、相变微胶囊和5#白油的用量比为0.05g:0.5g:5-8mL,利用表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵和5#白油对相变微胶囊改性处理,提高其与复合乳液的相容性以及其在复合乳液中的悬浮稳定性。
为了提高油基钻井液用乳化剂的耐高温性能,本发明在乳化剂中加入了稳定剂,该稳定剂是以聚乙烯蜡为芯材、以聚脲为有机壁材和载银纳米线蒙脱土为无机壁材的相变微胶囊材料,具有较高的潜热容和较大的传热面积,具有一定的吸热作用,能够减少高温条件对乳化剂的破坏,并且本发明在蒙脱土表面负载银纳米线,借助银纳米线的高导热、体积小的特点,提高壁材的导热性能。
进一步地,酚醚磺酸盐为壬基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸钙,m=2,n=15;辛基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸,m=1,n=30;十二烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸镁,m=4,n=15;枯基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸钙或壬基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸锌,m=1,n=5;m为乙氧基团EO的加合数,n为丙氧基团PO的加合数。
进一步地,非离子表面活性剂为斯盘、吐温、月桂酰二乙醇胺、椰油酰二乙醇胺、肉豆蔻酰二乙醇胺和棕榈油酰二乙醇胺中的一种。
进一步地,两性离子表面活性剂为椰油酰胺基丙基甜菜碱、硬脂酰胺基丙基甜菜碱和油基甜菜碱中的一种。
进一步地,基础油为柴油或者白油。
本发明的有益效果:
1、本发明以酚醚磺酸盐、辅助乳化剂、稳定剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和基础油为原料制备了复合乳化,抗温可达230℃以上,提高油基体系破乳电压,还有较强的抗污染效果,性能稳定,使用简单。
2、本发明以硬脂酸代替妥尔油酸,其分子结构中不含不饱和双键,高温下性质较为稳定,并且以硬脂酸、多元胺和氯乙酸酰胺为原料制备了酰胺基胺辅助乳化剂,乳化能力强,增强油基体系抗温性能。
3、为了提高油基钻井液用乳化剂的耐高温性能,本发明在乳化剂中加入了稳定剂,该稳定剂是以聚乙烯蜡为芯材、以聚脲为有机壁材和载银纳米线蒙脱土为无机壁材的相变微胶囊材料,具有较高的潜热容和较大的传热面积,具有一定的吸热作用,能够减少高温条件对乳化剂的破坏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种稳定剂,由以下步骤制成:
步骤B1、将蒙脱土超声分散于去离子水中形成质量分数1.5%的悬浮液,向悬浮液中加入银纳米线,超声分散均匀,然后加入壳聚糖溶液,搅拌10min,密封后在98℃烘箱中烘干,得到壁材,悬浮液和壳聚糖溶液的体积比为20:3,银纳米线的用量为蒙脱土质量的1.5%,壳聚糖溶液为壳聚糖和质量分数1%的醋酸溶液按照1g:100mL混合而成;
步骤B2、将3.8g聚乙烯蜡升温熔化,控制温度95℃下,加入0.4g异佛尔酮二异氰酸酯和0.07g二月硅酸二丁基锡,搅拌混合均匀后得到油相,将0.4g壁材分散于16mL去离子水中,得到水相,将油相和水相混合,在12000rpm的剪切速率下高速剪切乳化3min,然后转移至三口烧瓶中,100℃下搅拌反应5h,降温至50℃搅拌反应12h后,转速4000rpm下离心5min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤后置于70℃干燥箱中干燥至恒重,得到相变微胶囊;
