油包水乳化鉆井液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油包水乳化鉆井液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油儲(chǔ)量的不斷減少且開采困難，世界各國(guó)紛紛加大了對(duì)深部地層油氣資源 勘探開發(fā)的投入，開發(fā)新的油藏已經(jīng)成為當(dāng)今各大石油公司發(fā)展的迫切要求。我國(guó)待探明 的油氣資源主要分布在塔里木、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、吐哈、四川等盆地，其資源量的73%埋藏在 深層，且地下條件異常復(fù)雜，因此深井和超深井油氣鉆探及配套的開發(fā)技術(shù)已成為制約油 氣資源開發(fā)的關(guān)鍵因素。隨著地層深度的增加，深井、超深井的地層溫度也會(huì)越來(lái)越高，地 層的高溫環(huán)境給鉆井液能否維持穩(wěn)定的性能帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
[0003] 鉆井液作為鉆井工程的重要組成部分，其性能直接關(guān)系到深井、超深井的鉆井質(zhì) 量、鉆井成本和鉆井周期。相對(duì)于水基鉆井液，油基鉆井液具有較強(qiáng)的防塌抑制性、潤(rùn)滑性 和良好的儲(chǔ)層保護(hù)性能，尤其可滿足強(qiáng)水敏及高溫、超高溫地層，或者需要鉆大位移特殊井 及海上水平井等特殊轉(zhuǎn)鉆井需要。油基鉆井液，又稱油包水鉆井液，是由油、水、乳化劑、降 濾失劑、活度平衡劑、流型調(diào)節(jié)劑等組成。通常使用的油包水鉆井液含水量在5~30%之 間（含水量在5%以內(nèi)的一般叫做全油基鉆井液，不稱為油包水鉆井液），但抗高溫達(dá)180°C 以上的油包水鉆井液中水的含量一般在5~10%，很少超過(guò)15%。水的含量增大，攜屑性、 降濾失性和懸浮性、流變性都變好，但熱穩(wěn)定性和電穩(wěn)定性都變差，如CN1660958報(bào)道了一 種合成基鉆井液，使用的主乳化劑為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸銨和壬基酚聚氧乙烯醚的混合 物，盡管在150°C老化16小時(shí)后仍有良好的流變性和破乳電壓，水含量最高為25%。專利 CN 102031095A申請(qǐng)公布了一種高溫油包水鉆井液，雖然耐溫能到240°C，但其須借助輔助 乳化劑及氧化鈣的存在才能達(dá)到應(yīng)用效果。油基鉆井液由于基液以油為主，因此價(jià)格昂貴， 成本高，全油基鉆井液更是如此，如CN101215461報(bào)道了一種全油合成基鉆井液，使用的乳 化劑為長(zhǎng)碳鏈脂肪酸酰胺、長(zhǎng)碳鏈烷基苯磺酸鈣、聚烯烴羧酸酯中的一種或多種的混合物， 盡管具有低毒、環(huán)保、對(duì)儲(chǔ)層傷害小等優(yōu)點(diǎn)，但其制備成本高，限制了其推廣使用。
[0004] 目前市場(chǎng)上提供用作油基鉆井液乳化劑的品種較少，而報(bào)道用于強(qiáng)化采油用的乳 化劑品種相對(duì)較多，如US4485873、US4545912、CN100531884等報(bào)道了聚氧乙烯烷基酚醚乙 酸鹽、雙尾鏈聚氧乙烯磺酸鹽、烷基芳芐基聚氧乙烯醚陰離子表活劑在強(qiáng)化采油方面的應(yīng) 用，但未涉及到其在鉆井液乳化劑方面的用途，油基鉆井液方面多依賴國(guó)外產(chǎn)品，而且國(guó)內(nèi) 配套的鉆井液體系也較少。
