CN106634894A - 双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油工业的钻井领域，具体地，涉及一种双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用。该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示。本发明提供的双阳离子氟碳表面活性剂能够在应用于油气钻井中作为润湿反转剂，使得岩石具有疏水疏油性质的效果，是一种实现岩石表面疏水疏油的双疏型处理剂，特别是在针对易水化的泥页岩的钻井时，能够有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。

Description

双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反 转剂的应用和钻井液及其应用
技术领域
本发明涉及石油工业的钻井领域，具体地，涉及一种双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用。
背景技术
岩石润湿性是当存在一种不混溶相的流体时，该流体在固体表面扩展或吸附的性质。岩石表面的润湿性如亲水性和亲油性均可在一定条件下相互转化，这种相互转化叫做润湿反转。岩石润湿性的变化直接影响岩石毛细管压力、油水相对渗透率等特征。
在钻井过程中，井壁岩石的润湿性对井壁稳定性有较大影响。当岩石表面亲水时，钻井液中的自由水会容易发生毛细现象和渗透水化，从而导致井壁失稳。同时，对于低渗特低渗储层，在钻井过程中，极易受外来流体侵入而产生水敏、水锁等损害。所以通过一定手段使岩石表面变为疏水疏油性，同时阻止水和油进入，避免毛细现象的发生，得到稳定井壁以及保护储层的作用。
近年来，国内外研究岩石用润湿反转的表面活性剂主要分为三类：①阳离子表面活性剂，最常用的是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；②阴离子表面活性剂，主要是聚氧乙烯(丙烯)烷基醇醚硫酸酯盐；③非离子表面活性剂，主要有聚氧乙烯烷基酚醚等。这些表面活性剂在岩石中确实能起到一定的润湿反转作用，但是，并不能使得岩石具有疏水疏油性质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使得岩石表面疏水疏油性的双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用。
为了实现上述目的，本发明提供一种双阳离子氟碳表面活性剂，该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示：
式(1)
其中，各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C6的烷基，各个R3各自独立地选自C1-C10的亚烷基，各个n各自独立地选自3-15的整数，m选自1-10的整数。
本发明还提供了上述双阳离子氟碳表面活性剂的制备方法，该方法包括：在醇类溶剂中，将式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行取代反应，其中：
式(2)
式(3)X选自卤素。
本发明还提供了上述双阳离子氟碳表面活性剂在钻井液中作为双疏型润湿反转剂的应用。
本发明还提供了一种含有上述双阳离子氟碳表面活性剂作为双疏型润湿反转剂的水基钻井液。
本发明还提供了上述水基钻井液在油气钻井中的应用。
本发明提供的双阳离子氟碳表面活性剂能够在应用于油气钻井中作为润湿反转剂，使得岩石具有疏水疏油性质的效果，是一种实现岩石表面疏水疏油的双疏型处理剂，特别是在针对易水化的泥页岩的钻井时，能够有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种双阳离子氟碳表面活性剂，该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示：
式(1)
其中，各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C6的烷基，各个R3各自独立地选自C1-C10的亚烷基，各个n各自独立地选自3-15的整数，m选自1-10的整数。
根据本发明，上述双阳离子氟碳表面活性剂在用于钻井液中时，能够作为双疏型润湿反转剂，在用于油气钻井时，上述双阳离子氟碳表面活性剂分子由于具有较低的表面张力而极易吸附于岩石表面，降低岩石表面的表面能，从而使得岩石具有疏水疏油性质，有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。
