CN108441177B - 钻井液用表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钻井液用表面活性剂及其制备方法，表面活性剂是由下述原料制成的：矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂、对羟基苯甲酸乙酯。矿物油为5号白油、7号白油中的一种或两种。制备方法：将矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂加入反应釜中，充分混合搅拌；将反应釜内物料升温，进行乳化过程；在一定温度下加入对羟基苯甲酸乙酯，充分混合搅拌，经过降温冷却即得。本发明性能良好，工艺简单，具有较强的抗压缩能力，确保钻井液在井底高压下具有较低的循环密度、较强的悬浮携带岩屑能力，有效的避免或减少了井下复杂事故，提高了钻井质量与效率。它高温下仍具有良好性能，可抗10％复合盐水污染，具有良好的润滑抑制性。

Description

钻井液用表面活性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种石油钻井助剂，具体是一种钻井液用表面活性剂。本发明还涉及所述钻井液用表面活性剂的制备方法。

背景技术

钻井液是钻井工程中重要的流体，其性能的优劣直接关系到钻井质量的好坏，更对一个油田的采油效率高低起到至关重要的作用。目前市场上的表面活性剂种类繁多，但往往高效与环保不能兼具。目前常用的能满足环保要求的表面活性剂，但其性能均存在一定的不足，难以有效表面活性，难以保证钻井液高效的性能。

发明人检索到以下相关专利文献：CN104962247A公开了一种钻井液用润滑封堵剂及其制备方法，润滑封堵剂由以下重量份数的原料配比而成：水20～40份，膨润土3～8份，润滑剂20～30份，稳定剂1～3份，沥青20～40份，沥青改性剂1～5份，PH值调节剂0.1～1份，防冻剂2～4份，表面活性剂2～4份，消泡剂1～3份。CN107311894A公开了一种钻井液用阴离子型表面活性剂及其制备方法，该方法包括：将聚氧乙烯化合物与氨基磺酸进行反应，然后用碱调节pH值，得到钻井液用阴离子型表面活性剂，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。CN106281259A公开了一种应用于水基钻井液中提高重晶石粉悬浮稳定性的钻井液悬浮剂及制备方法和应用，该悬浮剂为一种磺酸盐类双子表面活性剂，其化学名称为：N、N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺。该表面活性剂的合成方法如下：(1)、将带有搅拌器和回流冷凝管的反应釜放入水浴中加入乙醇+水混合液，加入伯胺烷基磺酸钠，加热搅拌，待完全溶解后，加入1，2—二溴乙烷，加热回流,反应8～16小时后，停止反应，旋转蒸发除去溶剂，得中间产物N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺；(2)、在反应釜中加入上述产物，搅拌下加入长链溴代烷烃，加热回流8～16h，反应完毕有沉淀析出，冷却、抽滤、干燥后得到N，N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺。CN104312550A公开了一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂及其制备方法，由长链乙烯基单体、含羧基单体和含磺酸基单体按比例混合后，加入相对分子质量调节剂，经自由基共聚而得到，其平均相对分子质量在1000～10000之间。CN101974320A公开了一种用于钻井液的润湿反转表面活性剂，按重量百分比该润湿反转表面活性剂由以下成分制成：十二烷基三甲基溴化铵10％，重油15％，脂肪酸20％，水55％，它对钻井液性能没有影响，且带有正电荷可以与带有负电荷的油井周围的亲水岩层相互吸引，通过阳离子表面活性剂粘接在岩芯上，在其表面覆盖一层憎水亲油基团，使岩层由亲水性的反转为亲油憎水岩层，达到增油阻水的目的。CN106634894A公开了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。它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。

上述技术部分使用原料碱性强、分子量大、不易降解，易对土地造成环境污染。并且生产工艺复杂，成本高。以上这些技术对于如何使钻井液用表面活性剂做到较强的抗压缩能力，确保钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，增强悬浮携带岩屑能力，减少井下复杂事故，提高钻井质量与效率，同时具有环保功能，并未给出具体的指导方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钻井液用表面活性剂，它的性能良好，制备工艺简单，具有较强的抗压缩能力，确保钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，减少井下复杂事故，增强悬浮携带岩屑能力，提高钻井质量与效率，具有良好的润滑抑制性，同时具有环保功能，从而达到市场上使用范围较广的表面活性剂的技术要求。

