一種高觸變的抗高溫油包水鉆井液用乳化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油田鉆井技術(shù)領(lǐng)域中一種處理劑，尤其是一種高觸變的抗高溫油包水 鉆井液用乳化劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)溶液中含有少量表面活性劑時，能極大地降低溶液的表面（及界面）張力，改變 體系的界面狀態(tài)，從而產(chǎn)生乳化、潤濕、起泡、增溶等一系列作用。在油田生產(chǎn)中，表面活性 劑可以作為油田鉆井流體用水包油乳化劑和油包水乳化劑、潤濕劑、起泡劑、消泡劑、清洗 劑，以及三次采油用的驅(qū)油劑等。當(dāng)表面活性劑用于油包水乳化鉆井液時，親油基團(tuán)伸入油 相，親水基團(tuán)由于親水疏油作用而甩于油相之外，因此在油水界面形成了定向排列，降低了 油水界面張力，使水相以穩(wěn)定的小液滴形式分散于基礎(chǔ)油相中，配合有機(jī)土和降濾失劑等 處理劑可以形成一種井壁穩(wěn)定能力強(qiáng)、保護(hù)儲層效果好，可用于水敏性地層、鹽膏層或高溫 地層鉆井，具有優(yōu)異潤滑性和濾失造壁性的鉆井流體。然而，由于傳統(tǒng)抗高溫油包水鉆井液 乳化劑的表面活性低，乳狀液穩(wěn)定性較差，對有用固相的潤濕作用不充分，造成粘度高，切 力低，攜巖能力差等問題，使油包水乳化鉆井液的應(yīng)用受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明在于克服【背景技術(shù)】中存在的現(xiàn)有抗高溫油包水鉆井液乳化劑粘度高、切力 低，配制油包水鉆井液攜巖能力差的問題，而提供一種高觸變的抗高溫油包水鉆井液用乳 化劑。該高觸變的抗高溫油包水鉆井液用乳化劑，選擇了含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的原料來提高乳化 劑的抗高溫能力，能夠使鉆井液在高溫條件下仍具有高觸變的流變性。 本發(fā)明解決其問題可通過如下技術(shù)方案來達(dá)到：該高觸變的抗高溫油包水鉆井液用乳 化劑，由組分I和組分II兩種表面活性劑混合而成，組分I為Gemini雙子季銨鹽型表面活 性劑，組分II為酰胺類表面活性劑，組分I和組分II的質(zhì)量百分比為2:1~4:1 ;所述組 分I分子結(jié)構(gòu)式如下： 札，-[(012(皿)!1012，-(013) 2(012)3-0)順-1?2)2] 2+ · 2C1 組分II分子結(jié)構(gòu)式為： r3-conh-r4 式中札為C12!125、(：14!129、(： 16!133、(：18!137或(：18!1 29，1?2為（(：18!1280(〇*勵)丄或（(： 18!128(〇*勵） 丄，R3為C21H41、C15H31 或C17H33,心為C6Hn或（CH2)3N(CH3)2。 本發(fā)明乳化劑組分I屬雙子季銨鹽型表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)中含有兩個親水頭基，通 過聯(lián)接基團(tuán)相連接，這樣的分子結(jié)構(gòu)使得雙子表面活性劑與傳統(tǒng)表面活性劑相比較，可以 有效阻止親水頭基同性電荷之間的靜電排斥作用，使親水基團(tuán)更為緊密地排列在油水界 面，迫使親油基團(tuán)在油水界面呈現(xiàn)幾乎豎直的排列，從而大幅度降低表面能。組分I含有兩 個正電荷N+，含有吸附能力較強(qiáng)的酰胺基團(tuán)，形成的雙電層ζ電位較高，乳化效率高，同時， 通過引入五元環(huán)和苯環(huán)結(jié)構(gòu)，提供了較大的立體障礙，對高溫不穩(wěn)定基團(tuán)起到空間位阻保 護(hù)作用，提高了乳化劑的熱穩(wěn)定性，是一種抗高溫的高效乳化劑。由于雙子表面活性劑具有 較強(qiáng)的降低油水界面張力的能力，因而組分I的cmc值較傳統(tǒng)表面活性劑要小得多，當(dāng)油相 中組分I的濃度高于cmc時，其分散進(jìn)入油相中增加了油相粘度，可提高鉆井液流變性能。 