步骤B3、将0.05g十六烷基三甲基氯化铵溶于5mL5#白油,转速1000r/min条件下搅拌10min后,加入0.5g相变微胶囊,1200r/min搅拌30min后,然后温度60℃,40kHz超声震荡3h后,抽滤,滤饼用乙醇洗涤后蒸馏水洗涤,最后60℃下干燥,得到稳定剂。
实施例2
本实施例提供一种稳定剂,由以下步骤制成:
步骤B1、将蒙脱土超声分散于去离子水中形成质量分数1.5%的悬浮液,向悬浮液中加入银纳米线,超声分散均匀,然后加入壳聚糖溶液,搅拌15min,密封后在100℃烘箱中烘干,得到壁材,悬浮液和壳聚糖溶液的体积比为20:3,银纳米线的用量为蒙脱土质量的2.0%,壳聚糖溶液为壳聚糖和质量分数1%的醋酸溶液按照1g:100mL混合而成;
步骤B2、将3.9g聚乙烯蜡升温熔化,控制温度98℃下,加入0.4g异佛尔酮二异氰酸酯和0.07g二月硅酸二丁基锡,搅拌混合均匀后得到油相,将0.4g壁材分散于16mL去离子水中,得到水相,将油相和水相混合,在12000rpm的剪切速率下高速剪切乳化4min,然后转移至三口烧瓶中,100℃下搅拌反应5h,降温至50℃搅拌反应12h后,转速4000rpm下离心5min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤后置于70℃干燥箱中干燥至恒重,得到相变微胶囊;
步骤B3、将0.05g十六烷基三甲基氯化铵溶于7mL5#白油,转速1000r/min条件下搅拌10min后,加入0.5g相变微胶囊,1200r/min搅拌30min后,然后温度60℃,40kHz超声震荡3h后,抽滤,滤饼用乙醇洗涤后蒸馏水洗涤,最后60℃下干燥,得到稳定剂。
实施例3
本实施例提供一种稳定剂,由以下步骤制成:
步骤B1、将蒙脱土超声分散于去离子水中形成质量分数1.5%的悬浮液,向悬浮液中加入银纳米线,超声分散均匀,然后加入壳聚糖溶液,搅拌20min,密封后在102℃烘箱中烘干,得到壁材,悬浮液和壳聚糖溶液的体积比为20:3,银纳米线的用量为蒙脱土质量的2.5%,壳聚糖溶液为壳聚糖和质量分数1%的醋酸溶液按照1g:100mL混合而成;
步骤B2、将4.0g聚乙烯蜡升温熔化,控制温度100℃下,加入0.4g异佛尔酮二异氰酸酯和0.07g二月硅酸二丁基锡,搅拌混合均匀后得到油相,将0.4g壁材分散于16mL去离子水中,得到水相,将油相和水相混合,在12000rpm的剪切速率下高速剪切乳化5min,然后转移至三口烧瓶中,100℃下搅拌反应5h,诱发分散于油相中的异佛尔酮二异氰酸酯与去离子水在乳液界面处发生聚合反应得到聚脲,降温至50℃搅拌反应12h后,转速4000rpm下离心5min,抽滤,滤饼用去离子水洗涤后置于70℃干燥箱中干燥至恒重,得到相变微胶囊;
步骤B3、将0.05g十六烷基三甲基氯化铵溶于8mL5#白油,转速1000r/min条件下搅拌10min后,加入0.5g相变微胶囊,1200r/min搅拌30min后,然后温度60℃,40kHz超声震荡3h后,抽滤,滤饼用乙醇洗涤后蒸馏水洗涤,最后60℃下干燥,得到稳定剂。
实施例4
油基钻井液用复合乳化剂,包括以下重量份原料:2份酚醚磺酸盐、0.8份辅助乳化剂、0.3份实施例1的稳定剂、4份非离子表面活性剂、0.2份两性离子表面活性剂、40份柴油;
该油基钻井液用复合乳化剂由以下步骤制成:
将酚醚磺酸盐、辅助乳化剂、稳定剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和基础油按照配方比混合,温度60℃下搅拌2h,得到油基钻井液用复合乳化剂。
所述辅助乳化剂由以下步骤制成:
步骤A1、将硬脂酸边搅拌边升温至70℃,按照硬脂酸和十八胺的质量比为3:1加入十八胺,170℃后保温反应3h,得到脂肪酸酰胺化合物;
步骤A2、向脂肪酸酰胺化合物中加入氯乙酸酰胺,脂肪酸酰胺化合物和氯乙酸酰胺质量比为1:1,170℃后保温反应1h,得到辅助乳化剂。
