一種油基鉆井液用乳化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種油基鉆井液用乳化劑，所述乳化劑選自廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油脂的酰胺化物中的任意兩種或三種。所述廢棄油脂的皂化物通過廢棄油脂與堿反應(yīng)得到，所述廢棄油脂的酰胺化物通過廢棄油脂與有機(jī)胺在堿的催化條件下反應(yīng)得到。本發(fā)明還提供所述乳化劑的制備方法及其在油基鉆井液中的應(yīng)用。所述乳化劑具有良好的乳化效果。生物毒性低，不僅可以大幅度降低油基鉆井液乳化劑的成本，而且實(shí)現(xiàn)了廢棄油脂的變廢為寶，降低了廢棄油脂對(duì)環(huán)境的污染，利于環(huán)境保護(hù)。
【專利說明】一種油基鉆井液用乳化劑及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供了一種油基鉆井液用乳化劑以及所述鉆井液的制備方法和應(yīng)用，屬于 石油鉆井用油基鉆井液領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 油基鉆井液具有抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑性優(yōu)異、利于井壁穩(wěn)定和油氣層保護(hù)等眾多優(yōu)點(diǎn)， 是鉆井領(lǐng)域應(yīng)對(duì)復(fù)雜地層的有效手段，得到廣泛應(yīng)用。通常油基鉆井液體系又稱為油包水 鉆井液或逆乳化鉆井液。油基鉆井液體系是依靠乳化劑將分散相（水相）均勻分散于連續(xù) 相（油相）中，因此又稱為逆乳化體系。通常乳化劑性能的優(yōu)劣直接決定了逆乳化體系的 穩(wěn)定性能。目前，用于油基鉆井液的乳化劑主要包括司盤、吐溫、環(huán)烷酸酰胺等非離子類表 面活性劑和硬脂酸鈣、油酸鈣、環(huán)烷酸鐵等陰離子類表面活性劑以及高分子聚酰胺、聚醚類 表面活性劑，上述乳化劑的合理復(fù)配具有較好的乳化效果，但存在成本高昂的不足。上述材 料在油基鉆井液中的大量應(yīng)用大幅度拉高了油基鉆井液的成本，限制了油基鉆井液的推廣 和使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明利用各種油腳或地溝油等廢棄油脂為原料，通過合理的路線和溫和的反應(yīng) 條件，制備低成本高效的油基鉆井液用乳化劑，不僅大幅度降低油基鉆井液乳化劑的成本， 而且實(shí)現(xiàn)了廢棄油脂的變廢為寶，降低了廢棄油脂對(duì)環(huán)境的污染。為廢棄油脂的再利用和 油脂資源的可持續(xù)發(fā)展提供一條有效的道路，極具經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
[0004] 因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種油基鉆井液用乳化劑。
[0005] 本發(fā)明的又一目的是提供所述乳化劑的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的再一目的是提供所述乳化劑在油基鉆井液中的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明所述的油基鉆井液用乳化劑選自廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油脂 的酰胺化物中的任意兩種或三種。
[0008] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油脂的酰胺 化物的重量比為100:0?300:0?100,優(yōu)選為100:100?150:10?30。
[0009] 具體的，所述廢棄油脂選自煉制植物油的油腳、煉制動(dòng)物油的油腳、地溝油、泔水 油和潲水油中的至少一種。
[0010] 所述廢棄油脂的皂化物通過廢棄油脂與堿反應(yīng)得到。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例 中，皂化反應(yīng)為按重量份數(shù)計(jì)，將100份廢棄油脂與10?100份堿加熱至60?200°C，在攪 拌條件下反應(yīng)1?8小時(shí)，冷卻即可制得廢棄油脂的皂化物。