在本发明中，上述C1-C6的烷基例如可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基等。
上述C1-C10的亚烷基可以是上述C1-C6的烷基以及正庚基、正壬基、正癸基等所形成的亚烷基。
根据本发明，优选情况下，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C8的亚烷基，各个n各自独立地选自4-10的整数，m选自2-8的整数。
更优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C6的亚烷基，各个n各自独立地选自4-8的整数，m选自3-6的整数。
更进一步优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R2各自独立地选自H、甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R3各自独立地选自-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-CH2-(CH2)3-CH2-和-CH2-(CH2)4-CH2-，各个n各自独立地选自4、5、6、7和8，m选自3、4、5或6。
在本发明的一种优选的实施方式中，式(1)所示的阳离子部分为下述阳离子中的一种：
式(1-1)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为4，m为4；
式(1-2)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为6，m为4；
式(1-3)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为8，m为4；
式(1-4)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为4，m为6。
尽管本发明对所述双阳离子氟碳表面活性剂的阴离子部分并无特别的限定，可以为本领域常规的各种阴离子，优选地，所述双阳离子氟碳表面活性剂的阴离子部分选自Cl-、Br-和I-中的一种或多种，更优选为Cl-或Br-。
本发明还提供了上述双阳离子氟碳表面活性剂的制备方法，该方法包括：在醇类溶剂中，将式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行取代反应，其中：
式(2)
式(3)X选自卤素。
根据本发明，上述式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行所述取代反应，可以使得两分子式(2)所示的化合物分别在式(3)所示的化合物的两端进行连接，形成双季铵阳离子的上述式(1)所示的双阳离子氟碳类结构。
其中，式(2)所示的化合物和式(3)所示的化合物可以根据上述双阳离子氟碳表面活性剂进行选择，本发明在此不再赘述。
在本发明的一种优选的实施方式中，式(2)所示的化合物选自下式所示的化合物的一种或多种：
式(2-1)中：式(2)中，各个R1均为甲基，R2为H，R3为-CH2-CH2-CH2-，n为4；
式(2-2)中：式(2)中，各个R1均为甲基，R2为H，R3为-CH2-CH2-CH2-，n为6；
式(2-3)中：式(2)中，各个R1均为甲基，R2为H，R3为-CH2-CH2-CH2-，n为8。
式(3)所示的化合物选自下式所示的化合物的一种或多种：
式(3-1)中：式(3)中，X为Br，m为4；
式(3-2)中：式(3)中，X为Br，m为6。
根据本发明，式(2)所示的化合物可以是市售品，也可以采用本领域常规的方法制得，例如，式(2)所示的化合物的制备方法包括：在碱性催化剂存在下，在有机溶剂中，将式(4)所示的化合物和式(5)所示的全氟烷基磺酰氟类化合物进行接触反应，其中：
式(4)
式(5)所涉及的基团如上文中所定义的，在此不再赘述。
在本发明的一种优选的实施方式中，式(4)所示的化合物选自下式所示的化合物的一种或多种：
式(4-1)中：式(4)中，各个R1均为甲基，R2为H，R3为-CH2-CH2-CH2-(也称作N,N-二甲基-1,3-丙二胺)。
式(5)所示的全氟烷基磺酰氟类化合物选自下式所示的化合物的一种或多种：
式(5-1)中：式(5)中，n为4(也称作全氟丁基磺酰氟)；
式(5-2)中：式(5)中，n为6(也称作全氟己基磺酰氟)；