其中,酚醚磺酸盐为壬基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸钙,m=2,n=15,m为乙氧基团EO的加合数,n为丙氧基团PO的加合数;非离子表面活性剂为斯盘80,两性离子表面活性剂为椰油酰胺基丙基甜菜碱。
实施例5
油基钻井液用复合乳化剂,包括以下重量份原料:3.5份酚醚磺酸盐、0.5份辅助乳化剂、0.5份实施例2的稳定剂、1份非离子表面活性剂、0.8份两性离子表面活性剂、20份白油;
该油基钻井液用复合乳化剂由以下步骤制成:
将酚醚磺酸盐、辅助乳化剂、稳定剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和基础油按照配方比混合,温度65℃下搅拌2.5h,得到油基钻井液用复合乳化剂。
所述辅助乳化剂由以下步骤制成:
步骤A1、将硬脂酸边搅拌边升温至70℃,按照硬脂酸和二乙烯三胺的质量比为3.5:1加入二乙烯三胺,175℃后保温反应4h,得到脂肪酸酰胺化合物;
步骤A2、向脂肪酸酰胺化合物中加入氯乙酸酰胺,脂肪酸酰胺化合物和氯乙酸酰胺质量比为1:1,175℃后保温反应1.5h,得到辅助乳化剂。
其中,酚醚磺酸盐为辛基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸,m=1,n=30,m为乙氧基团EO的加合数,n为丙氧基团PO的加合数;非离子表面活性剂为吐温20,两性离子表面活性剂为硬脂酰胺基丙基甜菜碱。
实施例6
油基钻井液用复合乳化剂,包括以下重量份原料:3份酚醚磺酸盐、0.7份辅助乳化剂、0.4份实施例3的稳定剂、2份非离子表面活性剂、0.6份两性离子表面活性剂、30份柴油;
该油基钻井液用复合乳化剂由以下步骤制成:
将酚醚磺酸盐、辅助乳化剂、稳定剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和基础油按照配方比混合,70℃下搅拌3h,得到油基钻井液用复合乳化剂。
所述辅助乳化剂由以下步骤制成:
步骤A1、将硬脂酸边搅拌边升温至70℃,按照硬脂酸和三乙烯四胺的质量比为4:1加入三乙烯四胺,180℃后保温反应5h,得到脂肪酸酰胺化合物;
步骤A2、向脂肪酸酰胺化合物中加入氯乙酸酰胺,脂肪酸酰胺化合物和氯乙酸酰胺质量比为1:1,180℃后保温反应2h,得到辅助乳化剂。
其中,酚醚磺酸盐为十二烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚羟基丙磺酸镁,m=4,n=15,m为乙氧基团EO的加合数,n为丙氧基团PO的加合数;非离子表面活性剂为月桂酰二乙醇胺,两性离子表面活性剂为硬脂酰胺基丙基甜菜碱。
对比例1
将实施例4中的稳定剂去除,其余原料及制备过程同实施例4。
对比例2
将实施例5中的硬脂酸替换成等质量的妥尔油酸,其余原料及制备过程同实施例5。
将实施例4-6和对比例1-2所得的复合乳化剂进行测试,测试标准如下:
(一)稳定性:参照SY/T 6615-2005《钻井液用乳化剂评价程序》,考察不同乳化剂在高温老化前后的稳定性,基液:21mL5#白油+2g有机土+90mL20%CaCl2溶液,在基液中加入2%的实施例和对比例的复合乳化剂并搅拌均匀,在50℃下测试常规性能,老化条件下为230℃×16h,结果如表1所示:
表1
注:AV为表观粘度,PV为塑性粘度,YP为动切力,参照GB/T161782-1997用六速旋转粘度计ZNN-D6B测得,ES为破乳电压,用电稳定仪DWY测得,乳化率:将在230℃老化后的乳液静置24h,观察用量取析出油相的体积,计算出相应的乳化率(%);
由表1可以看出,实施例4-6的乳液老化前后破乳电压变化范围较小,并且高于对比例1-2的破乳电压,说明本发明制备的复合乳化剂制备的乳液高温稳定性优异对比例1-2,说明本发明制备的复合乳化剂形成的乳液界面膜强度更高,耐高温性能更好。
(二)在油基钻井液中的应用性能
