含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂及其制备方法，主要解决现有技术中油基钻井液乳液稳定性能差、不耐盐、不耐温的问题。本发明通过含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和油的复合油基乳化剂及其制备方法的技术方案，较好地解决了该问题，可用于强水敏、高温地层及需要钻大位移特殊井、海上水平井等特殊钻井作业中。
【专利说明】含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂及其制备方法。
【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、准噶尔、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、超深井的地层温度也会越来越高，地层的高温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温、超高温地层，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%以内的一般叫做全油基钻井液，不称为油包水钻井液)，但抗高温达180°C以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烯醚硫酸铵和壬基酚聚氧乙烯醚的混合物，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%，但更高温度和水含量下的性能未见报道。油基钻井液由于基液以油为主，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酰胺、长碳链烷基苯磺酸钙、聚烯烃羧酸酯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等报道了聚氧乙烯烷基酚醚乙酸盐、双尾链聚氧乙烯磺酸盐、烷基芳苄基聚氧乙烯醚阴离子表活剂在强化采油方面的应用，但未涉及到其在钻井液乳化剂方面的用途。
[0005]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，急需性能优良的制备油基钻井液用乳化剂，以解决现有油基钻井液乳液稳定性能差、不耐盐、不耐温的问题。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保障。发明所述的正是这种高含水量情况下，适合于制备稳定高效油基钻井液用的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂。
【发明内容】
[0006]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液稳定性能差、不耐盐、不耐温的问题，提供一种新的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂。以此含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂配制的油基钻井液具有耐温耐盐性能好、乳液稳定性能佳的优点。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含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂的制备方法。
[0007]为了解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下:一种含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，以质量份数计包括以下组份:
(1)0.5~6份的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐；
(2)0.5~5份的非离子表面活性剂；
(3)0.1~1份的两性离子表面活性剂；
(4)5~50份的油；
其中(I)组分的分子通式为:
【权利要求】
1.一种含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，以质量份数计包括以下组份: (1)0.5~6份的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐； (2)0.5~5份的非离子表面活性剂； (3)0.1~1份的两性离子表面活性剂； (4)5~50份的油； 其中(I)组分的分子通式为:
2.根据权利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，其特征在于所述离子为氢、钙、镁或锌；R为C8~C2tl的烷基；111为I~6中的任意一个整数；n为3~35中的任意一个整数；x为I或2。
3.根据权利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，其特征在于所述的非离子表面活性剂选自斯盘、吐温或长链脂肪酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，其特征在于所述的斯盘系列表面活性剂选自斯盘20、斯盘40、斯盘60、斯盘80或斯盘85中的至少一种；吐温系列表面活性剂选自吐温20、吐温40、吐温60、吐温80或吐温85中的至少一种；长链脂肪酰胺系列表面活性剂选自月桂酰二乙醇胺、椰油酰二乙醇胺、肉豆蘧酰二乙醇胺、棕榈油酰二乙醇胺或油酰二乙醇胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，其特征在于所述的两性离子表面活性剂为甜菜碱类表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，其特征在于所述的甜菜碱类表面活性剂选自椰油酰胺基丙基甜菜碱、油酰胺基丙基甜菜碱、硬脂酰胺基丙基甜菜碱、椰油基甜菜碱、油基甜菜碱、硬脂基甜菜碱中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂，其特征在于所述的油选自白油或液体石蜡。
8.权利要求1所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂的制备方法，包括以下步骤: (a)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的制备: 将脂肪醇和环氧乙烷、环氧丙烷按所需配比在反应温度为85~160°C，压力小于0.SOMPa表压条件下，钙钡复合化合物为催化剂，反应得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚；其中脂肪醇与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1:1~15:1~50，催化剂用量为脂肪醇质量的 1.0 ~8.0 % ； (b)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸(x=l)的制备: 将步骤(a)所合成的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚按所需配比与氯乙酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠和四丁基溴化铵催化剂混合，以甲苯为溶剂，在反应温度60~120°C，反应3~15小时，反应结束后经后处理得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸， 其中，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、氯乙酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠和四丁基溴化铵的摩尔比=I: I~4: I~5: 0.01~0.1; (c)脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐(x=2或3)的制备 将步骤(b)所合成的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸按所需配比和水、M(OH)x或MO(M2O3)分别加入高压釜中，在反应温度为50~120°C，反应时间为0.5~5小时，于.0.60MPa表压条件下，反应得脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐；其中脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸与氢氧化物或氧化物的摩尔比为1.5~3: 1，水占反应总物料的质量百分比为60~90%, M (OH) x或MO (M2O3)的平均粒径大小为200nm~200 μ m ; (d)将所需量的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和白油依次加入反应瓶中，升温至40~70°C搅拌I~4小时，得到所需的复合油基乳化剂油溶液， 以质量份数计，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和白油的配比为0.5~6份:0.5~5份:0.1~1份:5~50份。
9.根据权利要求8所述的含脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐复合油基乳化剂的制备方法，其特征在于(a)步骤中的反应温度范围为120~160°C，压力范围为0.30~.0.60MPa表压；脂肪醇与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1:1~5: 5~35，催化剂用量为脂肪醇质量的2.5~5.0% ； (b)步骤中脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、氯乙酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠和四丁基溴化铵的摩尔比为1:1~3: I~4: 0.02~0.06，反应温度为70~110°C，反应时间为5~12小时；(c)步骤中脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸与M(OH)x^MO(M2O3)的摩尔比为1.8~2.5: 1，水占反应总物料的质量百分比为75~85%，M(OH) x或MO (M2O3)的平均粒径大小为400nm~100 μ m,反应温度为60~90°C，反应时间为I~3小时；(d)以质量份数计，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚羧酸盐的用量范围为I~4份，非离子表面活性剂的用量范围为I~4份，两性离子表面活性剂的用量范围为0.3~0.8份，白油的用量范围为10~40份，反应温度为50~60°C，搅拌时间为2~3小时。
【文档编号】C09K8/035GK103540297SQ201210239985
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】沈之芹, 孙文彬, 陈安猛, 高磊 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院