CN104403646A - 一种抗高温油基钻井液用乳化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗高温油基钻井液用乳化剂，所述乳化剂主要由如下重量份成分制备得到：脂肪酸500～700份、四乙烯五胺70～120份、二甲苯50-100份和白油200～300份；其中所述白油优选3#白油。本发明的乳化剂适用于温度在220℃以下、密度在0.9～2.2g/cm3、油水比在70:30～90:10范围内的柴油和白油基钻井液体系，解决乳化剂在钻井液体系中高温降解，导致的钻井液体系破乳、流变性变差和重晶石沉降等问题。

Description

一种抗高温油基钻井液用乳化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及深井超深井石油资源勘探与开发技术领域，具体的说，是涉及一种抗高温油基钻井液用乳化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国石油勘探开发的日益深入，钻井施工中所面临的技术难点与复杂情况越来越多，例如钻高温高压深井、大斜度定向井、大位移水平井和超强水敏地层等各种复杂地层井。油基钻井液具有一些水基钻井液无法比拟的优点，如高温稳定、渗透率恢复值高、润滑性好、油层损害小、有良好的井壁稳定和页岩抑制性，密度适应范围广，高密度下性能稳定，可大副降低在复杂地层钻井过程中的井下复杂情况，并且钻井液可回收和反复使用，能够较好控制钻井液成本和钻井综合成本，等等。油基钻井液的优越特性使得它能很好地解决目前钻井施工中出现的复杂问题。因此，近些年油基钻井液技术在页岩气井与高温高压深井的开发中得到广泛的研究与应用，取得了一些成果。但是相较国外，国内油基钻井液技术在关键处理剂研发应用上还存在一定差距。乳化剂是油基钻井液关键处理剂中的核心处理剂，近些年国内对乳化剂进行了较多的研究，也取得了一些成果，然而乳化剂的耐高温性较差，在180℃以上易受热分解失去作用，造成油基钻井液体系的电稳定性大幅度下降，重晶石沉淀，严重影响体系的整体性能。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种抗高温油基钻井液用乳化剂；本发明的乳化剂能够提高油基钻井液体系的高温乳化稳定性能，解决钻探深井超深井过程中由于乳化剂高温分解造成的钻井液体系破乳、流变性异常和重晶石沉降等问题。
本发明的另一目的在于提供所述抗高温油基钻井液用乳化剂的制备方法；
本发明的又一目的在于提供所述抗高温油基钻井液用乳化剂在提高油基钻井液体系的高温乳化稳定性中的应用。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种抗高温油基钻井液用乳化剂，所述乳化剂主要由如下重量份成分制备得到：脂肪酸500～700份、四乙烯五胺50～150份、二甲苯50-100份和白油200～300份。
根据本发明所述的乳化剂，所述脂肪酸为碳原子数为12～22的有机羧酸。
根据本发明所述的乳化剂，所述脂肪酸进一步优选为月桂酸、牛脂基脂肪酸、妥尔油脂肪酸、椰油酸、大豆油酸、棕榈酸、鲸油脂肪酸、亚麻油脂肪酸和菜籽油脂肪酸中的一种或两种以上的组合。
根据本发明所述的乳化剂，所述白油可以为现有市售任何的白油，其中本发明优选的是运动粘度(40℃测定)在1.7～3.3mm2/s范围的白油；
其中本发明更优选的是3#白油。
根据本发明前面任意所述的乳化剂，所述乳化剂由包括如下步骤的方法制备得到：将脂肪酸、四乙烯五胺和二甲苯依次加入到反应容器中，搅拌下加热反应；反应完毕，降温，加入3#白油，搅拌均匀后，出料得到所述乳化剂。
根据本发明所述的乳化剂，所述加热反应为加热升温至150-200℃进行反应，再将反应容器加热升温至220-250℃进行反应。
根据本发明所述的乳化剂，其中进一步优选所述加热反应为加热升温至150-200℃，反应3-6小时；再将反应容器加热升温至220-250℃，直至不再产生水蒸气即为终点。
