本发明涉及油田化学助剂
技术领域：
，尤其涉及一种钻井液用表面活性剂、其制备方法及钻井液。
背景技术：
：国内油田在低压或欠(或近)平衡钻井过程中，往往采用泡沫钻井液来降低密度，保证钻井施工安全。但是，普通泡沫粒径大，严重影响泥浆泵的上水效率，并且需要配套的注入气体的设备如压缩机，以及生产和注入气体的设备等，钻井成本较高。针对这些问题，国内一些油田先后开展了在近平衡条件下使用的可循环微泡钻井液的相关研究。微泡钻井液具有密度低，现场不用添加注入气体的设备，能有效防止低压破碎、高渗透率砂岩及裂缝性漏失地层漏失，保护油气层，降低钻井成本等优势。目前，现有技术公开了多种微泡钻井液，而微泡钻井液的核心在于用于形成微泡的表面活性剂。比如，申请号为200910157353.1的中国专利文献公开了一种微泡钻井液，其包括3～5克的复合发泡剂，所述复合发泡剂由十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠按质量比7:3组成。申请号为200710113558.0的中国专利文献公开了一种抗高温可循环微泡沫钻井液或完井液，其包括2～5重量份的高温发泡剂，所述高温发泡剂采用脂肪醇甘油基醚磺酸盐ages、聚合醇、椰子油酰胺磺基琥珀酸单酯钠盐f873＝6～10:2～5:6～10比例的组合物；并且还包括1～2.5重量份的高温泡沫稳定剂。上述两种微泡钻井液中，发泡剂采用的都是常用表面活性剂的组合，这样对微泡中空气核密封性差，微泡的稳定性和抗压缩能力不足，在井底高压条件下，空气会从泡沫中扩散出来，从而造成钻井液井底密度显著升高，影响钻井施工安全。技术实现要素：有鉴于此，本申请提供一种钻井液用表面活性剂、其制备方法及钻井液，本发明提供的表面活性剂对钻井液微泡中空气核具有良好的密封作用，微泡的稳定性和微泡抗压缩能力强，能保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，减少井下复杂情况。本发明提供一种钻井液用表面活性剂，具有式i结构通式：式i中，r1选自通式为cnh2n+1的直链烷基或通式为cmh2m-1的直链烷基，n选自10～22之间的整数，m选自20～22之间的整数；r2为甲基或乙基；r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数；z为-coona、-cook、-so3na或-so3k。优选地，n为11、13、15、17、19或21；m为21。本发明提供一种钻井液用表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：将烷基酰卤化合物与氨基化合物在碱性条件下进行反应，得到钻井液用表面活性剂；所述烷基酰卤化合物具有式ii结构：所述氨基化合物具有式iii结构：r2-nh-r3-z式iii；所述钻井液用表面活性剂具有式i结构：其中，r1选自通式为cnh2n+1的直链烷基或通式为cmh2m-1的直链烷基，n选自10～22之间的整数，m选自20～22之间的整数；x为卤素；r2为甲基或乙基；r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数；z为-coona、-cook、-so3na或-so3k。优选地，所述烷基酰卤化合物选自十二烷酰氯，十四烷酰氯、十六烷酰氯、十八烷酰氯、二十烷酰氯、二十二烷酰氯、油酰氯和芥酸酰氯中的任意一种。优选地，将烷基酰卤化合物和碱性水溶液同时加入氨基化合物水溶液中，进行反应，得到钻井液用表面活性剂；所述碱性水溶液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠与烷基酰卤化合物的摩尔比为0.9～1.1:1。优选地，所述加入的方式为滴加；控制滴加的时间为0.5h～5h，滴加结束后再搅拌0.3h～0.6h，得到钻井液用表面活性剂。本发明提供一种钻井液，包括发泡剂，所述发泡剂具有式i结构通式：式i中，r1选自通式为cnh2n+1的直链烷基或通式为cmh2m-1的直链烷基，n选自10～22之间的整数，m选自20～22之间的整数；r2为甲基或乙基；r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数；z为-coona、-cook、-so3na或-so3k。