組分I分子鏈上含有多個五元環(huán)結(jié)構(gòu)和苯環(huán)結(jié)構(gòu)，靜止時乳化劑分子之間、乳化劑與有機(jī) 土、有機(jī)土與分散水相之間依靠分子間作用力形成類似水基鉆井液的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，剪切 條件下作用力減弱或消失，使得鉆井液具有了高觸變的流變性。組分II為含叔胺的酰胺類 表面活性劑，與組分I復(fù)配，調(diào)節(jié)乳化劑混合物HLB值，增強(qiáng)油水界面膜強(qiáng)度，同時，組分II 結(jié)構(gòu)含有六元環(huán)，對高溫不穩(wěn)定基團(tuán)提供空間位阻保護(hù)，提高了乳化劑的熱穩(wěn)定性。 本發(fā)明與上述【背景技術(shù)】相比較可具有如下有益效果：該高觸變的抗高溫油包水鉆井液 用乳化劑，選擇了含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的原料來提高乳化劑的抗高溫能力，乳化劑親油基團(tuán)中含 有苯環(huán)結(jié)構(gòu)和多個五元環(huán)結(jié)構(gòu)，使得乳化劑分子之間、乳化劑與有機(jī)土之間依靠分子間作 用力形成類似水基鉆井液的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高溫條件下乳化劑環(huán)狀結(jié)構(gòu)起到空間位阻保護(hù) 作用，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而鉆井液在高溫條件下仍具有高觸變的流變性。該高觸變的抗高溫 油包水鉆井液用乳化劑抗溫能力可達(dá)260°C，動切力8Pa，動塑比可達(dá)0· 36Pa/mPa*s以上， 具有較好的低剪切速率粘度，可以更好的懸浮鉆肩和加重劑。 【具體實施方式】： 下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明： 實施例1. 第一步反應(yīng)，將500ml的四口燒瓶放于加熱套上，安好溫度計、攪拌器、分水器及冷凝 裝置。將l.Omol精制蓖麻油酸加入四口燒瓶中，開動攪拌，并通N2保護(hù)，待燒瓶內(nèi)空氣被 置換干凈后，緩慢加入l.Omol的N，N-二甲基-1，3-丙二胺，開啟加熱套開關(guān)，緩慢升溫。 待燒瓶內(nèi)反應(yīng)物升溫至120°C時，保溫120°C±2°C反應(yīng)，注意不要使反應(yīng)混合物溫度超過 122°C。觀察分水器中分出的水，當(dāng)分出的水質(zhì)量為17. 5g時，取樣檢測反應(yīng)混合物酸值，并 注意觀察出水情況。當(dāng)酸值小于2mgK0H/g時，若同時連續(xù)lOmin內(nèi)無法觀察到脫水，結(jié)束 反應(yīng)。若酸值未達(dá)到要求或可觀察到水生成，繼續(xù)反應(yīng)直到達(dá)到要求為止。此時得到中間 產(chǎn)物（I)蓖麻油酰胺丙基二甲基叔胺。 第二步反應(yīng)，將500ml的三口燒瓶放于鐵架臺上，安好攪拌器、恒壓滴液漏斗。通入N2 保護(hù)，將〇.5mol的中間產(chǎn)物（I)加入燒瓶中，開啟攪拌，滴加引發(fā)劑AIBN，攪拌下緩慢加入 lmol的NVP，70°C下保溫反應(yīng)1.5h，即得中間產(chǎn)物（II)聚η-乙烯基蓖麻油酰胺丙基二甲基 叔胺。 第三步反應(yīng)，將500ml的三口燒瓶放于鐵架臺上，安好攪拌器、恒壓滴液漏斗。將 150mL的無水乙醇加入燒瓶中，開啟攪拌，通N2保護(hù)，加入0. 5mol的4-十二烷基苯胺，攪 拌下將1. 2mol的環(huán)氧氯丙烷用恒壓滴液漏斗滴加入燒瓶中，控制滴加速度，環(huán)氧氯丙烷在 180-200min滴完。滴加完成恒溫40°C，繼續(xù)反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束。通過減壓蒸餾除去無水乙 醇和過量的環(huán)氧氯丙烷，即得中間產(chǎn)物（ΙΙΙ)Ν，Ν-二（2-羥基-3-氯丙基）十二烷基苯胺。 