CN115772389B - 一种低温乳化剂组合物和一种低温乳化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备油基钻井液用低温乳化剂的组合物，其包括：松香酸、环氧氯丙烷、碱、三乙醇胺、C10‑C16烷基取代的苯磺酸盐和二丙二醇醚，进而公开了由该组合物为原料制得的油基钻井液用低温乳化剂和由包含该油基钻井液用低温乳化剂的组分制得的油基钻井液。本发明的油基钻井液用乳化剂乳化效果好，在低温下流动性好，用于油基钻井液可在高寒条件下施工且生产工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探井和生产井用钻井液技术领域，具体涉及一种用于制备油基钻井液用低温乳化剂的组合物和一种低温乳化剂及其制备方法。
背景技术
与水基钻井液相比较，油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点，目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段。
乳化剂对油基钻井液的稳定性和流变性至关重要，目前常用的乳化剂在严寒条件下流动性困难，粘度增大，影响了现场的使用。近几年随着油基钻井液技术应用规模的扩大及冬季低温施工的普遍，对乳化剂在低温条件下的流动性提出了挑战。
因此，开发一种耐低温乳化剂对油基钻井液技术领域具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于制备油基钻井液用低温乳化剂的组合物，进而提供一种油基钻井液用低温乳化剂，进而提供所述低温乳化剂在油基钻井液中的应用。本发明提供的乳化剂乳化效果好，在低温下流动性好，用于油基钻井液可在高寒条件下施工。
为此，本发明第一方面提供了一种用于制备油基钻井液用低温乳化剂的组合物，其包括：松香酸、环氧氯丙烷、碱、三乙醇胺、C10-C16烷基取代的苯磺酸盐和二丙二醇醚。
本发明中，“C10-C16烷基取代的苯磺酸盐”指苯环上的氢被C10-C16烷基取代的苯磺酸盐。
根据本发明的一些实施方式，以松香酸的重量为100份计，所述组合物包含60-90份的环氧氯丙烷、4-17份的碱、30-70份的三乙醇胺、50-70份的十二烷基苯磺酸盐和20-50份的二丙二醇醚。
根据本发明的一些实施方式，以松香酸的重量为100份计，所述组合物包含70-80份的环氧氯丙烷、8-12份的碱、40-60份的三乙醇胺、50-60份的十二烷基苯磺酸盐和30-40份的二丙二醇醚。
根据本发明的一些实施方式，以所述组合物的总重量计，所述二丙二醇醚的质量含量为10％-35％，在一些实施例中，所述二丙二醇醚的质量含量为15％-30％。在一些实施例中，所述二丙二醇醚的质量含量为20％-25％。
根据本发明的一些实施方式，所述C10-C16烷基取代的苯磺酸盐为十二烷基苯磺酸盐。
根据本发明的一些实施方式，所述十二烷基苯磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基苯磺酸钙。
根据本发明的一些实施方式，所述二丙二醇醚选自二丙二醇烷基醚中的至少一种，所述烷基为C1-C6的烷基。
根据本发明的一些实施方式，所述二丙二醇醚为二丙二醇甲醚和/或二丙二醇乙醚。
根据本发明的一些实施方式，所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
本发明第二方面提供了一种油基钻井液用低温乳化剂，其由如本发明第一方面所述的组合物作为原料制得。
在一些实施方式中，所述油基钻井液用低温乳化剂为如本发明第一方面所述的组合物的反应产物。
本发明第三方面提供了一种如本发明第二方面所述的油基钻井液用低温乳化剂的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将松香酸与环氧氯丙烷混合得混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物与碱进行第一反应，得第一反应产物；
(3)将所得第一反应产物与三乙醇胺进行第二反应，得第二反应产物；
(4)将所得第二反应产物与十二烷基苯磺酸盐和二丙二醇醚混合进行第三反应，得到所述乳化剂。