以油基钻井液为基础,配制用于测试的钻井液,配方如下:油水比85:15,密度为2.45g/cm3,油基钻井液基本配方:255ml柴油+5g复合乳化剂(实施例和对比例)+45mL25%CaCl2水溶液+3g有机土+12g降滤失剂+15g CaO+重晶石,老化条件下为230℃×16h,评价乳化剂的流变性能及抗高温性能,数据见下表2:
表2
由表2可以看出,使用实施例4-6复合乳化剂的钻井液体系,老化前后的体系破乳电压降低幅度较小,而对比例1-2降低幅度较大,并且高温高压滤失量也增加明显,这是由于随着体系温度的升高,实施例4-6的复合乳化剂在油/水体系中的由于稳定剂的存在,230℃的温度不会对乳化剂造成破坏,实施例4-6复合乳化剂所形成的界面膜强度更加稳定,具有更好的抗高温性能。
在说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,包括以下重量份原料:2-3.5份酚醚磺酸盐、0.5-0.8份辅助乳化剂、0.3-0.5份稳定剂、1-4份非离子表面活性剂、0.2-0.8份两性离子表面活性剂、20-40份基础油;
其中,稳定剂由以下步骤制成:
将十六烷基三甲基氯化铵溶于5#白油,搅拌后加入相变微胶囊,搅拌后60℃、40kHz超声震荡3h后,抽滤,滤饼洗涤、干燥,得到稳定剂。
2.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,十六烷基三甲基氯化铵、相变微胶囊和5#白油的用量比为0.05g:0.5g:5-8mL。
3.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,辅助乳化剂由以下步骤制成:
步骤A1、将硬脂酸边搅拌边升温至70℃,按照硬脂酸和多元胺的质量比为3-4:1加入多元胺,170-180℃下反应3-5h,得到脂肪酸酰胺化合物;
步骤A2、向脂肪酸酰胺化合物中加入氯乙酸酰胺,脂肪酸酰胺化合物和氯乙酸酰胺质量比为1:1,170-180℃下反应1-2h,得到辅助乳化剂。
4.根据权利要求3所述的一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,步骤A1中多元胺为十八胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和二氨基二苯甲烷中的一种或多种按照任意比例组成。
5.根据权利要求3所述的一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,相变微胶囊由以下步骤制成:
步骤B1、将蒙脱土超声分散于去离子水中形成质量分数1.5%的悬浮液,向悬浮液中加入银纳米线,超声分散均匀,然后加入壳聚糖溶液,搅拌密封后烘干,得到壁材;
步骤B2、将聚乙烯蜡升温熔化,温度95-100℃下,加入异佛尔酮二异氰酸酯和二月硅酸二丁基锡,搅拌混合均匀后得到油相,将壁材分散于去离子水中,得到水相,将油相和水相混合,剪切乳化后100℃下搅拌反应5h,降温至50℃搅拌反应12h后,后处理,得到相变微胶囊。
6.根据权利要求5所述的一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,步骤B1中悬浮液和壳聚糖溶液的体积比为20:3,银纳米线的用量为蒙脱土质量的1.5-2.5%。
7.根据权利要求5所述的一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,壳聚糖溶液为壳聚糖和质量分数1%的醋酸溶液按照1g:100mL混合而成。
8.根据权利要求5所述的一种油基钻井液用复合乳化剂,其特征在于,步骤B2中聚乙烯蜡、二月硅酸二丁基锡、异佛尔酮二异氰酸酯、壁材和去离子水的用量比为3.8-4.0g:0.07g:0.4g:0.4g:16mL。
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