含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑及其制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中油基鉆井液乳液穩(wěn)定性能差、不耐鹽、不耐溫的問題。本發(fā)明通過含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、油和水的復配油基乳化劑及其制備方法的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于強水敏、高溫地層及需要鉆大位移特殊井、海上水平井等特殊鉆井作業(yè)中。
【專利說明】含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油儲量的不斷減少且開采困難，世界各國紛紛加大了對深部地層油氣資源勘探開發(fā)的投入，開發(fā)新的油藏已經(jīng)成為當今各大石油公司發(fā)展的迫切要求。我國待探明的油氣資源主要分布在塔里木、準噶爾、柴達木、吐哈、四川等盆地，其資源量的73%埋藏在深層，且地下條件異常復雜，因此深井和超深井油氣鉆探及配套的開發(fā)技術(shù)已成為制約油氣資源開發(fā)的關(guān)鍵因素。隨著地層深度的增加，深井、超深井的地層溫度也會越來越高，地層的高溫環(huán)境給鉆井液能否維持穩(wěn)定的性能帶來了極大的挑戰(zhàn)。
[0003]鉆井液作為鉆井工程的重要組成部分，其性能直接關(guān)系到深井、超深井的鉆井質(zhì)量、鉆井成本和鉆井周期。相對于水基鉆井液，油基鉆井液具有較強的防塌抑制性、潤滑性和良好的儲層保護性能，尤其可滿足強水敏及高溫、超高溫地層，或者需要鉆大位移特殊井及海上水平井等特殊轉(zhuǎn)鉆井需要。油基鉆井液，又稱油包水鉆井液，是由油、水、乳化劑、降濾失劑、活度平衡劑、流型調(diào)節(jié)劑等組成。通常使用的油包水鉆井液含水量在5~30%之間(含水量在5%以內(nèi)的一般叫做全油基鉆井液，不稱為油包水鉆井液)，但抗高溫達180°C以上的油包水鉆井液中水的含量一般在5~10%，很少超過15%。水的含量增大，攜屑性、降濾失性和懸浮性、流變性都變好，但熱穩(wěn)定性和電穩(wěn)定性都變差，如CN1660958報道了一種合成基鉆井液，使用的主乳化劑為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸銨和壬基酚聚氧乙烯醚的混合物，盡管在150°C老化16小時后仍有良好的流變性和破乳電壓，水含量最高為25%，但更高溫度和水含量下的性能未見報道`。油基鉆井液由于基液以油為主，因此價格昂貴，成本高，全油基鉆井液更是如此，如CN101215461報道了一種全油合成基鉆井液，使用的乳化劑為長碳鏈脂肪酸酰胺、長碳鏈烷基苯磺酸鈣、聚烯烴羧酸酯中的一種或多種的混合物，盡管具有低毒、環(huán)保、對儲層傷害小等優(yōu)點，但其制備成本高，限制了其推廣使用。
[0004]目前市場上提供用作油基鉆井液乳化劑的品種較少，而報道用于強化采油用的乳化劑品種相對較多，如US4485873、US4545912、CN100531884等報道了聚氧乙烯烷基酚醚乙酸鹽、雙尾鏈聚氧乙烯磺酸鹽、烷基芳芐基聚氧乙烯醚陰離子表活劑在強化采油方面的應(yīng)用，但未涉及到其在鉆井液乳化劑方面的用途。
[0005]油基鉆井液由于受到成本、環(huán)保要求的限制一直發(fā)展比較緩慢，應(yīng)用的區(qū)塊也較少，隨著現(xiàn)有油田儲量日益下降，并且新探區(qū)的開采會遇到各種復雜地層及環(huán)境，急需性能優(yōu)良的制備油基鉆井液用乳化劑，以解決現(xiàn)有油基鉆井液乳液穩(wěn)定性能差、不耐鹽、不耐溫的問題。通過提高油基鉆井液中水的比例達到降低油基鉆井液的成本問題，為廣泛應(yīng)用油基鉆井液作業(yè)提供技術(shù)保障。發(fā)明所述的正是這種高含水量情況下，適合于制備穩(wěn)定高效油基鉆井液用的油基復配乳化劑的制備方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是現(xiàn)有技術(shù)中油基鉆井液乳液穩(wěn)定性能差、不耐鹽、不耐溫的問題，提供一種新的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑。以此含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑配制的油基鉆井液具有耐溫耐鹽性能好、乳液穩(wěn)定性能佳的優(yōu)點。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種與解決技術(shù)問題之一相對應(yīng)的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑的制備方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑，以質(zhì)量份數(shù)計包括以下組份:
(1)0.5~6份的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽；
(2)0.5~5份的非離子表面活性劑；
(3)0.1~3份的陰離子表面活性劑；
(4)5~50份的油；
(5)0.1~1份的水；
其中(I)組分的分子通式為:
【權(quán)利要求】
1.一種含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑，以質(zhì)量份數(shù)計包括以下組份: (1)0.5~6份的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽； (2)0.5~5份的非離子表面活性劑； (3)0.1~3份的陰離子表面活性劑； (4)5~50份的油； (5)0.1~1份的水； 其中(I)組分的分子通式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑，其特征在于所述離子為氫、鈣、鎂或鋅；R為C8~C2tl的烷基;m為I~6中的任意一個整數(shù)； η為3~35中的任意一個整數(shù)；χ為I或2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑，其特征在于所述的非離子表面活性劑選自斯盤或吐溫或長鏈脂肪酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑，其特征在于所述的斯盤系列表面活性劑選自斯盤20、斯盤40、斯盤60、斯盤80或斯盤85中的至少一種；吐溫系列表面活性劑選自吐溫20、吐溫40、吐溫60、吐溫80或吐溫85中的至少一種；長鏈脂肪酰胺系列表面活性劑選自月桂酰二乙醇胺、椰油酰二乙醇胺、肉豆蘧酰二乙醇胺、棕櫚油酰二乙醇胺、油酰二乙醇胺或硬酰二乙醇胺中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑，其特征在于所述的陰離子表面活性劑為長鏈烷基硫酸酯鹽或長鏈烷基苯磺酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑，其特征在于所述的長鏈烷基硫酸酯鹽選自碳鏈長C12~C18的硫酸鈉；長鏈烷基苯磺酸鹽選自碳鏈長C12~C24的苯磺酸鈉；所述的油選自白油或液體石蠟；所述的水選自去離子水。
