CN104531107A - 一种油基钻井液用乳化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油基钻井液用乳化剂及其制备方法。以质量份数计，该乳化剂的原料组成包括1-2份高级脂肪酸盐和3-5份高级脂肪酸多元醇酯。该乳化剂的制备方法包括以下步骤：将高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯混合，得到油基钻井液用乳化剂。本发明的油基钻井液用乳化剂高效环保，且应用广泛，在柴油、白油、生物柴油、气制油、植物油体系中能够发挥较高的性能，分散好，乳化率高，乳液电稳定性高。

Description

一种油基钻井液用乳化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种油基钻井液用乳化剂及其制备方法，属于石油勘探领域。
背景技术
近些年油基钻井液(分散相含量≤40％)得到广泛应用，在环境保护上，存在一定不足：①油基钻井由于抗温抗盐优越，导致后期处理问题突出；②基础油为石油炼化企业的下游产品，宝贵资源，应该合理利用；③处理剂和乳化剂难降解，可排放性差。油基钻井液在关于环境保护和废弃物处理上的理论知识和技术储备不足，难以实现可排放、环境友好等要求，这也是困扰油基后期处理技术的关键。近些年出台各种关于环境保护条文和意见，体现了国家日益对环境保护的关注和重视。
乳化剂是油基钻井液的核心处理剂，对于油基钻井液体系性能的好坏起着至关重要的作用。当前对油基钻井液环境友好的要求，使得环保型乳化剂成为研究热点。
因此，研发一种可降解、可排放、环境友好的乳化剂成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种油基钻井液用乳化剂，该乳化剂高效环保，且应用广泛，在柴油、白油、生物柴油、气制油、植物油体系中能够发挥较高的性能，分散好，乳化率高，乳液电稳定性高。
本发明另外还提供了一种制备上述油基钻井液用乳化剂的方法。
为达到上述目的，本发明提供了一种油基钻井液用乳化剂，其中：以质量份数计，该乳化剂的原料组成包括1-2份高级脂肪酸盐和3-5份高级脂肪酸多元醇酯。
在上述乳化剂中，优选地，高级脂肪酸盐的原料组成包括25-35份高级脂肪酸、1-2份固体NaOH、180-220份水和3-6份二价金属盐；更优选地，高级脂肪酸盐的原料组成包括30份高级脂肪酸、2份固体NaOH、200份水和5份二价金属盐。
在上述乳化剂中，优选地，高级脂肪酸盐的原料组成中的高级脂肪酸包括碳链长度为C12-C18的高级脂肪酸；更优选地，该C12-C18的高级脂肪酸包括油酸、月桂酸、棕榈油酸中的一种。
在上述乳化剂中，优选地，高级脂肪酸盐的原料组成中的二价金属盐包括氯化钙、氯化镁、氯化钡中的一种。
上述乳化剂中所采用的高级脂肪酸盐优选是通过以下步骤制备的：将高级脂肪酸、固体NaOH、水投入高压反应釜中，向反应釜中缓慢通入氮气直至压力为0.5-0.7MPa，将反应釜升温至80-100℃，恒温搅拌至反应釜内的物料完全溶解，得到高级脂肪酸钠溶液；向其中加入二价金属盐，继续搅拌1-2小时，然后进行离心分离，烘干，得到高纯度(纯度高于90％)固体高级脂肪酸盐。
在上述乳化剂中，优选地，以质量份数计，高级脂肪酸多元醇酯的原料组成包括80-120份植物油、8-12份水、0.05-0.2份碱性催化剂、0.01-0.05份酸性催化剂及100-115份多元醇；更优选地，该高级脂肪酸多元醇酯的原料组成包括100份植物油、10份水、0.05-0.2份碱性催化剂、0.01-0.05份酸性催化剂及100-115份多元醇。
在上述乳化剂中，优选地，高级脂肪酸多元醇酯的原料组成中的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、碳酸钠中的一种；所述酸性催化剂包括磷酸、浓硫酸、SO3中的一种。
在上述乳化剂中，优选地，高级脂肪酸多元醇酯的原料组成中的多元醇包括乙二醇、季戊四醇、木糖醇、山梨醇中的一种。
在上述乳化剂中，优选地，高级脂肪酸多元醇酯的原料组成中的植物油包括椰子油、棉籽油、蓖麻油、菜籽油、大豆油中的一种。