式(5-3)中：式(5)中，n为8(也称作全氟辛基磺酰氟)。
其中，上述式(4)所示的化合物和式(5)所示的全氟烷基磺酰氟类化合物的摩尔比例如可以为1：0.8-3。所述碱性催化剂优选为三乙胺和/或三乙醇胺中的一种或多种。所述碱性催化剂的用量与式(4)所示的全氟烷基磺酰氟类化合物的摩尔比为例如可以为1-3：1。所述有机溶剂例如可以为二氯甲烷、二氯乙烷、THF和DMF中的一种或多种。相对于0.1mol式(4)所示的化合物，所述有机溶剂的用量优选为150-300mL。其中，优选地，上述接触反应的条件包括：先在0-10℃下反应30-100min，而后在15-40℃下反应3-6h。为了能够更为充分地反应，优选地，先将式(4)所示的化合物、碱性催化剂和有机溶剂混合，再引入式(5)所示的全氟烷基磺酰氟类化合物，特别是采用滴加的方式引入该式(5)所示的全氟烷基磺酰氟类化合物。
根据本发明，在上述的双阳离子氟碳表面活性剂的制备方法中，优选情况下，式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物的摩尔比为1：1-3，更优选为1：1-2。
根据本发明，所述醇类溶剂可以采用各种能够溶解上述式(2)所示的化合物，并用于式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行的取代反应的溶剂，优选为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种。上述醇类溶剂的用量可以在较宽范围内变动，只要能够使得上述取代反应顺利地进行即可，为了能够使得反应更为充分且不会浪费溶剂下，优选地，相对于10mmol的式(2)所示的化合物，所述醇类溶剂的用量为30-100mL(例如为30-60mL)。
根据本发明，优选情况下，所述取代反应的条件包括：温度为60-100℃(优选为70-85℃)，时间为4-10h(优选为5-8h)。为了能够更为充分地反应，可以先将醇类溶剂和式(2)所示的化合物进行混合以溶解，然后引入式(3)所示的化合物进行取代反应，特别是将式(3)所示的化合物以滴加的方式引入至反应体系中。
根据本发明，为了能够将所述双阳离子氟碳表面活性剂提取出来，该方法还可以包括：将所述取代反应的产物冷却至室温(约10-40℃)，而后固液分离，洗涤固相，并干燥所得固体，即可获得所述双阳离子氟碳表面活性剂。
本发明还提供了上述双阳离子氟碳表面活性剂在钻井液中作为双疏型润湿反转剂的应用。
本发明还提供了一种含有上述双阳离子氟碳表面活性剂作为双疏型润湿反转剂的水基钻井液。
如上所描述的，根据本发明，含有上述双阳离子氟碳表面活性剂作为双疏型润湿反转剂的水基钻井液能够通过双阳离子氟碳表面活性剂对岩石表面的作用，使得岩石具有疏水疏油性质的效果，从而能够有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。
根据本发明，所述双阳离子氟碳表面活性剂的用量可以根据不同的岩层情况进行选择，优选地，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述双阳离子氟碳表面活性剂的用量为0.1-0.5重量份。
通常地，所述水基钻井液中还可以含有作为水基钻井液的其他添加剂，优选情况下，本发明的钻井液含有膨润土、pH值调节剂、降滤失剂、加重剂、封堵剂和润滑剂等中的一种或多种。
其中，所述膨润土是指以蒙脱石为主要矿物成分的粘土，其具有赋予钻井液粘切力和滤失造壁性的作用，例如可以为钠基膨润土和/或钙基膨润土，优选为钠基膨润土。更优选地，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述膨润土的含量为2-4重量份，更优选为2-3重量份。
其中，pH值调节剂能够保证钻井液体系为碱性环境，例如可以选自氢氧化钠和/或氢氧化钾，优选为氢氧化钠。更优选地，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述pH值调节剂的含量为0.3-0.6重量份。
其中，降滤失剂能够提高钻井液滤失造壁性，例如可以选自聚合物降滤失剂(牌号为Redul)、PAC-LV、铵盐、磺甲基酚醛树脂(例如牌号为SMP-I、SMP-II)、磺甲基褐煤树脂(例如牌号为SPNH)和两性离子聚合物JT-888中的一种或多种，优选为Redul、SMP-II和SPNH等中的一种或多种。更优选地，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述降滤失剂的含量为2-5重量份。