为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述钻井液用表面活性剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种钻井液用表面活性剂(或者说是钻井液用表面活性剂HLR-3)，其技术方案在于它是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：

所述的矿物油为5号白油、7号白油中的一种或两种以任意比例形成的组合物(组合，或者说是混合物)；所述的乳化剂为吐温T-60、吐温T-80、乳化剂S-80中的一种或几种以任意比例形成的组合物(组合，或者说是混合物)。

所述的乳化剂的化学名为：聚氧乙烯(20)山梨醇酐脂肪酸酯。所述的油酸正丁醇(阿拉尔油酸正丁醇)为市售商品，由西安智诚生物科技有限公司生产，地址：陕西省西安市国亨化工城南门东排B-11号。或者油酸正丁醇采用济南骏腾化工有限公司生产的油酸正丁醇，地址：山东省济南市天桥区济南新材料交易中心办公楼六层644号。油酸正丁醇原料公众于2018年3月1日前都能在市场上购买到，且能知晓其化学成分。

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为60～80℃，乳化时间为1～2h(即1～2小时)，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40～50℃时加入1份～3份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的钻井液用表面活性剂是由下述重量配比的原料制成的：

所述的矿物油为5号白油、7号白油两种原料的组合物，5号白油与7号白油的重量之比为1∶0.5；所述的乳化剂为吐温T-60、吐温T-80的组合物，吐温T-60与吐温T-80的重量之比为1∶2。

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为60℃，乳化时间为2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40℃时加入3份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用表面活性剂是由下述重量配比的原料制成的：

所述的矿物油为7号白油；所述的乳化剂为吐温T-80、乳化剂S-80的组合物，吐温T-80与乳化剂S-80的重量之比为1∶0.5。

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70℃，乳化时间为1.5h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在45℃时加入2份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用表面活性剂是由下述重量配比的原料制成的：

所述的矿物油为5号白油；所述的乳化剂为乳化剂S-80。

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为80℃，乳化时间为1h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在50℃时加入1份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

本发明的制备方法包括以下步骤：原料混合、乳化反应、防腐降温冷却。本发明的钻井液用表面活性剂具有良好的性能，参见本说明书后面的表1。本发明的性能为：密度0.80～1.00g/cm³，润滑系数降低率≥80.0％。本发明的表面活性性能良好，与已有相关的钻井液用表面活性剂相比，在相同实验条件下，本发明的性能皆提高了15％～20％以上，且本发明的工艺步骤相对简化，简单易行，易于控制和实现，其制造成本降低了20％以上，适用于工业化大规模生产。

综上所述，本发明的性能良好，工艺简单，具有较强的抗压缩能力，保证钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，减少了井下复杂事故，增强了悬浮携带岩屑能力，提高了钻井质量与效率，本发明在160℃高温下仍具有良好性能，可抗10％复合盐水污染，具有良好的润滑抑制性。同时它不污染环境，储层保护效果好，产生了良好的环保效果，达到了市场上使用范围较广的表面活性剂的技术要求。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：本发明所述的钻井液用表面活性剂是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：

所述的矿物油为5号白油、7号白油两种原料的组合物，5号白油与7号白油的重量之比为1∶0.5；所述的乳化剂为吐温T-60、吐温T-80的组合物，吐温T-60与吐温T-80的重量之比为1∶2。

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油(即5号白油、7号白油)、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂(即吐温T-60、吐温T-80)，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为60℃，乳化时间为2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40℃时加入3份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

实施例2：本发明所述的钻井液用表面活性剂是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：

所述的矿物油为7号白油；所述的乳化剂为吐温T-80、乳化剂S-80的组合物，吐温T-80与乳化剂S-80的重量之比为1∶0.5。

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂(即吐温T-80、乳化剂S-80)，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70℃，乳化时间为1.5h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在45℃时加入2份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

实施例3：本发明所述的钻井液用表面活性剂是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：

所述的矿物油为5号白油；所述的乳化剂为乳化剂S-80。

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为80℃，乳化时间为1h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在50℃时加入1份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