[0005] 油基鉆井液由于受到成本、環(huán)保要求的限制一直發(fā)展比較緩慢，應(yīng)用的區(qū)塊也較 少，隨著現(xiàn)有油田儲(chǔ)量日益下降，并且新探區(qū)的開采會(huì)遇到各種復(fù)雜地層及環(huán)境，急需性能 優(yōu)良的油基鉆井液，以解決現(xiàn)有油基鉆井液乳液穩(wěn)定性能差、不耐鹽、不耐溫的問(wèn)題。通過(guò) 提高油基鉆井液中水的比例達(dá)到降低油基鉆井液的成本，為廣泛應(yīng)用油基鉆井液作業(yè)提供 技術(shù)保障。發(fā)明所述的正是這種高含水量情況下，適合于以脂肪?；肪垩跸┟褳槿榛?劑的油基鉆井液及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是現(xiàn)有技術(shù)中油包水鉆井液乳液穩(wěn)定性能差、不 耐高溫的問(wèn)題，提供一種新的油包水乳化鉆井液。此油包水乳化鉆井液具有耐溫性能好、乳 液穩(wěn)定性能佳的優(yōu)點(diǎn)，可用于強(qiáng)水敏、高溫地層及需要鉆大位移特殊井、海上水平井等特殊 鉆井作業(yè)中。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之二是提供一種與解決技術(shù)問(wèn)題之一相對(duì)應(yīng)的油 包水鉆井液的制備方法。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種油包水乳化鉆井 液，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)包括以下組份：
[0008] (1) 60~90份的基礎(chǔ)油；
[0009] (2) 10 ~40 份的水；
[0010] (3)2~5份的有機(jī)土；
[0011] (4)包括主乳化劑和輔助乳化劑的復(fù)合乳化劑不少于0. 5份，以所含主乳化劑和 輔助乳化劑的質(zhì)量計(jì)；
[0012] (5) 0~3份的堿性物質(zhì)；
[0013] (6)0. 5~3份的增粘劑；
[0014] (7) 0· 5~3份的降濾失劑；
[0015] 其中，所述主乳化劑選自通式（I)所示結(jié)構(gòu)中的至少一種，輔助乳化劑選自選自 通式（II )所示結(jié)構(gòu)中的至少一種；以質(zhì)量計(jì)，所述主乳化劑與輔助乳化劑的比例滿足〇 <輔助乳化劑：主乳化劑<1 ;
[0016]
[0017] 通式中，札為含Cs~C3。飽和或不飽和烴基，R 2為氫或者R3C0, R3為Cs~C3。飽和 或不飽和的烴基，X = 1~10, y = 1~40, Z = 0~40 ;R4為C7~C25脂肪烴基，R5和R 6均 獨(dú)立選自H、C2~C4的羥烷基中的一種。
[0018] 上述技術(shù)方案中，所述復(fù)合乳化劑的加量，以所含主乳化劑和輔助乳化劑的質(zhì)量 計(jì)，優(yōu)選為0. 5~5份；Ri、R3優(yōu)選為Cn~C23的飽和或不飽和烴，或C n~C23的飽和烴和不 飽和經(jīng)的混合經(jīng)基，Rp R3更優(yōu)選為碳原子數(shù)為i 、十三、十五、十七、十九、二i 的飽和 經(jīng)或不飽和經(jīng)基，或i 、十三、十五、十七、十九、二i 的飽和經(jīng)和不飽和經(jīng)的混合經(jīng)基； X優(yōu)選為2~6,更優(yōu)選為2或3 ;y優(yōu)選為1~20,更優(yōu)選為1~10 ;z優(yōu)選為0~30,更優(yōu) 選為0~20 ;所述R4優(yōu)選為Cn~C23飽和烴基或不飽和烴基；R5和R 6均獨(dú)立優(yōu)選為H、羥 乙基、羥丙基中的一種，進(jìn)一步優(yōu)選為R5和R6均獨(dú)立優(yōu)選為H、羥乙基中的一種，更優(yōu)選為 尺 5和R6共同優(yōu)選為H、羥乙基中的一種。
[0019] 上述技術(shù)方案中，所述基礎(chǔ)油優(yōu)選為白油、合成油、液體石蠟中的一種或一種以上 的混合物；水優(yōu)選為15~30wt% CaCljK溶液或15~30wt% NaCl的水溶液；有機(jī)土優(yōu)選 為碳原子數(shù)為十二、十四、十六、十八的長(zhǎng)鏈季銨鹽改性的膨潤(rùn)土或上述季銨鹽改性的蒙脫 土；堿性物質(zhì)優(yōu)選為氧化鈣粉末；增粘劑優(yōu)選為順丁橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、聚甲基丙 烯酸烷基酯中的一種或一種以上的混合物；降濾失劑優(yōu)選為長(zhǎng)鏈有機(jī)胺改性的腐植酸，鏈 長(zhǎng)優(yōu)選為C 12、C16、C1S。