第四步反應(yīng)，將500ml的四口燒瓶放于加熱套上，安好溫度計、攪拌器及回流冷凝裝 置。將150mL的無水乙醇加入燒瓶中，開動攪拌，并通N2保護(hù)，加入中間產(chǎn)物（II)197g和 (III)90g(該兩步反應(yīng)物的物質(zhì)的量的比為1 :1)。緩慢升溫至80°C，回流反應(yīng)30h后，蒸 去無水乙醇，加入167g的二乙二醇丁醚，攪拌冷卻至室溫得組分I，標(biāo)記為樣品al。 將500ml的四口燒瓶放于加熱套上，安好溫度計、攪拌器、分水器及冷凝裝置。將 1.Omol順二十二碳-13-烯酸加入四口燒瓶中，通N2保護(hù)，開啟加熱套開關(guān)，緩慢升溫，升溫 至40°C，保溫，待順二十二碳-13-烯酸完全熔解成液態(tài)后，開啟攪拌，攪拌5分鐘后，緩慢加 入1.Omol的環(huán)己胺。加完后緩慢升溫至90~100C保溫15分鐘。升溫至120C，保溫反 應(yīng)，同時觀察分水器中分出的水。當(dāng)分出的水質(zhì)量為17. 6g時，若同時連續(xù)lOmin內(nèi)無法觀 察到脫水，取樣檢測反應(yīng)混合物酸值，并注意觀察出水情況。當(dāng)酸值小于2mgK0H/g時，達(dá)到 反應(yīng)終點。若酸值未達(dá)到要求或可觀察到水生成，繼續(xù)反應(yīng)直到達(dá)到要求為止。到達(dá)反應(yīng) 終點后，將反應(yīng)物升溫至140°C保溫攪拌10分鐘，然后撤去加熱套，攪拌降溫至室溫。此時 得到的目標(biāo)產(chǎn)物為組分II順二十二碳-13-烯酸環(huán)己酰胺，標(biāo)記為樣品a2。 組分I和組分II以3:1比例配制成高觸變的抗高溫低粘高切油包水鉆井液乳化劑。 實施例2. 第一步反應(yīng)，將500ml的四口燒瓶放于加熱套上，安好溫度計、攪拌器、分水器及冷凝 裝置。將1.Omol油酸加入四口燒瓶中，開動攪拌，并通N2保護(hù)，待燒瓶內(nèi)空氣被置換干凈 后，緩慢加入1.Omol的N，N-二甲基-1，3-丙二胺，開啟加熱套開關(guān)，緩慢升溫。待燒瓶內(nèi) 反應(yīng)物升溫至120°C時，保溫120°C±2°C反應(yīng)，注意不要使反應(yīng)混合物溫度超過122°C。觀 察分水器中分出的水，當(dāng)分出的水質(zhì)量為17. 5g時，取樣檢測反應(yīng)混合物酸值，并注意觀察 出水情況。當(dāng)酸值小于2mgK0H/g時，若同時連續(xù)lOmin內(nèi)無法觀察到脫水，結(jié)束反應(yīng)。若 酸值未達(dá)到要求或可觀察到水生成，繼續(xù)反應(yīng)直到達(dá)到要求為止。此時得到中間產(chǎn)物（I) 十八酰胺丙基二甲基叔胺。 第二步反應(yīng)，將500ml的三口燒瓶放于鐵架臺上，安好攪拌器、恒壓滴液漏斗。通入N2 保護(hù)，將〇.5mol的中間產(chǎn)物（I)加入燒瓶中，開啟攪拌，滴加引發(fā)劑AIBN，攪拌下緩慢加入 lmol的NVP，70°C下保溫反應(yīng)1.5h，即得中間產(chǎn)物（II)聚η-乙烯基十八酰胺丙基二甲基叔 胺。 第三步反應(yīng)，將500ml的三口燒瓶放于鐵架臺上，安好攪拌器、恒壓滴液漏斗。將 150mL的無水乙醇加入燒瓶中，開啟攪拌，通N2保護(hù)，加入0. 5mol的4-十二烷基苯胺，攪 拌下將1. 2mol的環(huán)氧氯丙烷用恒壓滴液漏斗滴加入燒瓶中，控制滴加速度，環(huán)氧氯丙烷在 180-200min滴完。滴加完成恒溫40°C，繼續(xù)反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束。通過減壓蒸餾除去無水乙 醇和過量的環(huán)氧氯丙烷，即得中間產(chǎn)物（ΙΙΙ)Ν，Ν-二（2-羥基-3-氯丙基）十二烷基苯胺。 第四步反應(yīng)，將500ml的四口燒瓶放于加熱套上，安好溫度計、攪拌器及回流冷凝裝 置。將150mL的無水乙醇加入燒瓶中，開動攪拌，并通N2保護(hù)，加入中間產(chǎn)物（II)190g和 (III