本发明属于油气田化学,具体涉及一种低成本的高温油基钻井液一体乳化剂及其制备方法。
背景技术:
1、钻井是石油开采的关键环节,而钻井液对于钻井就像血液对于人体一样重要,随着油井开采深度的不断加深,地层温度和压力也越来越大,水基钻井液抗温性和抑制性较差,所以钻井的后半段往往必须使用油基钻井液。油基钻井液呈现为乳液状,油基钻井液抗温性能的关键在于乳状液在高温环境下的稳定性,而乳化剂又是决定乳状液稳定性的关键因素。当前市面上的抗220℃高温的油基钻井液乳化剂主要以高级脂肪酸、多乙烯多胺、多元醇、多元酸、多元酸酐等为原料,虽然应用效果不错,但是这些原料价格基本都比较高,造成了行业内高温油基钻井液乳化剂整体价格也偏高,寻找低廉原料来降低高温油基钻井液乳化剂成本成为行业里的一个重要的课题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种低成本的高温油基钻井液一体乳化剂及其制备方法。本发明以植物沥青为主要原料制备的高温油基钻井液一体乳化剂能在220℃的高温环境中取得良好使用效果,且成本低廉。
2、为了实现上述目的,本发明采取如下技术方案:
3、一种低成本的高温油基钻井液一体乳化剂,由以下质量百分含量的原料制成:植物沥青94.7%-95.4%,二乙烯三胺4.3%-5.0%,98wt%浓硫酸0.3%。
4、其制备方法,包括如下步骤:
5、步骤一:按照配比称取原料,将植物沥青添加进反应釜,开启加热和搅拌,并滴加98wt%浓硫酸,滴毕,使其在138℃-140℃的温度下反应2.0-3.0h;
6、步骤二:开启升温,向反应釜内加入二乙烯三胺,先使其在172℃-176℃的温度区间内反应2.0-3.0h,反应完成后,继续升温并一边开真空脱水,再使其在186℃-190℃的温度区间内反应0.5-1.0h,至反应釜不再出水;冷却至室温得到所述高温油基钻井液一体乳化剂。
7、优选地,步骤一,在138℃-140℃的温度下反应2.5h;步骤二,先在172℃-176℃的温度区间内反应2.5h,再在186℃-190℃的温度区间内反应1.0h。
8、进一步地,步骤一,开启加热至138℃,设置搅拌转速为140-200r/min,优选为160r/min,再滴加98wt%浓硫酸。
9、进一步地,步骤二,开启升温至172℃,设置搅拌转速为80-120r/min,优选为100r/min,再加入二乙烯三胺。
10、进一步地,步骤二所得到的高温油基钻井液一体乳化剂的胺值为8.5-11.3。本申请文件中胺值单位均为mgkoh/g。
11、进一步地,步骤二所得到的高温油基钻井液一体乳化剂抗温达到220℃。
12、植物沥青在浓硫酸作用下发生酯化反应,再加入二乙烯三胺,升温至172℃-176℃发生酰胺化、酰胺交换、酯化等综合反应,继续升温至186℃-190℃使酰胺化反应更彻底;但是,在186℃-190℃的温度区间不宜反应过久,会使先前生成的酯化产物分解。本发明所述高温油基钻井液一体乳化剂是集主乳化剂与辅乳化剂功能为一体的乳化剂产品,其中主乳化剂成分主要是其中的高级混合酯,而辅乳化剂成分主要是聚酰胺,二者配合带来了极佳的乳化稳定性。
13、所述植物沥青是植物油加工过程中的废渣,含有高级脂肪酸、植物醇、植物油、维生素e、蜡质等成分,其中含量最高的成分为高级脂肪酸,常用作粘结剂。所述植物沥青的酸值为80-90,优选酸值为85±2。本申请文件中酸值单位均为mgkoh/g。