[0011] 所述廢棄油脂的酰胺化物通過廢棄油脂與有機(jī)胺在堿的催化條件下反應(yīng)得到。在 本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，酰胺化反應(yīng)為按重量份數(shù)計(jì)，將100份廢棄油脂與10?100 份有機(jī)胺和5?50份堿加熱至80?180°C，在攪拌條件下反應(yīng)2?8小時(shí)，冷卻即可制得 廢棄油脂的酰胺化物。
[0012] 在上述酰胺化反應(yīng)中，所述有機(jī)胺選自1)-3)表示的化合物中的任何一種：
[0013] 1) H〇-C2H4-NH2、NH (-C2H4-〇H) 2 和 N (_C2H4-〇H) 3 中的至少一種；
[0014] 2) Ri-HN-馬，其中札選自Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽 和烴基、C 3-C2(l的環(huán)烷基、C6-C2(l的烷芳基、碳原子數(shù)為6-20的取代或未取代的芳烷基；R 2 選自氫、Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽和烴基、C3-C 2(l的環(huán)烷基、 C6-C2(l的烷芳基、C6-C2(l的取代或未取代的芳烷基；優(yōu)選&為的直鏈或支鏈飽和烴基， R2為氫或的直鏈或支鏈飽和烴基。
[0015] 3) H2N-R3- (NH-CnH2n)m-NH2，其中R 3選自Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、c2-c3(l的直 鏈或支鏈不飽和烴基、c 3-c2(l的環(huán)烷基、c6-c2(l的烷芳基、c 6-c2(l的取代或未取代的芳烷基，η 為1-6的整數(shù)，m為0-20的整數(shù)，優(yōu)選R3為的直鏈或支鏈飽和烴基，η為1-3的整數(shù)， m為0-5的整數(shù)。
[0016] 所述皂化反應(yīng)和酰胺化反應(yīng)中使用的堿選自氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧 化鉀、氧化鈣、氧化鈉和氧化鉀中的至少一種。
[0017] 本發(fā)明還提供所述乳化劑的制備方法，包括將所述廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物 和廢棄油脂的酰胺化物中的任意兩種或三種混合，在10000-15000rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌2-4h， 混合均勻即得到所述乳化劑。
[0018] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了所述乳化劑在油基鉆井液中的應(yīng)用。具體地，在油基鉆井液 中使用2?8重量％的本發(fā)明的乳化劑。所述油基鉆井液中的基礎(chǔ)油選自柴油、白油、α-長(zhǎng) 鏈烯烴、長(zhǎng)鏈酯和氣制油中的至少一種。鉆井液中還優(yōu)選含有鹽水，在多數(shù)情況下，采用鈉、 鈣和/或鎂鹽水。鉆井液中也可含有諸如有機(jī)粘土、乳化劑、pH值調(diào)節(jié)劑、加重劑和降濾濕 劑等組分，這些組分是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
[0019] 本發(fā)明的乳化劑是高活性的，據(jù)信在所有或幾乎所有已知的用于油基鉆井液體系 中都有效。本發(fā)明的乳化劑也可賦予鉆井液更高的粘度，因而優(yōu)選在加入任何加重劑之前 加入到基礎(chǔ)鉆井液中。
[0020] 發(fā)明的效果
[0021] 本發(fā)明利用廢棄油脂為主要原料制備得到的低成本油基鉆井液用乳化劑，實(shí)現(xiàn)了 廢棄油脂的變廢為寶，降低了廢棄油脂的無序排放導(dǎo)致的環(huán)境污染；而且，所述廢棄油脂來 源于自然界的動(dòng)植物，生物毒性低，因此由其制備的乳化劑具有較好的生物降解特性，可以 用于環(huán)境敏感地區(qū)的鉆井液技術(shù)施工，利于環(huán)境保護(hù)。
[0022] 將所述乳化劑應(yīng)用于柴油、白油、α -長(zhǎng)鏈烯烴、長(zhǎng)鏈酯和氣制油中的至少一種作 為基礎(chǔ)油的油基鉆井液體系具有良好的乳化效果。且原材料來源廣泛、成本低，因此可以大 幅降低油基鉆井液乳化劑的成本。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不僅限于下述實(shí)施例。
[0024] 注：除特殊說明外，實(shí)施例中的"份"均為重量份。
[0025](一）乳化劑的制備