其中，抗高温降滤失剂的作用能够提高钻井液滤失造壁性和抗温性能，例如可以选自抗高温降滤失剂(牌号为KJAN)、KJ-1和RSTF等中的一种或多种，优选为KJAN。更优选地，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述抗高温降滤失剂的含量为1-2重量份。
其中，所述加重剂的作用为调节钻井液的密度达到所需密度，例如可以为重晶石(例如可以为硫酸钡含量在90重量％以上的重晶石)、有机盐(Weigh-1、Weigh-2(活性成分为甲酸钾)、Weigh-3、有机钠盐GD-WT)、无机盐(例如NaCl、KCl、BaSO4)等中的一种或多种。相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，优选地，所述加重剂的含量为50-100重量份。
其中，防塌封堵剂的作用为封堵井壁上微小的孔隙，例如可以选自白沥青(牌号为NFA-25)、阳离子乳化沥青(牌号为YK-H)、天然沥青和磺化沥青等中的一种或多种，优选为白沥青和/或阳离子乳化沥青。更优选地，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述防塌封堵剂的含量为2-5重量份。
其中，润滑剂的作用为提高钻井液的润滑性能，例如可以选自GFR-1、FT-342和THN等中的一种或多种，优选为GFR-1。更优选地，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述润滑剂的含量为0.5-2重量份。
上述添加剂为的各种物质可以是市售品，也可以根据本领域常规的方法制得，这里不再赘述。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述水基钻井液含有：100重量份的水，0.1-0.5重量份的上述双阳离子氟碳表面活性剂，0.3-0.6重量份的氢氧化钠，1-2重量份的Redul，1-3重量份的KJAN，2-3重量份的SMP-II，5-15重量份的Weigh-2，5-10重量份的KCl，15-30重量份的NaCl，35-50重量份的BaSO4，1-3重量份的NFA-25，1-3重量份的YK-H，0.5-1.5重量份的GFR-1。
本发明还提供了上述水基钻井液在油气钻井中的应用。
本发明提供的双阳离子氟碳表面活性剂能够在应用于油气钻井中作为润湿反转剂，使得岩石具有疏水疏油性质的效果，特别是在针对易水化的泥页岩的钻井时，能够有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
制备例1
在0-5℃下，将0.12mol的N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶于250mL的二氯甲烷中，并加入0.12mol的三乙胺进行搅拌混合30min，而后继续在0-5℃下滴加入0.1mol的全氟丁基磺酰氟(约30min内加毕，购自湖北巨胜科技有限公375-72-4牌号)，并在0-5℃下继续反应60min，而后至25℃下反应4h；过滤所得产物，并用二氯甲烷洗涤滤饼，烘干后，用丙酮进行重结晶，得到白色固体128.7g，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，所得固体即为式(2-1)所示的化合物。
制备例2
在0-5℃下，将0.12mol的N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶于250mL的二氯甲烷中，并加入0.12mol的三乙胺进行搅拌混合30min，而后继续在0-5℃下滴加入0.1mol的全氟己基磺酰氟(约30min内加毕，购自湖北鑫鸣泰化学有限公司423-50-7牌号)，并在0-5℃下继续反应60min，而后至25℃下反应4h；过滤所得产物，并用二氯甲烷洗涤滤饼，烘干后，用丙酮进行重结晶，得到白色固体125.3g，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，所得固体即为式(2-2)所示的化合物。
制备例3
在0-5℃下，将0.12mol的N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶于300mL的二氯甲烷中，并加入0.12mol的三乙胺进行搅拌混合30min，而后继续在0-5℃下滴加入0.1mol的全氟辛基磺酰氟(约30min内加毕，购自上海翼菁实业有限公司307-35-7牌号)，并在0-5℃下继续反应60min，而后至25℃下反应4h；过滤所得产物，并用二氯甲烷洗涤滤饼，烘干后，用丙酮进行重结晶，得到白色固体127.4g，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，所得固体即为式(2-3)所示的化合物。