根据本发明所述的乳化剂，其中将反应容器加热升温至220-250℃后优选反应4-8小时。
根据本发明所述的乳化剂，所述降温为降温至80℃。
另一方面，本发明还提供了前面任意所述抗高温油基钻井液用乳化剂的制备方法，所述方法包括：将脂肪酸、四乙烯五胺和二甲苯依次加入到反应容器中，搅拌下加热反应；反应完毕，降温，加入3#白油，搅拌均匀后，出料得到所述乳化剂。
根据本发明所述的方法，所述加热反应为加热升温至150-200℃进行反应，再将反应容器加热升温至220-250℃进行反应。
根据本发明所述的方法，其中进一步优选所述加热反应为加热升温至150-200℃，反应3-6小时；再将反应容器加热升温至220-250℃，直至不再产生水蒸气即为终点。
根据本发明所述的乳化剂，其中将反应容器加热升温至220-250℃后优选反应4-8小时。
根据本发明所述的方法，所述降温为降温至80℃。
又一方面，本发明还提供了前面任意所述抗高温油基钻井液用乳化剂在提高油基钻井液体系的高温乳化稳定性中的应用。
根据本发明所述的应用，其中优选所述油基钻井液为柴油和白油基钻井液。
根据本发明所述的应用，其中更优选所述油基钻井液为温度在220℃以下、密度在0.9～2.2g/cm3、油水比在70:30～90:10范围内的柴油和白油基钻井液。
综上所述，本发明提供了一种抗高温油基钻井液用乳化剂及其制备方法和应用。本发明的乳化剂适用于温度在220℃以下、密度在0.9～2.2g/cm3、油水比在70:30～90:10范围内的柴油和白油基钻井液体系，解决乳化剂在钻井液体系中高温降解，导致的钻井液体系破乳、流变性变差和重晶石沉降等问题。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
主要设备：具有加热、搅拌、冷却系统的不锈钢反应釜。
实施例1
首先将600份大豆油酸、100份四乙烯五胺和60份二甲苯依次加入到不锈钢反应釜中，在不断搅拌的情况下，加热升温至170℃，反应4小时。反应完毕，将反应釜加热升温至250℃，反应6小时。反应完毕，降温至80℃，加入200份3#白油，搅拌均匀后，出料既得成品。
实施例2
首先将600份妥尔油酸、80份四乙烯五胺和50份二甲苯依次加入到不锈钢反应釜中，在不断搅拌的情况下，加热升温至170℃，反应4小时。反应完毕，将反应釜加热升温至250℃，反应6小时。反应完毕，降温至80℃，加入200份3#白油，搅拌均匀后，出料既得成品。
实施例3
首先将600份椰油酸、120份四乙烯五胺和60份二甲苯依次加入到不锈钢反应釜中，在不断搅拌的情况下，加热升温至170℃，反应4小时。反应完毕，将反应釜加热升温至250℃，反应6小时。反应完毕，降温至80℃，加入200份3#白油，搅拌均匀后，出料既得成品。
实施例4
首先将600份鲸油脂肪酸、60份四乙烯五胺和80份二甲苯依次加入到不锈钢反应釜中，在不断搅拌的情况下，加热升温至170℃，反应4小时。反应完毕，将反应釜加热升温至250℃，反应6小时。反应完毕，降温至80℃，加入200份3#白油，搅拌均匀后，出料既得成品。
实施例5
首先将600份月桂酸、140份四乙烯五胺和20份二甲苯依次加入到不锈钢反应釜中，在不断搅拌的情况下，加热升温至170℃，反应4小时。反应完毕，将反应釜加热升温至250℃，反应6小时。反应完毕，降温至80℃，加入300份3#白油，搅拌均匀后，出料既得成品。
利用本发明的抗高温油基钻井液用咪唑啉乳化剂配制了不同密度和油水比的白油基钻井液，在不同温度下对其性能进行测定。
应用例1
实验配方：70份5#白油+30份CaCl2水溶液(浓度20％)+4份乳化剂-实施例1+2份有机土+4份降滤失剂+2份氧化钙+重晶石。
应用例2
实验配方：80份5#白油+20份CaCl2水溶液(浓度20％)+6份乳化剂-实施例1+2份有机土+4份降滤失剂+2份氧化钙+重晶石。
应用例3
实验配方：90份5#白油+10份CaCl2水溶液(浓度20％)+8份乳化剂-实施例1+2份有机土+4份降滤失剂+2份氧化钙+重晶石。
