一种耐温耐盐型钻井用发泡剂及其合成方法与流程

本发明属于油气田开发，特别涉及钻井，具体涉及一种耐温耐盐型钻井用发泡剂及其合成方法。

背景技术：

1、钻井过程中，井漏是地层压力小于液柱压力时钻井液大量漏入地层的现象，井漏会引起井下事故或复杂情况，会导致严重资源浪费和巨大经济损失。

2、目前，国内油田在低压或欠平衡钻井过程中，往往采用泡沫钻井液来降低钻井液密度，保证钻井施工安全。泡沫钻井技术是保护低压油气层的最有效的方法之一，泡沫流体较常规泥浆钻井液密度低，井底压持效应小，不仅能够有效控制钻井液循环漏失、提高机械钻速，而且能够减轻储层伤害，保护低压油气藏。

3、地层流体往往是高矿化度、高硬度的地层水，而且流体的温度较高。泡沫钻井所用的发泡剂均应在所遇地层流体中具有强起泡能力，形成的泡沫稳定性好，并且应该有耐温、耐矿化度、耐硬度的特点。

4、cn104312563b一种阳离子型微泡钻井液用表面活性剂及其制备方法，由乙烯基阳离子单体a、乙烯基酰胺化合物b按质量比10：1～10的比例混合后，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1000～4000之间，该发明简便可行，在微泡钻井液中使用本发明所得表面活性剂，形成的泡沫稳定性好，抗压缩能力强，能够保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，有利于减少井下复杂。但是起泡性能及稳泡性能较差，实际应用中效果很难满足现场需求。

5、cn101798499b公开了一种钻井用强抑制防塌泡沫液，其特征是：它是由以下组分及其重量份组成：稳泡剂0.09-0.11份、发泡剂0.36-0.44份、防塌剂2.34-2.86份、降滤失剂2.7-3.3份、水94.51-93.29份。在气体钻井遇到地层出水等复杂情况时，使用本发明泡沫液可有效提高携岩携水能力，并同时保护上部井壁稳定。实验室研究证明该泡沫液发泡能力强，发泡量≥500％，半衰期适中，易于控制，有利于钻井工程施工。但该体系存在耐温性能一般，超高分子量聚合物用量较多而导致的泡沫液配制、溶解缓慢、影响现场施工效率。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足而提供一种耐温耐盐型钻井用发泡剂及其合成方法，该钻井用发泡剂具有耐温、耐矿化度、耐硬度的优点。

2、本发明的目的之一公开了一种耐温耐盐型钻井用发泡剂，所述的钻井用发泡剂的分子结构式如下：

3、

4、本发明另一个目的公开了上述钻井用发泡剂的合成方法，具体步骤如下：

5、(1)在四口烧瓶中加入二苯胺-4-磺酸钠、异丙醇、1,3-二溴丙烷，搅拌，加热回流得到混合液，反应过程中用2mol/l的氢氧化钠调节维持ph7-8；

6、(2)将上述混合液减压蒸馏掉90-95wt％的异丙醇，加入蒸馏水，全部转移到分液漏斗，充分振荡，分液，弃掉少量油相，水相用1mol/l的盐酸调节ph2-3，析出沉淀，抽滤，得到中间体；

7、(3)用异丙醇将上述中间体转移到四口烧瓶，加入溴乙基磺酸钠，用2mol/l的氢氧化钠调节ph7-8，加热回流得到产品溶液；

8、(4)将产品溶液用旋转蒸发仪减压蒸馏得到半固体，用乙酸乙酯重结晶，得到淡黄色晶体，80-85℃烘干过夜，得到产品钻井用发泡剂。

9、优选地，基于1摩尔份的二苯胺-4-磺酸钠，所述的1,3-二溴丙烷、溴乙基磺酸钠的用量分别为0.45-0.6摩尔份、0.8-1摩尔份；更优选地，基于1摩尔份的二苯胺-4-磺酸钠，所述的1,3-二溴丙烷、溴乙基磺酸钠的用量分别为0.5-0.55摩尔份、0.85-0.95摩尔份。