上述乳化剂中所采用的高级脂肪酸多元醇酯优选是通过以下步骤制备的：将植物油、水加入到高压反应釜中搅拌均匀，向高压反应釜中缓慢通入氮气，然后加入碱性催化剂，将反应釜内的压力调节为0.5-0.7MPa，温度调节为180-250℃，在此条件下恒温搅拌反应1-2小时；再加入酸性催化剂，继续加入多元醇；调节反应釜温度为150℃-160℃，压力为0.4-0.5MPa，在此条件下搅拌2-3小时后得到高级脂肪酸多元醇酯。
本发明还提供了上述油基钻井液用乳化剂的制备方法，其包括以下步骤：将高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯混合，得到油基钻井液用乳化剂。
本发明的油基钻井液用乳化剂具有以下有益效果：
1)高效环保，应用广泛，在柴油、白油、生物柴油、气制油、植物油中分散好，乳化率高，乳液电稳定性高，能满足现场工作的需要。
2)运输安全简单、现场应用方便、成本低、更优越的环保性能及储层保护性能等优势，具有深远的经济及社会效益，非常值得推广应用。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种油基钻井液用乳化剂的制备方法，其包括以下步骤：
按质量份数将30份油酸、2份固体NaOH、200份自来水投入高压反应釜中，向高压反应釜中缓慢通入氮气直至压力为0.5MPa，加热高压釜至100℃恒温搅拌反应3小时后，反应釜内的物料完全溶解，得到油酸钠溶液；向该油酸钠溶液中加入5份CaCl2继续搅拌2小时后结束反应；用离心机对上述混合液进行离心分离后，再对分离得到的产物进行低温烘干(温度低于70℃)，得到固体油酸钙，该油酸钙的纯度为>90％；
将10份自来水、100份大豆油加入到高压反应釜中并搅拌均匀，将氮气缓慢通入高压反应釜中，然后向反应釜中加入0.05份碳酸钠，将反应釜的压力调至0.7MPa，温度调至180℃，在此条件下搅拌反应2小时；然后继续向其中加入0.05份浓硫酸、115份山梨醇，将反应釜的温度调到160℃，压力调至0.5MPa，在此条件下搅拌反应3小时后，冷却，得到脂肪酸多元醇酯；
将1份制备好的油酸钙和5份脂肪酸多元醇酯混合，得到油基钻井液用乳化剂。
实施例2
本实施例提供了一种油基钻井液用乳化剂的制备方法，其包括以下步骤：
按质量份数将30份棕榈酸、2份固体NaOH、200份自来水投入高压反应釜中，向高压反应釜中缓慢通入氮气直至压力为0.6MPa，加热高压釜至90℃恒温搅拌反应2小时后，反应釜内的物料完全溶解，得到棕榈酸钠溶液；向棕榈酸钠溶液中加入5份MgCl2继续搅拌1小后结束反应；用离心机对上述混合液进行离心分离后，再对分离得到的产物进行低温烘干(温度低于70℃)，得到固体棕榈酸镁，该棕榈酸镁的纯度为>90％；
将10份自来水、100份棉籽油加入到高压反应釜中并搅拌均匀，将氮气缓慢通入高压反应釜中，然后向反应釜中加入0.2份氢氧化钠，将反应釜的压力调节至0.5MPa，温度调节至250℃，在此条件下搅拌反应1小时；然后继续向其中加入0.03份浓硫酸、110份季戊四醇，将反应釜的温度调节至160℃，压力调节至0.4MPa，在此条件下搅拌反应2小时后，冷却，得到脂肪酸多元醇酯；
将1份制备好的棕榈酸镁的和5份脂肪酸多元醇酯进行混合，得到油基钻井液用环保乳化剂。
实施例3
本实施例提供了一种油基钻井液用乳化剂的制备方法，其包括以下步骤：
按质量份数将30份月桂酸、2份固体NaOH、200份自来水投入高压反应釜中，向高压反应釜中缓慢通入氮气直至压力为0.7MPa，加热高压釜至100℃恒温搅拌反应2小时后，反应釜内的物料完全溶解，得到月桂酸钠溶液；向月桂酸钠溶液中加入5份BaCl2继续搅拌1小时后结束反应；用离心机对上述混合液进行离心分离后，再对分离得到的产物进行低温烘干(温度低于70℃)，得到固体月桂酸钡，该月桂酸钡的纯度为>90％；
将10份自来水、100份椰子油加入到高压反应釜中并搅拌均匀，将氮气缓慢通入高压反应釜中，然后向反应釜中加入0.2份甲醇钠，将反应釜的压力调节至0.5MPa，温度调节至250℃，在此条件下搅拌反应1小时；然后继续向其中加入0.03份磷酸、110份乙二醇，将反应釜的温度调节至150℃，压力调节至0.4MPa，在此条件下搅拌反应2小时后，冷却，得到脂肪酸多元醇酯；