根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中所述混合的温度为60-70℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中所述混合时间为0.5-1h。
根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中所述第一反应的温度为80℃-90℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中所述第一反应的时间为6-8h。
根据本发明的一些实施方式，步骤(3)中，所述第二反应的温度为150℃-180℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤(3)中，所述第二反应的时间为2-4h。
根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中，所述第三反应的温度为150℃-170℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中，所述第三反应的时间为1-4h。
本发明第四方面提供了一种油基钻井液，其由包括本发明第二方面所述的油基钻井液用低温乳化剂或如本发明第三方面所述的制备方法制得的油基钻井液用低温乳化剂的组分制得，其中以所述油基钻井液的总重量计，所述乳化剂的添加量为2wt％-6wt％。
根据本发明的一些实施方式，以基础油重量为100份计，所述油基钻井液包括：
根据本发明的一些实施方式，所述基础油包括柴油、白油和气制油中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述亲油胶体包括有机土、聚酰胺树脂和脂肪酸皂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述降滤失剂包括腐殖酸酰胺和/或氧化沥青。
根据本发明的一些实施方式，所述石灰为氧化钙。
根据本发明的一些实施方式，所述氯化钙水溶液为20％-25％的氯化钙水溶液。
根据本发明，本发明中的加重剂用以提高油基钻井液的密度，其种类和用量没有明确限定，可以使用本领域常规或已知的加重剂材料。
本发明第五方面提供了一种如本发明第四方面所述的油基钻井液的制备方法，其包括：
步骤S1，将基础油和乳化剂进行混合，制得混合物I；
步骤S2，将混合物I与氯化钙水溶液进行混合，制得混合物II；
步骤S3，将混合物II与亲油胶体、降滤失剂、石灰以及任选的加重剂进行混合，制得油基钻井液。
根据本发明的一些实施方式，所述混合的时间为20-30min；所述混合为以转速10000-12000r/min进行搅拌。
本发明所述用语“任选的”是指含有或不含有，亦指加入或不加入。
如无特殊说明，本发明所用的制备原料均可使用市售原料。
本发明所述“份”均指重量份。
本发明提供的低温乳化剂具有以下优点：
1.利用松香酸、环氧氯丙烷、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸盐、二丙二醇醚类，通过简单的反应工艺即可制备油基钻井液用低温乳化剂，生产工艺简单。
2.本发明的乳化剂可应用于柴油、白油和气制油作为基础油的油基钻井液体系，具有良好的乳化效果，抗温能达到170度，且利用本发明乳化剂制得的油基钻井液流变性能更好。
3.本发明的乳化剂凝固点达到-32℃～-47℃，倾点达到-30℃～-42℃，其在低温条件下的流动性显著提高，有利于油基钻井液在高寒条件下施工。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而不应被视作对本发明的范围的限定。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购或使用常规或公开方法获得的常规产品。
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。
1、实施例数据采用如下方法进行测定：
(1)参照GB/T 16782-1997测定所制得的油基钻井液的破乳电压ES、塑性粘度PV、动切力YP。