实施例1
本实施例用于说明本发明的双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法。
在65℃下，将10mmol的式(2-1)所示的化合物溶于50mL的乙醇中，而后滴加入11mmol的1,4-二溴丁烷(约20min内加毕)，并在75℃下搅拌反应6h；将反应产物冷却至室温(约25℃)结晶，过滤并洗涤滤饼，干燥得到12.34g的固体，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，该固体即为以式(1-1)所示的基团为阳离子且以溴离子为阴离子的双阳离子氟碳表面活性剂A1。
实施例2
本实施例用于说明本发明的双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法。
在65℃下，将10mmol的式(2-2)所示的化合物溶于50mL的乙醇中，而后滴加入11mmol的1,4-二溴丁烷(约20min内加毕)，并在75℃下搅拌反应6h；将反应产物冷却至室温(约25℃)结晶，过滤并洗涤滤饼，干燥得到12.43g的固体，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，该固体即为以式(1-2)所示的基团为阳离子且以溴离子为阴离子的双阳离子氟碳表面活性剂A2。
实施例3
本实施例用于说明本发明的双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法。
在55℃下，将10mmol的式(2-3)所示的化合物溶于60mL的异丙醇中，而后滴加入12mmol的1,4-二溴丁烷(约20min内加毕)，并在85℃下搅拌反应7h；将反应产物冷却至室温(约25℃)结晶，过滤并洗涤滤饼，干燥得到12.54g的固体，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，该固体即为以式(1-3)所示的基团为阳离子且以溴离子为阴离子的双阳离子氟碳表面活性剂A3。
实施例4
本实施例用于说明本发明的双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，采用1,6-二溴己烷代替1,4-二溴丁烷，最终得到11.87g的固体，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，该固体即为以式(1-4)所示的基团为阳离子且以溴离子为阴离子的双阳离子氟碳表面活性剂A4。
对比例1
在65℃下，将10mmol的式(2-3)所示的化合物溶于50mL的乙醇中，而后加入11mmol的2-羟基-3-氯丙磺酸钠(约20min内加毕)，并采用氢氧化钠水溶液调节pH至9，在85℃下搅拌反应6h；将反应产物冷却至室温(约25℃)结晶，过滤并洗涤滤饼，干燥得到10.54g的固体，经红外、核磁共振氢谱和碳谱分析检测，该固体为所示的氟碳表面活性剂DA1。
测试例1
1、岩石表面疏水疏油性能测量：
分别配置上述氟碳表面活性剂的1重量％浓度的水溶液作为待测液，以及配制十六烷基三甲基溴化铵(作为对比的表面活性剂DA2)的1重量％浓度的水溶液、聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯(购自江苏海安石油化工厂，作为对比的表面活性剂DA3)的1重量％浓度的水溶液、壬基酚聚氧乙烯醚(购自江苏海安石油化工厂，作为对比的表面活性剂DA4)的1重量％浓度的水溶液，将人造岩心放入其中，并在160℃下浸泡8h；取出岩心，在自然条件下冷却晾干，然后用接触角测量仪(上海中晨数字技术设备有限公司的型号为JC2000D3接触角测量仪)分别测量油、水两相在岩心表面的接触角θo和θw，结果见表1所示，其中，油相测试液为正十六烷，水相测试液为蒸馏水。
2、表面张力测试：
采用旋转液滴法以及全量程旋转滴界面张力仪TX-500C来测量表面张力。旋转液滴法主要过程包括：分别于样品管中加入适量待测液(分别将上述氟碳表面活性剂和对比例的各种表面活性剂溶于蒸馏水中配制不同的浓度，具体见表1所示)，挤入一个适当大小的气泡，于管内形成气液两相，再将样品管置于转速ω为7000r/min的高速旋转状态，在离心力、重力及接口张力作用下低密度气泡在高密度溶液中被拉长，通过测量被拉长气泡的直径，在己知两相密度差的情况下，可以通过公式计算出此时的表面张力，且测量温度为25℃，结果见表1所示。