14、本发明还提供了将上述高温油基钻井液一体乳化剂配制成高温油基钻井液,所述高温油基钻井液包括:白油、所述高温油基钻井液一体乳化剂、氯化钙水溶液和高温降滤失剂,还可以包括增粘剂、碱度调节剂、加重剂和封堵剂。
15、所述高温油基钻井液中,油水比为(69-88):(12-31),氯化钙在泥浆中的质量百分含量不高于13%。
16、所述高温油基钻井液中,高温油基钻井液一体乳化剂在泥浆中的质量百分含量为1%-5%。
17、所述高温降滤失剂可以是改性褐煤,例如磺化褐煤;所述增粘剂可以是有机土;所述碱度调节剂可以是氧化钙;所述加重剂可以是重晶石;所述封堵剂可以是坚果壳颗粒混合物。
18、本申请主要采用价格低廉的环保原料植物沥青,价格相对高一些的二乙烯三胺占比不高于5%,这既是为了降低生产成本也是为了提高酰胺化反应程度而降低乳化剂体系的胺值(乳化剂体系胺值高了对油包水乳化体系有抑制作用),通过两步合理的反应工艺,提高了酯化反应和酰胺化反应的转化率,而生成高温油基钻井液一体乳化剂的有效成分(主要为高级混合酯、聚酰胺,少量的高级混合酸、高级混合醇以及其他含氧元素的复杂有机物)能达到80%左右,而非有效成分主要是碳氢化合物及分子含除碳氢外其他元素很少的类碳氢化合物,大分子有机胺盐占比很少,非有效成分与石油烃相亲相溶性整体较高,既不怎么影响乳化使用效果又不伤害油层。
19、本申请的高温油基钻井液一体乳化剂是集主乳化剂与辅乳化剂功能为一体的油基钻井液高温乳化剂,其中主乳化剂成分主要是其中的高级混合酯,而辅乳化剂成分主要是聚酰胺,本产品稳定性好,破乳电压较高,抗温可以达到220℃,具有良好的乳化性与降滤失性,用本申请的高温油基钻井液一体乳化剂配制的油基钻井液流变性与动静切力也较好,能够满足油基钻井液的工作性能需要,有效降低了成本。
1.一种高温油基钻井液一体乳化剂,其特征在于,由以下质量百分含量的原料制成:植物沥青94.7%-95.4%,二乙烯三胺4.3%-5.0%,98wt%浓硫酸0.3%;
2.根据权利要求1所述的高温油基钻井液一体乳化剂,其特征在于,所述植物沥青的酸值为85±2。
3.根据权利要求1所述的高温油基钻井液一体乳化剂,其特征在于,步骤一,在138℃-140℃的温度下反应2.5h;步骤二,先在172℃-176℃的温度区间内反应2.5h,再在186℃-190℃的温度区间内反应1.0h。
4.根据权利要求1所述的高温油基钻井液一体乳化剂,其特征在于,步骤一,开启加热至138℃,设置搅拌转速为140-200r/min,再滴加98wt%浓硫酸;和/或
5.根据权利要求1所述的高温油基钻井液一体乳化剂,其特征在于,步骤一,开启加热至138℃,设置搅拌转速为160r/min,再滴加98wt%浓硫酸;和/或
6.根据权利要求1所述的高温油基钻井液一体乳化剂,其特征在于,步骤二所得到的高温油基钻井液一体乳化剂的胺值为8.5-11.3;和/或
7.一种高温油基钻井液,其特征在于,所述高温油基钻井液包括:白油、权利要求1-6任一所述的高温油基钻井液一体乳化剂、氯化钙水溶液和高温降滤失剂。
8.根据权利要求7所述的高温油基钻井液,其特征在于,所述高温油基钻井液中,油水比为(69-88):(12-31),氯化钙在泥浆中的质量百分含量不高于13%。
9.根据权利要求7所述的高温油基钻井液,其特征在于,所述高温油基钻井液中,高温油基钻井液一体乳化剂在泥浆中的质量百分含量为1%-5%。
10.根据权利要求7所述的高温油基钻井液,其特征在于,所述高温油基钻井液还包括增粘剂、碱度调节剂、加重剂和封堵剂;