(2)参照GB/T510《石油产品凝点测定法》，采用长沙翰达仪器仪表有限公司的翰达HD510-2Z全自动倾点凝点测定仪，测定不同乳化剂的凝点和倾点。
2、以下实施例使用材料信息如下：
松香酸：购自北京百灵威科技有限公司；
环氧氯丙烷：购自山东信恒化工有限公司；
十二烷基苯磺酸钠：购自北京化学试剂公司；
十二烷基苯磺酸钙：购自邢台蓝星助剂厂；
二丙二醇醚类：购自美国陶氏化学公司；
氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾(化学纯)均为北京化学试剂公司生产；
有机土：购自浙江丰虹新材料有限公司。
实施例1
(1)乳化剂组合物配方为(总重量均为200g)：重量比为：
氢氧化钠：松香酸：环氧氯丙烷：三乙醇胺：十二烷基磺酸钠：二丙二醇甲醚为1:25:20:10:10:30。
乳化剂的制备方法：将松香酸与环氧氯丙烷放入玻璃斜径四口烧瓶中混合加热至70℃，搅拌0.5h至充分溶解，然后加入氢氧化钠在80℃下反应6小时，升温至150℃加入三乙醇胺再反应3小时，然后加入十二烷基苯磺酸钠反应1小时后，再加入二丙二醇甲醚，反应1小时，冷却即可制得低温乳化剂。
(2)钻井液的制备方法：在搅拌杯中放入基础油100重量份，在12000转/分钟搅拌下加入7重量份所制得的乳化剂，高速搅拌20min；然后加入33重量份质量浓度为25％的CaCl2水溶液，高速搅拌20min；然后向混合体系中依次加入4重量份的有机土、3重量份的氧化钙和4重量份的降滤失剂，每种材料加入后12000转/分钟搅拌20min，所有材料加完后再高速搅拌30min，即可获得油基钻井液。
(3)钻井液的性能评价：在进行钻井液老化性能测试之前，首先测试制得的钻井液的性能，结果见表1。然后将钻井液放入高温老化罐中，在170℃下滚动老化16h，冷却到50℃后测试钻井液老化后的性能，结果见表1。
实施例2
(1)乳化剂组合物配方为(总重量均为200g)，其中各组分重量比为：
氢氧化钠：松香酸：环氧氯丙烷：三乙醇胺：十二烷基磺酸钙：二丙二醇甲醚为1:25:15:15:10:20。
乳化剂的制备方法：将松香酸与环氧氯丙烷放入玻璃斜径四口烧瓶中混合加热至70℃，搅拌0.5h至充分溶解，然后加入氢氧化钾在80℃下反应6小时，升温至180℃加入三乙醇胺再反应3小时，然后加入十二烷基苯磺酸钙反应2小时后，再加入二丙二醇甲醚，反应1小时，冷却即可制得低温乳化剂。
(2)钻井液的制备方法同实施例1。
(3)钻井液的性能评价同实施例1，结果见表1。
实施例3
(1)乳化剂组合物配方为(总重量均为200g)，其中各组分重量比为：
氢氧化钠：松香酸：环氧氯丙烷：三乙醇胺：十二烷基磺酸钠：二丙二醇甲醚为1:25:15:15:10:10。
乳化剂的制备方法：将松香酸与环氧氯丙烷放入玻璃斜径四口烧瓶中混合加热至70℃，搅拌1h至充分溶解，然后加入氢氧化钾在85℃下反应6小时，升温至150℃加入三乙醇胺再反应4小时，然后加入十二烷基苯磺酸钠反应1小时后，再加入二丙二醇甲醚，反应2小时，冷却即可制得低温乳化剂。
(2)钻井液的制备方法同实施例1。
(3)钻井液的性能评价同实施例1，结果见表1。
实施例4
(1)乳化剂组合物配方为(总重量均为200g)，其中各组分重量比为：
乳化剂1：氢氧化钠：松香酸：环氧氯丙烷：三乙醇胺：十二烷基磺酸钠：二丙二醇乙醚为1:25:15:15:10:20。
乳化剂的制备方法：将松香酸与环氧氯丙烷放入玻璃斜径四口烧瓶中混合加热至70℃，搅拌1h至充分溶解，然后加入氢氧化钾在85℃下反应6小时，升温至150℃加入三乙醇胺再反应4小时，然后加入十二烷基苯磺酸钠反应1小时后，再加入二丙二醇甲醚，反应2小时，冷却即可制得低温乳化剂。
(2)钻井液的制备方法同实施例1。
(3)钻井液的性能评价同实施例1，结果见表1。
表1油基钻井液的性能
表1表明，本发明制备的1-4号乳化剂经倾点凝点测定仪检测后凝点为-32℃～-47℃，倾点为-30℃～-42℃，这表明制得的乳化剂在较低的温度下流动性较好，方便在严寒地区使用。乳化剂1-4号配制成的油基钻井液体系170℃老化前后也具有较好的流变性和电稳定性，标明该乳化剂具有较好的乳化效果。本发明制备的乳化剂与常用的商业化生产的司盘80乳化剂相比，凝点更低，低温下流动性更好，而且乳液稳定性更强；配制形成的油基钻井液塑性粘度和动切力更高，说明流变性能更好。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (14)