应用例4
实验配方：80份5#白油+20份CaCl2水溶液(浓度20％)+6份乳化剂-实施例2+2份有机土+4份降滤失剂+2份氧化钙+重晶石。
应用例5
实验配方：80份5#白油+20份CaCl2水溶液(浓度20％)+6份乳化剂-实施例3+2份有机土+4份降滤失剂+2份氧化钙+重晶石。
应用例6
实验配方：80份5#白油+20份CaCl2水溶液(浓度20％)+6份乳化剂-实施例4+2份有机土+4份降滤失剂+2份氧化钙+重晶石。
应用例7
实验配方：80份5#白油+20份CaCl2水溶液(浓度20％)+6份乳化剂-实施例5+2份有机土+4份降滤失剂+2份氧化钙+重晶石。
应用例1-5是采用实施例1-3制备的乳化剂配制的不同油水比和温度的油基钻井液实验配方体系，由实验结果可知：本发明所制备的油基钻井液用乳化剂在220℃范围内具有良好的高温乳化剂稳定性能，且高温老化前后钻井液体系流变性良好，说明乳化剂抗220℃高温。应用例6和7为采用实施例4和5制备的乳化剂配制的油基钻井液配方体系，由实验结果：钻井液体系破乳电压较低、高温高压滤失量大、切力低、携岩能力差。

Claims (10)

1.一种抗高温油基钻井液用乳化剂，其特征在于，所述乳化剂主要由如下重量份成分制备得到：脂肪酸500～700份、四乙烯五胺70～120份、二甲苯50-100份和白油200～300份；其中所述白油优选为运动粘度在1.7～3.3mm2/s范围的白油；其中更优选为3#白油。
2.根据权利要求1所述的乳化剂，其特征在于，所述脂肪酸为碳原子数为12～22的有机羧酸。
3.根据权利要求2所述的乳化剂，其特征在于，所述脂肪酸为月桂酸、牛脂基脂肪酸、妥尔油脂肪酸、椰油酸、大豆油酸、棕榈酸、鲸油脂肪酸、亚麻油脂肪酸和菜籽油脂肪酸中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1或3任意一项所述的乳化剂，其特征在于，所述乳化剂由包括如下步骤的方法制备得到：将脂肪酸、四乙烯五胺和二甲苯依次加入到反应容器中，搅拌下加热反应；反应完毕，降温，加入3#白油，搅拌均匀后，出料得到所述乳化剂。
5.根据权利要求4所述的乳化剂，其特征在于，所述加热反应为加热升温至150-200℃进行反应，再将反应容器加热升温至220-250℃进行反应；其中优选为加热升温至150-200℃，反应3-6小时；再将反应容器加热升温至220-250℃，反应直至不再产生水蒸气即为终点；其中优选反应4-8小时。
6.根据权利要求4所述的乳化剂，其特征在于，所述降温为降温至60～80℃。
7.权利要求1～6任意一项所述抗高温油基钻井液用乳化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将脂肪酸、四乙烯五胺和二甲苯依次加入到反应容器中，搅拌下加热反应；反应完毕，降温，加入3#白油，搅拌均匀后，出料得到所述乳化剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加热反应为加热升温至150-200℃进行反应，再将反应容器加热升温至220-250℃进行反应；其中优选为加热升温至150-200℃，反应3-6小时；再将反应容器加热升温至220-250℃，直至不再产生水蒸气即为终点；其中优选反应4-8小时。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述降温为降温至80℃。
10.权利要求1～6任意一项所述抗高温油基钻井液用乳化剂在提高油基钻井液体系的高温乳化稳定性中的应用；其中优选所述油基钻井液为柴油和白油基钻井液；其中更优选所述油基钻井液为温度在220℃以下、密度在0.9～2.2g/cm3、油水比在70:30～90:10范围内的柴油和白油基钻井液。
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