用于油基钻井液的复合乳化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于油基钻井液的复合乳化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着石油储量的不断减少且开采困难，世界各国纷纷加大了对深部地层油气资源 勘探开发的投入，开发新的油藏已经成为当今各大石油公司发展的迫切要求。我国待探明 的油气资源主要分布在塔里木、准鳴尔、柴达木、吐哈、四川等盆地，其资源量的73%埋藏在 深层，且地下条件异常复杂，因此深井和超深井油气钻探及配套的开发技术已成为制约油 气资源开发的关键因素。随着地层深度的增加，深井、超深井的地层溫度也会越来越高，地 层的高溫环境给钻井液能否维持稳定的性能带来了极大的挑战。
[0003] 钻井液作为钻井工程的重要组成部分，其性能直接关系到深井、超深井的钻井质 量、钻井成本和钻井周期。相对于水基钻井液，油基钻井液具有较强的防塌抑制性、润滑性 和良好的储层保护性能，尤其可满足强水敏及高溫、超高溫地层，或者需要钻大位移特殊井 及海上水平井等特殊转钻井需要。油基钻井液，又称油包水钻井液，是由油、水、乳化剂、降 滤失剂、活度平衡剂、流型调节剂等组成。通常使用的油包水钻井液含水量在5~30%之 间（含水量在5% W内的一般叫做全油基钻井液，不称为油包水钻井液），但抗高溫达180°C W上的油包水钻井液中水的含量一般在5~10%，很少超过15%。水的含量增大，携屑性、 降滤失性和悬浮性、流变性都变好，但热稳定性和电稳定性都变差，如CN1660958报道了一 种合成基钻井液，使用的主乳化剂为脂肪醇聚氧乙締酸硫酸锭和壬基酪聚氧乙締酸的混合 物，尽管在150°C老化16小时后仍有良好的流变性和破乳电压，水含量最高为25%。专利 CN 102031095 A申请公布了一种高溫油包水钻井液，虽然耐溫能到240°C，但其须借助辅助 乳化剂及氧化巧的存在才能达到应用效果。油基钻井液由于基液W油为主，因此价格昂贵， 成本高，全油基钻井液更是如此，如CN101215461报道了一种全油合成基钻井液，使用的乳 化剂为长碳链脂肪酸酷胺、长碳链烷基苯横酸巧、聚締控簇酸醋中的一种或多种的混合物， 尽管具有低毒、环保、对储层伤害小等优点，但其制备成本高，限制了其推广使用。
[0004] 目前市场上提供用作油基钻井液乳化剂的品种较少，而报道用于强化采油用的乳 化剂品种相对较多，如US4485873、US4545912、CN100531884等报道了聚氧乙締烷基酪酸乙 酸盐、双尾链聚氧乙締横酸盐、烷基芳苄基聚氧乙締酸阴离子表活剂在强化采油方面的应 用，但未设及到其在钻井液乳化剂方面的用途。国内油基钻井液用乳化剂方面多依赖国外 产品，而且国内配套的钻井液体系也较少。 阳〇化]油基钻井液由于受到成本、环保要求的限制一直发展比较缓慢，应用的区块也较 少，随着现有油田储量日益下降，并且新探区的开采会遇到各种复杂地层及环境，急需进行 满足制备稳定高效油基钻井液用乳化剂的研究，W解决油基钻井液乳化剂品种少，乳化性 能差，不耐盐、不耐溫的问题，通过提高油基钻井液中水的比例达到降低油基钻井液的成本 问题，为广泛应用油基钻井液作业提供技术支撑。
[0006] 本发明所述的正是运种高含水量情况下，适合于制备稳定高效油基钻井液用的复 合乳化剂及其制备方法。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中油基钻井液乳化剂品种少，乳化性 能、耐溫性能差的问题，提供一种用于油基钻井液的复合乳化剂。该用于油基钻井液的复合 乳化剂具有良好的乳化性能及耐溫性能，含该类复合乳化剂的油基钻井液可满足油田中强 水敏、高溫地层及大位移特殊钻井、海上水平井钻井等特殊需要。
[0008] 本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的用于 油基钻井液的复合乳化剂的制备方法。