优选地，n为11、13、15、17、19或21；m为21。优选地，所述发泡剂的加量为0.8～1.5wt％。优选地，所述钻井液包括：3～5wt％膨润土浆、0.8～1.5wt％发泡剂、0.1～1wt％黄原胶、0.5～2wt％羧甲基纤维素钠和1～3wt％氯化钾。与现有技术相比，本发明提供的表面活性剂具有式i结构通式，其发泡性能好；用于钻井液时，形成的泡沫具有更好的稳定性和抗压缩能力，对钻井液微泡中空气核具有良好的密封作用，能保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，减少井下复杂情况。另外，本发明所述表面活性剂的制备方法简便可行。具体实施方式下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种钻井液用表面活性剂，具有式i结构通式：式i中，r1选自通式为cnh2n+1的直链烷基或通式为cmh2m-1的直链烷基，n选自10～22之间的整数，m选自20～22之间的整数；r2为甲基或乙基；r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数；z为-coona、-cook、-so3na或-so3k。本发明提供的表面活性剂具有较好的发泡性能，可用于钻井液中。该钻井液用表面活性剂对微泡中空气核具有良好的密封作用，微泡的稳定性和微泡抗压缩能力强，能保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，减少井下复杂情况。在本发明中，所述表面活性剂具有式i结构通式。式i中，r1可以为通式为cnh2n+1的直链烷基；n选自10～22之间的整数，优选自11～21之间的整数。在本发明的实施例中，n可为11、13、15、17、19或21，即r1可为c11h23、c13h27、c15h31、c17h33、c17h35、c19h39或c21h43这样的直链烷基。或者，r1可以为通式为cmh2m-1的直链烷基；m选自20～22之间的整数，优选为21。在本发明的一些实施例中，r1可为c21h41直链烷基。本发明式i中，r2为甲基(-ch3)或乙基(-ch2ch3)。r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数，即式i中的r3为-ch2-、-(ch2)2-或-(ch2)3-。z为-coona、-cook、-so3na或-so3k，优选为-coona或-so3na。具体的，本发明实施例中钻井液用表面活性剂具有式i-1、式i-2、式i-3或式i-4结构：相应地，本发明提供了一种钻井液用表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：将烷基酰卤化合物与氨基化合物在碱性条件下进行反应，得到钻井液用表面活性剂；所述烷基酰卤化合物具有式ii结构：所述氨基化合物具有式iii结构：r2-nh-r3-z式iii；所述钻井液用表面活性剂具有式i结构：其中，r1选自通式为cnh2n+1的直链烷基或通式为cmh2m-1的直链烷基，n选自10～22之间的整数，m选自20～22之间的整数；x为卤素；r2为甲基或乙基；r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数；z为-coona、-cook、-so3na或-so3k。本发明以烷基酰卤化合物和氨基化合物为原料，其中，所述烷基酰卤化合物具有式ii结构。式ii中，r1可以为通式为cnh2n+1的直链烷基；n选自10～22之间的整数，优选自11～21之间的整数。在本发明的实施例中，n可为11、13、15、17、19或21，即r1可为c11h23、c13h27、c15h31、c17h33、c17h35、c19h39或c21h43这样的直链烷基。或者，r1可以为通式为cmh2m-1的直链烷基； m选自20～22之间的整数，优选为21。在本发明的一些实施例中，r1可为c21h41直链烷基。