[0020] 上述技術(shù)方案中，所述主乳化劑可以進(jìn)一步優(yōu)選自（I)所示結(jié)構(gòu)中的兩種以上的 混合物。
[0021] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑可以進(jìn)一步優(yōu)選自（II )所示結(jié)構(gòu)中的兩種以 上的混合物。
[0022] 上述技術(shù)方案中，以質(zhì)量計(jì)，所述主乳化劑與輔助乳化劑的比例最優(yōu)選為輔助乳 化劑：主乳化劑=1: (2~10)。
[0023] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑可進(jìn)一步優(yōu)選自月桂酸酰胺、肉豆蘧酸酰胺、棕 櫚酸酰胺、棕櫚烯酸酰胺、油酸酰胺、亞油酸酰胺、亞麻酸酰胺、硬脂酸酰胺、月桂酸單乙醇 酰胺、肉豆蘧酸單乙醇酰胺、棕櫚酸單乙醇酰胺、棕櫚烯酸單乙醇酰胺、油酸單乙醇酰胺、亞 油酸單乙醇酰胺、亞麻酸單乙醇酰胺、硬脂酸單乙醇酰胺中的一種或二種以上的混合物；還 可以進(jìn)一步優(yōu)選為包含上述脂肪酸酰胺或脂肪酸單乙醇酰胺的混合物，例如但不限定由本 領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的植物油脂或生物柴油為原料與相應(yīng)的酰胺化試劑進(jìn)行酰胺化反應(yīng) 而得到的植物油酸酰胺、植物油酸單乙醇酰胺或植物油酸二乙醇酰胺。
[0024] 上述技術(shù)方案中，所述輔助乳化劑的制備方法可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任 意一種，可以是此前文獻(xiàn)公開的公知的制備方法中的任意一種。
[0025] 本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵是乳化劑的選擇，所有聚合物例如丁苯橡膠、乙丙橡膠、聚甲基 丙烯酸烷基酯都是本領(lǐng)域常用的物質(zhì)，各種聚合物優(yōu)選為數(shù)均分子量1~1〇〇〇萬(wàn)，更優(yōu)選 為數(shù)均分子量1~100萬(wàn)。聚甲基丙烯酸烷基酯優(yōu)選聚甲基丙烯酸c 12~C1S烷基酯。
[0026] 本發(fā)明還可以包括本領(lǐng)域常用油基鉆井液助劑，例如潤(rùn)濕劑、加重劑、殺菌劑等。
[0027] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題之二，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種油包水乳化鉆井 液制備方法，包括以下步驟：
[0028] (a)郵0順(〇12) xNR2CH2CH20H (即脂肪?；u乙基二胺）的制備
[0029] 在堿性催化劑存在下&C00CH3 (即脂肪酸甲酯）與NH2 (CH2) xNHCH2CH20H (即羥乙基 二胺）在80~220°C的溫度下反應(yīng)2~24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后優(yōu)選減壓蒸餾除去未反應(yīng)的原 料和生成的甲醇得到所述脂肪?；u乙基二胺；其中，脂肪酸甲酯與羥乙基二胺的摩爾比 為優(yōu)選1:0. 1~6 ;所述的堿性催化劑優(yōu)選氫氧化鉀、氫氧化鈉；所述催化劑用量?jī)?yōu)選占脂 肪酸甲酯質(zhì)量的〇. 01~10% ;
[0030] (b) &C0NH(CH2) xNR2(CH2CH20)y-(CH2CHCH 30) ZH(即脂肪?；肪垩跸┟眩┑闹?備：
[0031] 在堿性催化劑存在下，步驟（a)所合成的脂肪酰基羥乙基二胺與所需的環(huán)氧乙烷 或環(huán)氧丙烷在反應(yīng)溫度為80~180°C，壓力小于0. 80MPa表壓條件下進(jìn)行反應(yīng)得到所述