10、优选地，步骤(1)中，所述的异丙醇与二苯胺-4-磺酸钠重量比为20-30：1。

11、优选地，步骤(1)中，所述的回流反应时间为6-12h；更优选地，所述的回流反应时间为7-10h。

12、优选地，步骤(2)中，所述的蒸馏水与二苯胺-4-磺酸钠重量比为40-50：1。

13、优选地，步骤(3)中，所述的异丙醇与二苯胺-4-磺酸钠重量比为40-50：1。

14、优选地，步骤(3)中，所述的回流反应时间为24-48h；更优选地，所述的回流反应时间为28-36h。

15、本发明的钻井用发泡剂合成的反应方程式如下：

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17、本发明第三个目的公开了上述钻井用发泡剂在油藏钻井中的应用。

18、本发明的钻井用发泡剂属于双阳四阴两性离子表面活性剂，活性基团包括四个磺酸基和两个季铵盐，比常规单活性基团的表面活性剂的表面活性更高，临界胶束浓度更低，因此使用时的用量更低。苯环结构属于刚性结构，具有稳定的物理化学性质，分子整体耐温性较强。分子中的活性基团为季铵盐和磺酸盐，对矿化度和硬度具有较高的耐受能力。

19、本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

20、(1)本发明钻井用发泡剂具有良好的发泡性能，常温下发泡体积大于900ml，泡沫半衰期大于4800s；

21、(2)本发明钻井用发泡剂具有良好的耐温、耐盐、耐矿化度的优点，在含氯化钠5wt％、氯化钙0.1wt％的模拟水中，经120℃/16h滚动后，发泡性能良好；

22、(3)本发明钻井用发泡剂具有低表、界面张力的特点，300mg/l的浓度，表面张力低于30mn/m；界面张力达到0.02mn/m；

23、(4)本发明钻井用发泡剂具有低临界胶束浓度的特点，临界胶束浓度低于80mg/l。

技术特征：

1.一种耐温耐盐型钻井用发泡剂的合成方法，其特征在于，所述的合成方法如下：

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，基于1摩尔份的二苯胺-4-磺酸钠，所述的1,3-二溴丙烷、溴乙基磺酸钠的用量分别为0.45-0.6摩尔份、0.8-1摩尔份。

3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，基于1摩尔份的二苯胺-4-磺酸钠，所述的1,3-二溴丙烷、溴乙基磺酸钠的用量分别为0.5-0.55摩尔份、0.85-0.95摩尔份。

4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的异丙醇与二苯胺-4-磺酸钠重量比为20-30：1。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的回流反应时间为6-12h。

6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的蒸馏水与二苯胺-4-磺酸钠重量比为40-50：1。

7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的异丙醇与二苯胺-4-磺酸钠重量比为40-50：1。

8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的回流反应时间为24-48h。

9.根据权利要求1所述的合成方法制备得到的钻井用发泡剂，其特征在于，所述的钻井用发泡剂的分子结构式如下：

10.根据权利要求9所述钻井用发泡剂的应用，其特征在于，所述的应用为在油藏钻井中的应用。

技术总结
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种耐温耐盐型钻井用发泡剂及其合成方法。该合成方法如下：在四口烧瓶中加入二苯胺‑4‑磺酸钠、异丙醇、1,3‑二溴丙烷，搅拌，加热回流得到混合液；将上述混合液减压蒸馏掉90‑95wt％的异丙醇，加入蒸馏水，全部转移到分液漏斗，充分振荡，分液，弃掉少量油相，调pH2‑3，析出沉淀，抽滤，得到中间体；用异丙醇将上述中间体转移到四口烧瓶，加入溴乙基磺酸钠，调pH7‑8，加热回流得到产品溶液；减压蒸馏、重结晶、烘干得到产品。本发明钻井用发泡剂具有良好的耐温、耐盐、耐矿化度的优点。

技术研发人员：孙春同,任海宁,孙永强,曹秀义
受保护的技术使用者：东营施普瑞石油工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16