式ii中，x为卤素，优选为氯。在本发明中，所述烷基酰卤化合物优选自十二烷酰氯，十四烷酰氯、十六烷酰氯、十八烷酰氯、二十烷酰氯、二十二烷酰氯、油酰氯和芥酸酰氯中的任意一种。在本发明中，所述氨基化合物具有式iii结构。式iii中，r2为甲基(-ch3)或乙基(-ch2ch3)。r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数，即式iii中的r3为-ch2-、-(ch2)2-或-(ch2)3-。z为-coona、-cook、-so3na或-so3k，优选为-coona或-so3na。在本发明中，所述氨基化合物选自2-甲氨基乙酸钠、2-乙氨基乙酸钠、3-甲氨基丙酸钠、3-乙氨基丙酸钠、4-甲氨基丁酸钠、4-乙氨基丁酸钠、2-甲氨基乙磺酸钠、2-乙氨基乙磺酸钠、3-甲氨基丙磺酸钠、3-乙氨基丙磺酸钠以及上述化合物的钾盐中的任意一种。本发明优选将所述烷基酰卤化合物和碱性水溶液，同时加入所述氨基化合物水溶液中进行反应，得到钻井液用表面活性剂。本发明实施例可将1mol氨基化合物溶解于水，配制成质量浓度为15～40％的氨基化合物水溶液。并且，控制该溶液温度在0～40℃，待用。在本发明实施例中，所述烷基酰卤化合物与氨基化合物的摩尔比优选为0.8～1.2:1，更优选为0.9～1.1:1。本发明实施例可按一定物质的量的比例称取烷基酰卤化合物，待用。本发明可将碱性化合物配制成碱性水溶液，提供碱性反应条件。在本发明中，所述碱性水溶液优选为氢氧化钠溶液。所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠与烷基酰卤化合物的摩尔比优选为0.9～1.1:1，更优选为1:1。在本发明的一些实施例中，可按上述物质的量的比例称取naoh，溶解于水后，配制成质量浓度为10～35％的溶液，待用。本发明优选在搅拌条件下，将烷基酰卤化合物和碱性水溶液同时加入氨基化合物水溶液中。在本发明的实施例中，所述加入的方式为滴加。本发明可控制滴加的时间为0.5h～5h，优选为0.5h～2h。滴加结束后，本发明实施例再搅拌0.3h～0.6h，反应得到钻井液用表面活性剂。反应完成后，本发明实施例可得到白色溶液，经常规干燥，得到钻井液用表面活性剂产品。本发明制得的产品具有式i结构，其内容如前文所述，在此不再赘述。本发明制得的表面活性剂发泡性能好；用于钻井液时，形成的泡沫具有更好的稳定性和抗压缩能力，对钻井液微泡中空气核具有良好的密封作用，能保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，减少井下复杂情况。另外，本发明所述表面活性剂的制备方法简便可行。本发明还提供了一种钻井液，包括发泡剂，所述发泡剂具有式i结构通式：式i中，r1选自通式为cnh2n+1的直链烷基或通式为cmh2m-1的直链烷基，n选自10～22之间的整数，m选自20～22之间的整数；r2为甲基或乙基；r3为-(ch2)t-，t选自1～3之间的整数；z为-coona、-cook、-so3na或-so3k。本发明提供的钻井液包括发泡剂，其为具有式i结构通式的表面活性剂。所述表面活性剂的结构等内容如前文所述，在此不再一一赘述。在本发明的一些优选实施例中，r1中的n为11、13、15、17、19或21。在本发明中的另一些优选实施例中，r1中的m为21。在本发明中，所述发泡剂在钻井液中的加量优选为0.8～1.5wt％，更优选为0.9～1.1wt％。在本发明的实施例中，所述钻井液为微泡钻井液，其ph值为8～10，密度为0.80～0.95g/cm3。本发明对所述钻井液的制备和添加剂等没有特殊限制；在本发明的一些实施例中，所述钻井液包括：3～5wt％膨润土浆、0.8～1.5wt％发泡剂、0.1～1wt％黄原胶、0.5～2wt％羧甲基纤维素钠和1～3wt％氯化钾；其余是水。本发明实施例加入上述表面活性剂等组分，配制成微泡钻井液。本发明实施例经120℃高温老化16h后，利用六速旋转粘度计测定微泡钻井液的性能，测定方法符合国际api标准。检测结果表明，钻井液老化前后的密度仅相差0.02g/cm3，表现出良好的高温稳定性能。