[0009] 本发明所要解决的技术问题之=是提供一种与解决技术问题之一相对应的用于 油基钻井液的复合乳化剂在油基钻井液中的应用。
[0010] 为了解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种用于油基钻井液 的复合乳化剂，包括W下组分： W11] (1)主乳化剂，选自式讯所示结构中的至少一种； 阳〇1引 似辅助乳化剂，选自式（II )所示结构中的至少一种；
[0013]
[0014] 阳01引其中Ri为含C S~Cw脂肪控基，R 2为氨或者R 3C0，R3为Cs~C 3。脂肪控基，X = 1~ 10, y = 1~40, Z = 0~40化为C 7~C 25脂肪控基，M选自H、锋、铁、侣、碱金属、碱±金 属中的一种，当M为H或碱金属时，n = 1，当M为碱±金属时，n = 0. 5,当M为铁或侣时，n =1/3 ; W质量计，所述主乳化剂与辅助乳化剂的比例满足0 <辅助乳化剂：主乳化剂《1。
[0016] 上述技术方案中，所述的Ri和Rs独立选自C U~C 23的饱和或不饱和的控基、或 Cu~C 23的饱和控基和不饱和控基的混合控基。更优选R 1和R 3独立选自碳原子数为十一、 十=、十五、十屯、十九、二十一的饱和控或不饱和控基，或十一、十=、十五、十屯、十九、 二^ 的饱和控和不饱和控的混合控基。优选X为2~6, y为1~20, Z为0~30 ;进一 步优选X为2或3, y为1~10 ;更优选Z为0~20 ;所述Ra优选为C。~C 23饱和控基或 不饱和控基；M优选为H、锋、或碱±金属中的一种。
[0017] 上述技术方案中，所述辅助乳化剂可进一步最优选自油酸、硬脂酸、栋桐酸、肉豆 違酸、月桂酸、油酸巧、硬脂酸巧中的一种或二种W上的混合物；W质量计，所述主乳化剂与 辅助乳化剂的比例最优选为辅助乳化剂：主乳化剂=1: (2~20)。
[0018] 上述技术方案中，所述主乳化剂可W进一步优选自（I)所示结构中的两种W上的 混合物，可起到较好的协同作用。
[0019] 上述技术方案中，所述辅助乳化剂可W进一步优选自（II )所示结构中的两种W 上的混合物，可起到较好的协同作用。
[0020] 为解决上述技术问题之二，本发明所采用的技术方案如下：一种用于油基钻井液 的乳化剂的制备方法，包括W下步骤：
[0021] (a) RiCONH (邸2) XNR2CH2CH2OH (即脂肪酷基径乙基二胺）的制备 阳0巧在碱性催化剂存在下RiCOOCHs (即脂肪酸甲醋）与畑2 (邸2) X畑邸2邸2地（即径乙基 二胺）在80~220°C的溫度下反应2~24小时，反应结束后优选减压蒸馈除去未反应的原 料和生成的甲醇得到所述脂肪酷基径乙基二胺。其中，脂肪酸甲醋与径乙基二胺的摩尔比 为优选1:0. 1~6。所述催化剂用量优选占脂肪酸甲醋质量的0.0 l~10%。 阳〇2引 化)RiCONH (邸2) xNRz (邸2邸2〇) y- (CHzC肥&0) zH (即脂肪酷基二胺聚氧締酸）的制 备：
[0024] 在碱性催化剂存在下，步骤（a)所合成的脂肪酷基径乙基二胺与所需的环氧乙烧 或环氧丙烷进行反应得到所述的肪酷基二胺聚氧締酸。催化剂用量优选为脂肪酷基径乙基 二胺质量的0.5~6.0% ;
[0025] (C)用于油基钻井液的复合乳化剂的制备
[0026] 将步骤（a)得到的所述脂肪酷基径乙基二胺和/或步骤化）得到的所述的肪酷基 二胺聚氧締酸与所述辅助乳化剂，按所述比例混合均匀，得到所述用于油基钻井液的复合 乳化剂。
[0027] 上述技术方案中，a)步骤中的反应溫度优选范围为100~200°C，更优选为120~ 180°C ;催化剂优选为碱金属氨氧化物、碱±金属氨氧化物中的至少一种，更优选为氨氧 化钟、氨氧化钢，进一步优选为氨氧化钟，用量优选为占脂肪酸甲醋类单体质量的0. 5~ 5. 0% ;脂肪酸甲醋与径乙基二胺的摩尔比优选为1~2:1 ;反应时间优选为6~16小时。
[0028] 上述技术方案中，b)步骤中的碱性催化剂优选为碱±金属氧化物、碱±