将2份制备好的月桂酸钡和5份脂肪酸多元醇酯进行混合，得到油基钻井液用环保乳化剂。
乳化效果评价按照以下步骤进行：
分别以柴油、白油、植物油为外相，质量浓度为20％的氯化钙溶液为内相，以油水总体积400ml计，油水体积比分别为60:40、70:30、80:20、90:10及95:5，加入16g乳化剂11000r/min高速搅拌下配置成乳液，测定破乳电压，以验证乳液稳定性。
实施例1-3的乳化剂在不同基础油中的乳化效果评价如表1、表2、表3所示。
表1柴油基乳液的乳化效果评价结果
表2白油基乳液的乳化效果评价结果
表3植物油基乳液的乳化效果评价结果
实验结果表明：实施例1-3的乳化剂在不同基础油(柴油、白油、植物油)、不同油水比(60:40、70:30、80:20、90:10、95:5)中均能起到较好的乳化作用，乳化率高，乳液电稳定性高。
根据油田化学剂及钻井液的生物毒性容许值规定，如果生物毒性检验结果不小于20000mg/L，便符合生物毒性要求。参考SY/T6788/2010《水溶性油田化学剂环境保护技术评价方法》对实施例1进行了发光杆菌生物毒性试验，结果表明：其EC50为51000mg/L，没有毒性，符合一级海区和二级海区生物毒性要求，说明该乳化剂具有较好的环保性能。

Claims (10)

1.一种油基钻井液用乳化剂，其中：以质量份数计，该乳化剂的原料组成包括1-2份高级脂肪酸盐和3-5份高级脂肪酸多元醇酯。
2.根据权利要求1所述的乳化剂，其中：以质量份数计，所述高级脂肪酸盐的原料组成包括25-35份高级脂肪酸、1-2份固体NaOH、180-220份水和3-6份二价金属盐。
3.根据权利要求2所述的乳化剂，其中：所述高级脂肪酸包括碳链长度为C12-C18的高级脂肪酸；
优选地，所述碳链长度为C12-C18的高级脂肪酸包括油酸、月桂酸、棕榈油酸中的一种。
4.根据权利要求2所述的乳化剂，其中：所述二价金属盐包括氯化钙、氯化镁、氯化钡中的一种。
5.根据权利要求2-4任一项所述的乳化剂，其中，所述高级脂肪酸盐的制备方法包括以下步骤：
将高级脂肪酸、固体NaOH、水投入高压反应釜中，向所述反应釜中通入氮气直至压力为0.5-0.7MPa，将反应釜升温至80-100℃，恒温搅拌至反应釜内的物料完全溶解，得到高级脂肪酸钠溶液；
向其中加入二价金属盐，继续搅拌1-2小时，然后进行离心分离，烘干，得到纯度高于90％的固体高级脂肪酸盐。
6.根据权利要求1所述的乳化剂，其中：以质量份数计，所述高级脂肪酸多元醇酯的原料组成包括80-120份植物油、8-12份水、0.05-0.2份碱性催化剂、0.01-0.05份酸性催化剂及100-115份多元醇。
7.根据权利要求6所述的乳化剂，其中：所述碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、碳酸钠中的一种；所述酸性催化剂包括磷酸、浓硫酸、SO3中的一种。
8.根据权利要求6所述的乳化剂，其中：所述多元醇包括乙二醇、季戊四醇、木糖醇、山梨醇中的一种；所述植物油包括椰子油、棉籽油、蓖麻油、菜籽油、大豆油中的一种。
9.根据权利要求6-8任一项所述的乳化剂，其中，所述高级脂肪酸多元醇酯的制备方法包括以下步骤：
将植物油、水加入到高压反应釜中搅拌均匀，向高压反应釜中缓慢通入氮气，然后加入碱性催化剂，将反应釜内的压力调节为0.5-0.7MPa，温度调节为180-250℃，在此条件下恒温搅拌反应1-2小时；
再加入酸性催化剂，继续加入多元醇；调节反应釜温度为150℃-160℃，压力为0.4-0.5MPa，在此条件下搅拌2-3小时后得到高级脂肪酸多元醇酯。
10.权利要求1-9任一项所述的油基钻井液用乳化剂的制备方法，其包括以下步骤：将高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯混合，得到油基钻井液用乳化剂。
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