一种高触变的抗高温油包水钻井液用乳化剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油田钻井技术领域中一种处理剂，尤其是一种高触变的抗高温油包水 钻井液用乳化剂。
【背景技术】
[0002] 当溶液中含有少量表面活性剂时，能极大地降低溶液的表面（及界面）张力，改变 体系的界面状态，从而产生乳化、润湿、起泡、增溶等一系列作用。在油田生产中，表面活性 剂可以作为油田钻井流体用水包油乳化剂和油包水乳化剂、润湿剂、起泡剂、消泡剂、清洗 剂，以及三次采油用的驱油剂等。当表面活性剂用于油包水乳化钻井液时，亲油基团伸入油 相，亲水基团由于亲水疏油作用而甩于油相之外，因此在油水界面形成了定向排列，降低了 油水界面张力，使水相以稳定的小液滴形式分散于基础油相中，配合有机土和降滤失剂等 处理剂可以形成一种井壁稳定能力强、保护储层效果好，可用于水敏性地层、盐膏层或高温 地层钻井，具有优异润滑性和滤失造壁性的钻井流体。然而，由于传统抗高温油包水钻井液 乳化剂的表面活性低，乳状液稳定性较差，对有用固相的润湿作用不充分，造成粘度高，切 力低，携岩能力差等问题，使油包水乳化钻井液的应用受到了限制。
【发明内容】
[0003] 本发明在于克服【背景技术】中存在的现有抗高温油包水钻井液乳化剂粘度高、切力 低，配制油包水钻井液携岩能力差的问题，而提供一种高触变的抗高温油包水钻井液用乳 化剂。该高触变的抗高温油包水钻井液用乳化剂，选择了含有环状结构的原料来提高乳化 剂的抗高温能力，能够使钻井液在高温条件下仍具有高触变的流变性。 本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该高触变的抗高温油包水钻井液用乳 化剂，由组分I和组分II两种表面活性剂混合而成，组分I为Gemini双子季铵盐型表面活 性剂，组分II为酰胺类表面活性剂，组分I和组分II的质量百分比为2:1~4:1 ;所述组 分I分子结构式如下： 札，-[(012(皿)!1012，-(013) 2(012)3-0)順-1?2)2] 2+ · 2C1 组分II分子结构式为： r3-conh-r4 式中札为C12!125、(：14!129、(： 16!133、(：18!137或(：18!1 29，1?2为（(：18!1280(〇*勵)丄或（(： 18!128(〇*勵） 丄，R3为C21H41、C15H31 或C17H33,心为C6Hn或（CH2)3N(CH3)2。 本发明乳化剂组分I属双子季铵盐型表面活性剂，分子结构中含有两个亲水头基，通 过联接基团相连接，这样的分子结构使得双子表面活性剂与传统表面活性剂相比较，可以 有效阻止亲水头基同性电荷之间的静电排斥作用，使亲水基团更为紧密地排列在油水界 面，迫使亲油基团在油水界面呈现几乎竖直的排列，从而大幅度降低表面能。组分I含有两 个正电荷N+，含有吸附能力较强的酰胺基团，形成的双电层ζ电位较高，乳化效率高，同时， 通过引入五元环和苯环结构，提供了较大的立体障碍，对高温不稳定基团起到空间位阻保 护作用，提高了乳化剂的热稳定性，是一种抗高温的高效乳化剂。由于双子表面活性剂具有 较强的降低油水界面张力的能力，因而组分I的cmc值较传统表面活性剂要小得多，当油相 中组分I的浓度高于cmc时，其分散进入油相中增加了油相粘度，可提高钻井液流变性能。 组分I分子链上含有多个五元环结构和苯环结构，静止时乳化剂分子之间、乳化剂与有机 土、有机土与分散水相之间依靠分子间作用力形成类似水基钻井液的空间网状结构，剪切 条件下作用力减弱或消失，使得钻井液具有了高触变的流变性。组分II为含叔胺的酰胺类 表面活性剂，与组分I复配，调节乳化剂混合物HLB值，增强油水界面膜强度，同时，组分II 结构含有六元环，对高温不稳定基团提供空间位阻保护，提高了乳化剂的热稳定性。 本发明与上述【背景技术】相比较可具有如下有益效果：该高触变的抗高温油包水钻井液 用乳化剂，选择了含有环状结构的原料来提高乳化剂的抗高温能力，乳化剂亲油基团中含 有苯环结构和多个五元环结构，使得乳化剂分子之间、乳化剂与有机土之间依靠分子间作 用力形成类似水基钻井液的空间网状结构，高温条件下乳化剂环状结构起到空间位阻保护 作用，分子结构稳定，因而钻井液在高温条件下仍具有高触变的流变性。该高触变的抗高温 油包水钻井液用乳化剂抗温能力可达260°C，动切力8Pa，动塑比可达0· 36Pa/mPa*s以上， 具有较好的低剪切速率粘度，可以更好的悬浮钻肩和加重剂。 【具体实施方式】： 下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明： 实施例1. 第一步反应，将500ml的四口烧瓶放于加热套上，安好温度计、搅拌器、分水器及冷凝 装置。