1.一种用于制备油基钻井液用低温乳化剂的组合物，其包括：松香酸、环氧氯丙烷、碱、三乙醇胺、C10-C16烷基取代的苯磺酸盐和二丙二醇醚。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，以松香酸的重量为100份计，所述组合物包含：60-90份的环氧氯丙烷、4-17份的碱、30-70份的三乙醇胺、50-70份的十二烷基苯磺酸盐和20-50份的二丙二醇醚。
3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，以松香酸的重量为100份计，所述组合物包含：70-80份的环氧氯丙烷、8-12份的碱、40-60份的三乙醇胺、50-60份的十二烷基苯磺酸盐和30-40份的二丙二醇醚。
4.根据权利要求1或2或3所述的组合物，其特征在于，所述C10-C16烷基取代的苯磺酸盐为十二烷基苯磺酸盐；和/或所述二丙二醇醚选自二丙二醇烷基醚中的至少一种，所述烷基为C1-C6的烷基；和/或所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基苯磺酸钙；和/或所述二丙二醇醚为二丙二醇甲醚和/或二丙二醇乙醚。
6.一种油基钻井液用低温乳化剂，其由如权利要求1-5中任一项所述的组合物作为原料制得。
7.根据权利要求6所述的低温乳化剂，其特征在于，所述低温乳化剂为如权利要求1-5中任一项所述的组合物的反应产物。
8.如权利要求6或7所述的油基钻井液用低温乳化剂的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将松香酸与环氧氯丙烷混合得混合物；
（2）将步骤（1）所得混合物与碱进行第一反应，得第一反应产物；
（3）将所得第一反应产物与三乙醇胺进行第二反应，得第二反应产物；
（4）将所得第二反应产物与十二烷基苯磺酸盐和二丙二醇醚混合进行第三反应，得到所述乳化剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述混合的温度为60-70℃，所述混合时间为0.5-1h；和/或步骤（2）中所述第一反应的温度为80℃-90℃，所述第一反应的时间为6-8h；和/或步骤（3）中所述第二反应的温度为150℃-180℃；所述第二反应的时间为2-4h；和/或步骤（4）中所述第三反应的温度为150℃-170℃，所述第三反应的时间为1-4h。
10. 一种油基钻井液，其由包括如权利要求6或7所述的油基钻井液用低温乳化剂或如权利要求8或9所述的制备方法制得的油基钻井液用低温乳化剂的组分制得，其中以所述油基钻井液的总重量计，所述乳化剂的添加量为2 wt%-6wt%。
11.根据权利要求10所述的油基钻井液，其特征在于，以基础油重量为100份计，所述油基钻井液包括：
氯化钙水溶液20-35重量份；
乳化剂2-9重量份；
亲油胶体1.5-4.5重量份；
降滤失剂3-4重量份；
石灰1.5-3重量份；以及
任选的加重剂。
12.根据权利要求11所述的油基钻井液，其特征在于，所述基础油包括柴油、白油和气制油中的至少一种；和/或所述亲油胶体包括有机土、聚酰胺树脂和脂肪酸皂中的至少一种；和/或所述降滤失剂包括腐殖酸酰胺和/或氧化沥青；和/或所述石灰为氧化钙。
13.一种如权利要求10-12中任意一项所述的油基钻井液的制备方法，其包括：
步骤S1，将基础油和乳化剂进行混合，制得混合物I；
步骤S2，将混合物I与氯化钙水溶液进行混合，制得混合物II；
步骤S3，将混合物II与亲油胶体、降滤失剂、石灰以及任选的加重剂进行混合，制得所述油基钻井液。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为20-30min；所述混合为以转速10000-12000r/min进行搅拌。
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