所述的油酸正丁醇为市售商品(其商品名称是唯一的)，由西安智诚生物科技有限公司生产，地址：陕西省西安市国亨化工城南门东排B-11号。或者油酸正丁醇采用济南骏腾化工有限公司生产的油酸正丁醇，地址：山东省济南市天桥区济南新材料交易中心办公楼六层644号。油酸正丁醇原料公众于2018年3月1日前都能在市场上购买到，且能知晓其化学成分。

以下为本发明的试验部分：

表1为(以上)各实施例制备的钻井液用表面活性剂性能测定结果。

表1 各实施例制备的钻井液用表面活性剂性能测定结果

由表1可知：本发明各实施例制备的钻井液用表面活性剂均能达到良好的性能效果。本发明在淡水钻井液中的加量(重量百分比)为0.1％～0.2％，在盐水钻井液中的加量为0.8％～1.2％。本发明的性能为：密度0.80～1.00g/cm³，润滑系数降低率≥80.0％。本发明的性能好，与已有相关的钻井液用表面活性剂相比，在相同实验条件下，本发明的性能皆提高了15％～20％以上，且本发明的工艺步骤相对简化，简单易行，易于控制和实现，其制造成本降低了20％以上。它在160℃高温下仍具有良好性能(本发明的实施例2能在175℃高温下仍具有良好性能)，可抗10％复合盐水污染，同时具有良好的润滑抑制性。储层保护效果好。

综上所述，本发明的以上各实施例性能良好，制备工艺简单，具有较强的抗压缩能力，确保了钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，增强了悬浮携带岩屑能力，减少了井下复杂事故，提高了钻井质量与效率，在160℃高温下仍具有良好性能，可抗10％复合盐水污染，同时具有良好的润滑抑制性，具有环保功能，储层保护效果好，达到了市场上使用范围较广的表面活性剂的技术要求。

Claims (5)

1.一种钻井液用表面活性剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

矿物油 40份~60 份

油酸正丁醇 25份~35份

液体石蜡 15份~25份

甲基硅油 15份~25份

乳化剂 10份~20份

对羟基苯甲酸乙酯 1份~ 3份

所述的矿物油为5号白油、7号白油中的一种或两种以任意比例形成的组合物；上述的乳化剂为吐温T-60、吐温T-80、乳化剂S-80中的一种或几种以任意比例形成的组合物；

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为60~80℃，乳化时间为1~2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40~50℃时加入1份~3份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的钻井液用表面活性剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

矿物油 40份

油酸正丁醇 25份

液体石蜡 25份

甲基硅油 25份

乳化剂 20份

对羟基苯甲酸乙酯 3份

所述的矿物油为5号白油、7号白油两种原料的组合物，5号白油与7号白油的重量之比为1∶0.5；所述的乳化剂为吐温T-60、吐温T-80的组合物，吐温T-60与吐温T-80的重量之比为1∶2；

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为60℃，乳化时间为2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40℃时加入3份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的钻井液用表面活性剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

矿物油 50 份

油酸正丁醇 30份

液体石蜡 20份

甲基硅油 20份

乳化剂 15份

对羟基苯甲酸乙酯 2份

所述的矿物油为7号白油；所述的乳化剂为吐温T-80、乳化剂S-80的组合物，吐温T-80与乳化剂S-80的重量之比为1∶0.5；

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70℃，乳化时间为1.5h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在45℃时加入2份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

4.根据权利要求1所述的钻井液用表面活性剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：

矿物油 60 份

油酸正丁醇 35份

液体石蜡 15份

甲基硅油 15份

乳化剂 10份

对羟基苯甲酸乙酯 1份

所述的矿物油为5号白油；所述的乳化剂为乳化剂S-80；

所述的钻井液用表面活性剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为80℃，乳化时间为1h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在50℃时加入1份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。

5.一种权利要求1所述的钻井液用表面活性剂的制备方法，其特征在于它包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料矿物油、油酸正丁醇、液体石蜡、甲基硅油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为60~80℃，乳化时间为1~2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40~50℃时加入1份~3份对羟基苯甲酸乙酯，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用表面活性剂。