将l.Omol精制蓖麻油酸加入四口烧瓶中，开动搅拌，并通N2保护，待烧瓶内空气被 置换干净后，缓慢加入l.Omol的N，N-二甲基-1，3-丙二胺，开启加热套开关，缓慢升温。 待烧瓶内反应物升温至120°C时，保温120°C±2°C反应，注意不要使反应混合物温度超过 122°C。观察分水器中分出的水，当分出的水质量为17. 5g时，取样检测反应混合物酸值，并 注意观察出水情况。当酸值小于2mgK0H/g时，若同时连续lOmin内无法观察到脱水，结束 反应。若酸值未达到要求或可观察到水生成，继续反应直到达到要求为止。此时得到中间 产物（I)蓖麻油酰胺丙基二甲基叔胺。 第二步反应，将500ml的三口烧瓶放于铁架台上，安好搅拌器、恒压滴液漏斗。通入N2 保护，将〇.5mol的中间产物（I)加入烧瓶中，开启搅拌，滴加引发剂AIBN，搅拌下缓慢加入 lmol的NVP，70°C下保温反应1.5h，即得中间产物（II)聚η-乙烯基蓖麻油酰胺丙基二甲基 叔胺。 第三步反应，将500ml的三口烧瓶放于铁架台上，安好搅拌器、恒压滴液漏斗。将 150mL的无水乙醇加入烧瓶中，开启搅拌，通N2保护，加入0. 5mol的4-十二烷基苯胺，搅 拌下将1. 2mol的环氧氯丙烷用恒压滴液漏斗滴加入烧瓶中，控制滴加速度，环氧氯丙烷在 180-200min滴完。滴加完成恒温40°C，继续反应10h，反应结束。通过减压蒸馏除去无水乙 醇和过量的环氧氯丙烷，即得中间产物（ΙΙΙ)Ν，Ν-二（2-羟基-3-氯丙基）十二烷基苯胺。 第四步反应，将500ml的四口烧瓶放于加热套上，安好温度计、搅拌器及回流冷凝装 置。将150mL的无水乙醇加入烧瓶中，开动搅拌，并通N2保护，加入中间产物（II)197g和 (III)90g(该两步反应物的物质的量的比为1 :1)。缓慢升温至80°C，回流反应30h后，蒸 去无水乙醇，加入167g的二乙二醇丁醚，搅拌冷却至室温得组分I，标记为样品al。 将500ml的四口烧瓶放于加热套上，安好温度计、搅拌器、分水器及冷凝装置。将 1.Omol顺二十二碳-13-烯酸加入四口烧瓶中，通N2保护，开启加热套开关，缓慢升温，升温 至40°C，保温，待顺二十二碳-13-烯酸完全熔解成液态后，开启搅拌，搅拌5分钟后，缓慢加 入1.Omol的环己胺。加完后缓慢升温至90~100C保温15分钟。升温至120C，保温反 应，同时观察分水器中分出的水。当分出的水质量为17. 6g时，若同时连续lOmin内无法观 察到脱水，取样检测反应混合物酸值，并注意观察出水情况。当酸值小于2mgK0H/g时，达到 反应终点。若酸值未达到要求或可观察到水生成，继续反应直到达到要求为止。到达反应 终点后，将反应物升温至140°C保温搅拌10分钟，然后撤去加热套，搅拌降温至室温。此时 得到的目标产物为组分II顺二十二碳-13-烯酸环己酰胺，标记为样品a2。 组分I和组分II以3:1比例配制成高触变的抗高温低粘高切油包水钻井液乳化剂。 实施例2. 第一步反应，将500ml的四口烧瓶放于加热套上，安好温度计、搅拌器、分水器及冷凝 装置。将1.Omol油酸加入四口烧瓶中，开动搅拌，并通N2保护，待烧瓶内空气被置换干净 后，缓慢加入1.Omol的N，N-二甲基-1，3-丙二胺，开启加热套开关，缓慢升温。待烧瓶内 反应物升温至120°C时，保温120°C±2°C反应，注意不要使反应混合物温度超过122°C。观 察分水器中分出的水，当分出的水质量为17. 5g时，取样检测反应混合物酸值，并注意观察 出水情况。当酸值小于2mgK0H/g时，若同时连续lOmin内无法观察到脱水，结束反应。若 酸值未达到要求或可观察到水生成，继续反应直到达到要求为止。此时得到中间产物（I) 十八酰胺丙基二甲基叔胺。 第二步反应，将500ml的三口烧瓶放于铁架台上，安好搅拌器、恒压滴液漏斗。通入N2 保护，将〇.5mol的中间产物（I)加入烧瓶中，开启搅拌，滴加引发剂AIBN，搅拌下缓慢加入 lmol的NVP，70°C下保温反应1.5h，即得中间产物（II)聚η-乙烯基十八酰胺丙基二甲基叔 胺。 第三步反应，将500ml的三口烧瓶放于铁架台上，安好搅拌器、恒压滴液漏斗。将 150mL的无水乙醇加入烧瓶中，开启搅拌，通N2保护，加入0. 5mol的4-十二烷基苯胺，搅 拌下将1. 2mol的环氧氯丙烷用恒压滴液漏斗滴加入烧瓶中，控制滴加速度，环氧氯丙烷在 180-200min滴完。滴加完成恒温40°C，继续反应10h，反应结束。通过减压蒸馏除去无水乙 醇和过量的环氧氯丙烷，即得中间产物（ΙΙΙ)Ν，Ν-二（2-羟基-3-氯丙基）十二烷基苯胺。 第四步反应，将500ml的四口烧瓶放于加热套上，安好温度计、搅拌器及回流冷凝装 置。将150mL的无水乙醇加入烧瓶中，开动搅拌，并通N2保护，加入中间产物（II)190g和 (III