3、润湿性对于毛管自吸动态的影响：
采用购自荆州市现代石油科技发展有限公司的SWT岩心自吸水评价系统，分别采用渗透率相近的致密岩心制备液湿和气湿岩心柱(表面活性剂的处理质量分数为2重量％)于室温(约25℃)下进行自发渗吸实验，空气作为气相，盐水和煤油作为液相，其中盐水为浓度为12重量％的NaCl溶液(密度为1.07g/cm3)，煤油密度为0.78g/cm3。分别记录岩心的自吸油水动态和最终自吸含液饱和度，并测试自吸后岩心的气测渗透率(结果见表2所示)。
表1
通过表1的结果可以看出，本发明提供的双阳离子氟碳表面活性剂能够使得岩石表面疏水疏油，其中，水的润湿角可以达到100°以上，正十六烷的润湿角可以达到70°以上；且表面张力表现出降低的优势。
表2
注：空白是未加双疏剂；Vp指的是渗入体积；m0指的是渗入质量；m单指的是单向自吸后岩心质量；s单指的是单向自吸岩心含液饱和度；m逆指的是逆向自吸后岩心质量；s逆指的是逆向自吸岩心含液饱和度。
通过表2可以看出，添加本发明所得的双阳离子氟碳表面活性剂作为双疏型润湿反转剂后，vp、m0、m单、s单、m逆和s逆均降低，说明本发明的双阳离子氟碳表面活性剂具有良好的疏水疏油效果。
钻井液实施例1
本实施例用于说明本发明的钻井液。
钻井液配方：100重量份的水，0.1重量份的双阳离子氟碳表面活性剂A1，3重量份的钠基膨润土(购自山东潍坊华潍膨润土公司，以下相同)，0.5重量份的NaOH，1.5重量份的降滤失剂(购自渤钻公司的牌号Redul，以下相同)，1.5重量份的抗高温降滤失剂(购自石家庄华莱鼎盛科技有限公司的牌号KJAN，以下相同)，2重量份的SMP-II(购自江西萍乡市恒昌化工新材料有限公司，以下相同)，10重量份的Weigh2(购自天津中油渤星工程科技有限公司的有机盐Weigh2，以下相同)，8重量份的KCl，2重量份的白沥青(购自石家庄华莱鼎盛科技有限公司的牌号NFA-25，以下相同)，2重量份的封堵剂(购自石濮阳市绿业聚合物有限公司的牌号YK-H，以下相同)，1重量份的润滑剂(购自石家庄华莱鼎盛科技有限公司的牌号GFR-1，以下相同)，42重量份的BaSO4，25重量份的NaCl；从而得到钻井液Y1。
钻井液实施例2-4和钻井液对比例1
本实施例用于说明本发明的钻井液。
根据钻井液实施例1的钻井液配方，不同的是，分别采用双阳离子氟碳表面活性剂A2-A4和DA1、以及上述的表面活性剂DA2-DA4替换双阳离子氟碳表面活性剂A1，从而得到；从而得到钻井液Y2-Y4和DY1-DY4。
测试例2
钻井液基本性能测试：分别将上述钻井液Y1-Y4和DY1在未进行热滚处理的情况下和在150℃老化16h处理后的情况下，室温下测试凝胶强度(GEL，即初切(G10”)/终切(G10')、表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)、动切力(YP)、动塑比(YP/PV)、高温高压滤失量(HTHL)、中压滤失量(API)、密度和pH，结果如表3所示，其中：
GEL凝胶强度是指钻井液静止后形成的凝胶结构强度，即初切力和终切力的比值，单位为Pa/Pa；其中，初切力和终切力是采用范式六速粘度计根据国家标准GB/T29170-2012中规定的方法进行测量的：
表观粘度(AV)是采用范式六速粘度计根据国家标准GB/T29170-2012中规定的方法进行测量的，单位为mPa·s，
塑性粘度(PV)是采用范式六速粘度计根据国家标准GB/T29170-2012中规定的方法进行测量的，单位为mPa·s，PV＝θ600-θ300。
动切力(YP)是采用范式六速粘度计根据国家标准GB/T29170-2012中规定的方法进行测量的，YP＝0.5(2θ300-θ600)，单位为Pa。
动塑比：采用六速旋转粘度计依次读取φ600和φ300。
HTHP是指高温高压滤失量，是采用高温高压滤失仪根据国家标准GB/T29170-2012中规定的方法进行测量的，单位为mL。
API是指中压滤失量，是采用中压滤失仪根据SY/T 5621-93标准中的方法进行测量的，单位为mL。
表3
注：空白是指钻井液Y1中未添加A1的钻井液。
通过上表3的结果可以看出，本发明所得的双阳离子氟碳表面活性剂对钻井液体系的流变性能及滤失性影响较小。
测试例3
将人造岩心放入分别放入上述钻井液Y1-Y4和DY1-DY4中，并根据测试例1所述的方法，测定油、水两相在岩心表面的接触角θo和θw，结果见表4所示。
表4
钻井液 θw/(°) θo/(°)