[0026] (1)實(shí)施例中使用的廢棄油脂為菜籽油渣（張北喜香植物油購(gòu)銷有限公司生產(chǎn)）、 動(dòng)物油腳（河北佳潔油脂有限公司生產(chǎn)）和餐廳泔水油（自行在單位餐廳收集）。
[0027] (2)實(shí)施例中使用的廢棄油脂的皂化物按如下操作進(jìn)行制備：
[0028] ①將100份菜籽油渣與100份氧化鈣與氫氧化鈣的混合物（二者重量比為3:1) 加熱至65°C，在攪拌條件下反應(yīng)8小時(shí)，冷卻即可制得菜籽油脂的皂化物。
[0029] ②將100份動(dòng)物油腳與10份氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物（二者重量比為1:1) 加熱至190°C，在攪拌條件下反應(yīng)1小時(shí)，冷卻即可制得動(dòng)物油腳的皂化物。
[0030] ③將100份餐廳泔水油與50份氧化鈣加熱至100°C，在攪拌條件下反應(yīng)4小時(shí)，冷 卻即可制得泔水油的皂化物。
[0031] (3)實(shí)施例中使用的廢棄油脂的酰胺化物按如下操作進(jìn)行制備：
[0032] ①將100份菜籽油渣與10份H0-C2H4_NH 2、5份氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物（二 者重量比為1:1)加熱至80°C，在攪拌條件下反應(yīng)8小時(shí)，冷卻即可制得菜籽油脂的酰胺化 物。
[0033] ②將100份動(dòng)物油腳與100份N-甲基正丙胺、50份氧化鈣和氫氧化鋰的混合物 (二者重量比為1:4)加熱至180°C，在攪拌條件下反應(yīng)2小時(shí)，冷卻即可制得動(dòng)物油腳的酰 胺化物。
[0034] ③將100份餐廳泔水油與40份化學(xué)式為H2N-C2H 4-NH-C2H4-NH2的有機(jī)胺、25份氧 化鈣加熱至100°c，在攪拌條件下反應(yīng)6小時(shí)，冷卻即可制得泔水油脂的酰胺化物。
[0035] (4)按如下重量份將所述廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物、廢棄油脂的酰胺化物加入 到混合反應(yīng)器中，均勻攪拌3h混合均勻，得到乳化劑，作為實(shí)施例1-6。將單一組分以及常 用的油基鉆井液乳化劑SP-80作為對(duì)比例1-4。其中：
[0036] 對(duì)比例 1 :SP_80 ;
[0037] 對(duì)比例2 :菜籽油渣；
[0038] 對(duì)比例3 :動(dòng)物油腳的皂化物；
[0039] 對(duì)比例4 :泔水油脂的酰胺化物；
[0040] 實(shí)施例1 :菜籽油渣：菜籽油脂的皂化物：菜籽油脂的酰胺化物的重量比為 100:200:50 ；
[0041] 實(shí)施例2 :動(dòng)物油腳：動(dòng)物油腳的皂化物：動(dòng)物油腳的酰胺化物的重量比為 100:25:25 ；
[0042] 實(shí)施例3 :餐廳泔水油：泔水油脂的皂化物：泔水油脂的酰胺化物的重量比為 100:125:20 ；
[0043] 實(shí)施例4 :菜籽油渣：動(dòng)物油腳的酰胺化物的重量比為100:50 ;
[0044] 實(shí)施例5 :動(dòng)物油腳的皂化物：財(cái)水油脂的酰胺化物的重量比為100:20 ;
[0045] 實(shí)施例6 :餐廳泔水油：菜籽油脂的皂化物的重量比為100:100。
[0046] (二）油基鉆井液的制備
[0047] 為了有效評(píng)價(jià)本發(fā)明乳化劑的效果，采用如下配方配置油基鉆井液，其組成為： 100份基礎(chǔ)油（柴油、白油、α -長(zhǎng)鏈烯烴、長(zhǎng)鏈酯、氣制油中的任意一種）、33份質(zhì)量濃度為 25%的CaCl2水溶液、5份實(shí)施例/對(duì)比例制備得到的乳化劑、3份Ca0、4份有機(jī)土、4份氧 化浙青。
[0048] 所述油基鉆井液的制備步驟為：首先在攪拌杯中放入基礎(chǔ)油，在12000rpm的轉(zhuǎn)速 下加入乳化劑攪拌l〇min，其次加入CaCl 2水溶液攪拌40min ;然后依次加入有機(jī)土、氧化隹丐 和氧化浙青，每種材料加入后攪拌20min，所有材料加完后再攪拌30min，即可獲得油基鉆 井液。
[0049](三）油基鉆井液性能測(cè)定
[0050] 參照GB/T16782-1997測(cè)定加入不同乳化劑配制的油基鉆井液在80?200°C高溫 老化16h前后的破乳電壓（ES)、塑性粘度（PV)、動(dòng)切力（YP)和高溫高壓FL HTHP等性能指標(biāo)， 結(jié)果見表1。
[0051] 表1不同乳化劑的油基鉆井液體系性能