7.權(quán)利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑的制備方法，包括以下步驟: (a)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的制備: 將脂肪醇和環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷按所需配比在反應(yīng)溫度為85~160°C，壓力小于.0.SOMPa表壓條件下，鈣鋇雙金屬化合物為催化劑，反應(yīng)得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚；其中脂肪醇與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:1~15:1~50，催化劑用量為脂肪醇質(zhì)量的1.0~8.0 % ； (b)氯代脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的制備:將步驟(a)所合成的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚按所需配比與二氯亞砜、吡啶按所需配比在70~100°C反應(yīng)3~10小時，減壓抽出過量的二氯亞砜，中和分層去無機鹽，真空干燥得氯代脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚；其中，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、二氯亞砜和吡啶的摩爾比為1:1~3: 0.5~2.5 ; (c)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸(x=l)的制備 將步驟(b)所合成的氯代脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚置于反應(yīng)釜中，加入所需配比的溶劑1，3-丙二醇、磺化劑亞硫酸鈉或亞硫酸鈉與亞硫酸氫鈉的混合物及水，在90~150°C下反應(yīng)3~9小時，再經(jīng)蒸水、中和、去鹽得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸(X=I)； 其中，磺化試劑為亞硫酸鈉或亞硫酸鈉與亞硫酸氫鈉的混合物，氯代脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚與磺化試劑的摩爾比為1: 1.5~2.5，1，3-丙二醇用量為反應(yīng)物質(zhì)量的4~10%，水用量為反應(yīng)物質(zhì)量的5~20% ； (d)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽(x=2或3)的制備 將步驟(c)所合成的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸按所需配比和水、M(OH)x或MO(M2O3)分別加入高壓釜中，在反應(yīng)溫度為50~120°C，反應(yīng)時間為0.5~5小時，于0.60MPa表壓條件下，反應(yīng)得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽；其中脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸與氫氧化物或氧化物的摩爾比為1.5~3: 1，水占反應(yīng)總物料的質(zhì)量百分比為60~90%, M (OH) x或MO (M2O3)的平均粒徑大小為200nm~200 μ m ; (e)將所需量的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、基礎(chǔ)油和水依次加入反應(yīng)瓶中，升溫至30~80°C攪拌I~4小時，得到所需的復配油基乳化劑；以質(zhì)量份數(shù)計，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、油和水的配比為0.5~6份:0.5~5份:0.1~3份:5~50份:0.5~3份。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽復配油基乳化劑的制備方法，其特征在于(a)步驟中的反應(yīng)溫度范圍為120~160°C，壓力范圍為0.30~0.60MPa表壓；脂肪醇與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:1~5: 5~35，催化劑用量為脂肪醇質(zhì)量的2.5~5.0% ； (b)步驟中脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、二氯亞砜和吡啶的摩爾比為1: 1.5~2.5: I~2，反應(yīng)溫度為75~90°C，反應(yīng)時間為4~8小時；(c)步驟中氯代脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚與磺化試劑的摩爾比為1: 1.5~2，1，3-丙二醇用量優(yōu)選為反應(yīng)物質(zhì)量的5~8%，水用量為反應(yīng)物質(zhì)量的10~15%，反應(yīng)溫度為110~140°C，反應(yīng)時間為4~8小時；(d)步驟中脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸與M(OH)x或MO (M2O3)的摩爾比為1.8~2.5: 1，水占反應(yīng)總物料的質(zhì)量百分比為70~85%，M(OH)MO(M2O3)的平均粒徑大小為400nm~100 μ m,反應(yīng)溫度為60~90°C，反應(yīng)時間為I~3小時；(e)以質(zhì)量份數(shù)計，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚磺酸鹽的用量范圍為I~4份，非離子表面活性劑的用量范圍為I~4份，陰離子表面活性劑的用量范圍為0.5~1份，油的用量范圍為10~40份，水的用量范圍為0.3~0.7份，反應(yīng)溫度為40~70°C，攪拌時間為2~3小時。
【文檔編號】C09K8/035GK103666411SQ201210324545
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月5日
【發(fā)明者】沈之芹, 張衛(wèi)東, 李斌, 楊一青 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院