空白 30.8 32.4
Y1 105.4 92.5
Y2 106.6 98.2
Y3 103.9 94.7
Y4 100.6 93.3
DY1 96.2 86.9
DY2 74.6 61.3
DY3 77.9 60.8
DY4 75.6 59.5
注：空白是指钻井液Y1中未添加A1的钻井液。
通过上表4的结果可以看出，添加本发明所得的双阳离子氟碳表面活性剂作为双疏型润湿反转剂后，所得钻井液的岩心润湿角大大增加，得到较好的疏水疏油性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种双阳离子氟碳表面活性剂，其特征在于，该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示：
式(1)
其中，各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C6的烷基，各个R3各自独立地选自C1-C10的亚烷基，各个n各自独立地选自3-15的整数，m选自1-10的整数。
2.根据权利要求1所述的双阳离子氟碳表面活性剂，其中，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C8的亚烷基，各个n各自独立地选自4-10的整数，m选自2-8的整数；
优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C6的亚烷基，各个n各自独立地选自4-8的整数，m选自3-6的整数；
优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R2各自独立地选自H、甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R3各自独立地选自-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-CH2-(CH2)3-CH2-和-CH2-(CH2)4-CH2-，各个n各自独立地选自4、5、6、7和8，m选自3、4、5或6。
3.根据权利要求1所述的双阳离子氟碳表面活性剂，其中，式(1)所示的阳离子部分为下述阳离子中的一种：
式(1-1)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为4，m为4；
式(1-2)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为6，m为4；
式(1-3)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为8，m为4；
式(1-4)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为4，m为6。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的双阳离子氟碳表面活性剂，其中，所述双阳离子氟碳表面活性剂的阴离子部分选自Cl-、Br-和I-中的一种或多种。
5.权利要求1-4中任意一项所述的双阳离子氟碳表面活性剂的制备方法，该方法包括：在醇类溶剂中，将式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行取代反应，其中：
式(2)
式(3)X选自卤素。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物的摩尔比为1：1-3，优选为1：1-2。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种；
优选地，相对于10mmol的式(2)所示的化合物，所述醇类溶剂的用量为30-100mL。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述取代反应的条件包括：温度为60-100℃，时间为4-10h。
9.权利要求1-4中任意一项所述的双阳离子氟碳表面活性剂在钻井液中作为双疏型润湿反转剂的应用。
10.一种含有权利要求1-4中任意一项所述的双阳离子氟碳表面活性剂作为双疏型润湿反转剂的水基钻井液。
11.根据权利要求10所述的水基钻井液，其中，相对于100重量份的所述水基钻井液中的水，所述双阳离子氟碳表面活性剂的用量为0.1-0.5重量份。
12.权利要求10或11所述的水基钻井液在油气钻井中的应用。
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