为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的钻井液用表面活性剂、其制备方法及钻井液进行具体地描述。实施例1将1mol(111g)2-甲氨基乙酸钠溶解于清水，配制成质量浓度为15％的溶液，控制溶液温度在10℃，待用，称取0.8mol(174.8g)十二烷酰氯，待用，称取0.8mol(32g)naoh，溶解于清水后配制成质量浓度为10％的溶液，待用。在搅拌条件下，将上述十二烷酰氯和naoh溶液同时滴加入反应体系中，控制滴加时间为0.5h，滴加结束后再搅拌0.5h，得到白色溶液，干燥后，得到241.8g微泡钻井液用表面活性剂产品。该产品通过红外谱图测得结构式为：实施例2将1mol(169g)4-乙氨基丁酸钾溶解于清水，配制成质量浓度为20％的溶液，控制溶液温度在0℃，待用，称取1mol(246.5g)十四烷酰氯，待用，称取0.9mol(40g)naoh，溶解于清水后配制成质量浓度为20％的溶液，待用。在搅拌条件下，将上述十四烷酰氯和naoh溶液同时滴加入反应体系中，控制滴加时间为2h，滴加结束后再搅拌0.6h，得到白色溶液，干燥后，得到370.1g微泡钻井液用表面活性剂产品，其结构式为：实施例3将1mol(175g)3-甲氨基丙磺酸钠溶解于清水，配制成质量浓度为40％的溶液，控制溶液温度在40℃，待用，称取1.2mol(329.4g)十六烷酰氯，待用，称取1.32mol(52.8g)naoh，溶解于清水后配制成质量浓度为35％的溶液，待用。在搅拌条件下，将上述十六烷酰氯和naoh溶液同时滴加入反应体系中，控制滴加时间为5h，滴加结束后再搅拌0.3h，得到白色溶液，干燥后，得到452.3g微泡钻井液用表面活性剂产品，其结构式为：实施例4～10按照与实施例1相同的步骤，分别制备得到微泡钻井液用表面活性剂产品。区别在于反应物质及其用量，如表1所示，表1为实施例4～10的反应物质及其用量。表1实施例4～10的反应物质及其用量实施例氨基化合物烷基酰氯naoh41mol2-乙氨基乙酸钾0.9mol十八烷酰氯0.9mol51mol3-甲氨基丙酸钠0.95mol二十烷酰氯0.95mol61mol3-乙氨基丙酸钾1mol二十二烷酰氯1.1mol71mol4-甲氨基丁酸钠1.05mol油酰氯1.05mol81mol2-甲氨基乙磺酸钠1.1mol芥酸酰氯0.99mol91mol2-乙氨基乙磺酸钾1.15mol十二烷酰氯1.15mol101mol3-乙氨基丙磺酸钠1.2mol十四烷酰氯1.32mol实施例11按照以下方法，将实施例1～10中合成的表面活性剂进行性能评价。(1)泡沫稳定性在100ml清水中加入4gkcl和1g实施例中样品，用高速搅拌机以8000r/min速度搅拌5min，然后将所得泡沫浆倒入量筒中，记录泡沫的体积及泡沫体系析出50ml发泡基液所用的时间，作为泡沫半衰期。结果参见表2，表2为实施例1～10所得表面活性剂的性能评价结果。表2实施例1～10所得表面活性剂的性能评价结果由表2可知，相比于一般的表面活性剂如十二烷基硫酸钠，本发明制得的表面活性剂发泡性能好，形成的泡沫具有更好的稳定性和抗压缩能力。实施例12包括表面活性剂的钻井液的性能将实施例3中表面活性剂和十二烷基硫酸钠分别加入钻井液中，分别配制成微泡钻井液。以质量百分比计，钻井液配方为：4％膨润土浆+1％表面活性剂+0.5％黄原胶+1％羧甲基纤维素钠+2％kcl，其余是水。经120℃高温老化16h后，利用六速旋转粘度计测定微泡钻井液的性能，测定方法符合国际api标准，结果如表3所示，表3为实施例12中微泡钻井液的性能结果。表3实施例12中微泡钻井液的性能结果从表3可知，本发明合成的表面活性剂与现有表面活性剂如十二烷基硫酸钠相比，泡沫稳定性明显增强；经120℃老化16h后，本发明提供的微泡钻井液老化前后，钻井液密度仅相差0.02g/cm3，表现出良好的高温稳定性能。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本
技术领域：
的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。当前第1页12