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種油基鉆井液用乳化劑，所述乳化劑選自廢棄油脂、廢棄油脂的皂化物和廢棄油 脂的酰胺化物中的任意兩種或三種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂選自煉制植物油的油腳、 煉制動(dòng)物油的油腳、地溝油、泔水油和潲水油中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂的皂化物通過廢棄油脂 與堿反應(yīng)得到，優(yōu)選阜化反應(yīng)為按重量份數(shù)計(jì)，將100份廢棄油脂與10?100份堿加熱至 60?200°C，在攪拌條件下反應(yīng)1?8小時(shí)，冷卻即可制得廢棄油脂的皂化物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂的酰胺化物通過廢棄油 脂與有機(jī)胺在堿的催化條件下反應(yīng)得到，優(yōu)選酰胺化反應(yīng)為按重量份數(shù)計(jì)，將100份廢棄 油脂與10?100份有機(jī)胺和5?50份堿加熱至80?180°C，在攪拌條件下反應(yīng)2?8小 時(shí)，冷卻即可制得廢棄油脂的酰胺化物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的乳化劑，其特征在于，所述皂化反應(yīng)和酰胺化反應(yīng)中使 用的堿選自氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、氧化鈉和氧化鉀中的至少一 種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的乳化劑，其特征在于，所述有機(jī)胺選自1)-3)表示的化合物中 的任何一種： 1. H〇-C2H4-NH2、NH (-C2H4-〇H) 2 和 N (_C2H4-〇H) 3 中的至少一種； ，其中&選自的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽和烴 基、C3-C2(l的環(huán)烷基、C6-C2(l的烷芳基、碳原子數(shù)為6-20的取代或未取代的芳烷基；R 2選自 氫、的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C3(l的直鏈或支鏈不飽和烴基、C 3-C2(l的環(huán)烷基、C6-CM 的烷芳基、C6-C2(l的取代或未取代的芳烷基；優(yōu)選&為的直鏈或支鏈飽和烴基，R 2為 氫或Q-Q的直鏈或支鏈飽和烴基。 3)H2N-R3-(NH-CnH2n) m-NH2，其中R3選自Ci-Q的直鏈或支鏈飽和烴基、C2-C 3Q的直鏈或 支鏈不飽和烴基、C3-C2(l的環(huán)烷基、C6-C2(l的烷芳基、C 6-C2(l的取代或未取代的芳烷基，η為 1-6的整數(shù)，m為0-20的整數(shù)，優(yōu)選R 3為C「C6的直鏈或支鏈飽和烴基，η為1-3的整數(shù)，m 為0-5的整數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的乳化劑，其特征在于，所述廢棄油脂、廢棄油脂 的皂化物和廢棄油脂的酰胺化物的重量比為100:0?300:0?100,優(yōu)選為100:100? 150:10 ?30。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的乳化劑的制備方法，包括將所述廢棄油脂、廢棄油 脂的皂化物和廢棄油脂的酰胺化物中的任意兩種或三種混合，在10000-15000rpm的轉(zhuǎn)速 下攪拌2-4h，混合均勻得到。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的乳化劑在油基鉆井液中的應(yīng)用，所述乳化劑在油 基鉆井液中的加量為2?8重量％。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述油基鉆井液使用的基礎(chǔ)油為柴油、 白油、α-長(zhǎng)鏈烯烴、長(zhǎng)鏈酯和氣制油中的至少一種。
【文檔編號(hào)】C11C3/00GK104140792SQ201410166050
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】曾義金, 王顯光, 何恕, 韓秀貞, 李舟軍, 林永學(xué), 李雄, 楊小華 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院