本發(fā)明屬于鉆井組合物，具體涉及一種鉆井液用表面活性劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、表面活性劑由于自身獨(dú)特的兩性結(jié)構(gòu)，具有降低表面張力、發(fā)泡、乳化、分散、潤(rùn)濕、增溶等性能。隨著鉆井液用表面活性劑在油氣勘探開采領(lǐng)域中的大量應(yīng)用，可以解決鉆井時(shí)遇到的很多問題，對(duì)鉆井作業(yè)產(chǎn)生了非常重要的促進(jìn)作用，鉆井液用表面活化劑的研究也得到了相關(guān)從業(yè)人員的重視。

2、碳酸鹽巖油藏普遍儲(chǔ)層深度大，具有高溫、高壓的特點(diǎn)，儲(chǔ)層深度可達(dá)6000m以上，儲(chǔ)層溫度能達(dá)到130-150℃。隨著碳酸鹽巖油藏開采深度的增加，地層溫度升高、地層水礦化增大，對(duì)鉆井液用表面活性劑的耐溫性和抗鹽性等性能提出了更高的要求。

3、cn107312511a公開了一種鉆井液用表面活性劑及其制備方法，該表面活性劑通過將烷基酞鹵化合物與氨基化合物在堿性條件下反應(yīng)制得，制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)微泡中空氣核具有良好的密封作用。但由于其表面活性劑結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)疏水基團(tuán)和疏油基團(tuán)，表面活性性能較差，同時(shí)其表面活性劑抗溫能力不足，只能達(dá)到120℃，無法適用于高溫碳酸鹽巖油藏。

4、cn107311894a公開了一種鉆井液用陰離子型表面活性劑及其制備方法，通過將聚氧乙烯化合物與氨基磺酸進(jìn)行反應(yīng)制得，該表面活性劑具有較好的發(fā)泡性能，但抗溫能力不足，只能達(dá)到120℃，無法滿足碳酸鹽巖油藏地層溫度130-150℃的要求。

5、cn108441177b公開了一種鉆井液用表面活性劑及其制備方法，表面活性劑由以下原料制成：礦物油、油酸正丁醇、液體石蠟、甲基硅油、乳化劑、對(duì)羥基苯甲酸乙酯。其在高溫下仍具有良好性能，但是只能抗10％復(fù)合鹽水，無法適用于高礦化度碳酸鹽巖油藏。

6、因此，針對(duì)上述問題，開發(fā)一種新型既耐溫又抗鹽的鉆井液用表面活性劑非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種耐溫抗鹽的鉆井液用表面活性劑。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種耐溫抗鹽的鉆井液用表面活性劑的制備方法。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鉆井液用表面活性劑，具有式ⅰ的結(jié)構(gòu)通式：

4、

5、式ⅰ中，r1選自通式為-cnh2n-的烷基，n選自1～5之間的整數(shù)；r2、r3分別選自通式為-cmh2m+1的烷基，m選自10～15之間的整數(shù)；r4、r5分別選自通式為-czh2z+1的烷基，z選自1～5之間的整數(shù)；m1和m2分別選自堿金屬。

6、為了使表面活性劑獲得更優(yōu)異的耐高溫性能和耐鹽性能，適應(yīng)隨著開采深度增加、逐漸升高的地層溫度和增加的地層水礦化度，更加適用于在碳酸鹽巖油藏的鉆井液中應(yīng)用，優(yōu)選地，所述通式-cmh2m+1中的m為12、13或14；通式-czh2z+1中的z為3、4；m1和m2分別選自li、na、k中的一種。

7、本發(fā)明通過在表面活性劑中引入陰離子(-or4so2m1)和非離子(-coor2)兩種官能團(tuán)，利用非離子官能團(tuán)在溶液中不會(huì)解離，具有良好的抗鹽性能，陰離子官能團(tuán)耐溫性良好的特點(diǎn)，使得表面活性劑同時(shí)具有良好的耐溫性和抗鹽性。

8、本發(fā)明的鉆井液用表面活性劑的制備方法的技術(shù)方案是：

9、一種鉆井液用表面活性劑的制備方法，包括以下步驟：

10、(1)將二元醇與馬來酸酐進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，得到第一中間體，具有式ⅱ的結(jié)構(gòu)通式：

11、

12、(2)將步驟(1)所述的第一中間體與長(zhǎng)鏈醇類化合物在催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到第二中間體，具有式ⅲ的結(jié)構(gòu)通式：

13、

14、(3)將步驟(2)所述的第二中間體、磺酸內(nèi)酯和堿金屬氫化物進(jìn)行磺化反應(yīng)；所述磺酸內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)通式為所述堿金屬氫化物的通式為mh。

15、本發(fā)明的鉆井液用表面活性劑的制備方法，原料易得，工藝簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

16、為了保證馬來酸酐和二元醇充分反應(yīng)，優(yōu)選地，所述步驟(1)中馬來酸酐和二元醇的質(zhì)量比為2:1-5:1。更優(yōu)選地，所述馬來酸酐和二元醇的質(zhì)量比為2:1-4:1。更優(yōu)選地，所述馬來酸酐和二元醇的質(zhì)量比為2:1-3:1。

17、為了使馬來酸酐和二元醇能夠溶解并充分反應(yīng)，優(yōu)選地，所述步驟(1)中馬來酸酐和二元醇溶解于溶劑中進(jìn)行開開環(huán)反應(yīng)。

18、為了提高第一中間體的純度，優(yōu)選地，所述步驟(1)中的二元醇選自乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇中的一種。

19、為了保證第一中間體和長(zhǎng)鏈醇類化合物充分反應(yīng)，優(yōu)選地，所述步驟(2)中第一中間體和長(zhǎng)鏈醇類化合物的質(zhì)量比為1:2-1:5。更優(yōu)選地，所述第一中間體和長(zhǎng)鏈醇類化合物的質(zhì)量比為1:2-1:4。更優(yōu)選地，所述第一中間體和長(zhǎng)鏈醇類化合物的質(zhì)量比1:2-1:2.5。

20、為了提高第二中間體的純度，優(yōu)選地，所述步驟(2)中的長(zhǎng)鏈醇類化合物選自正十二醇、正十三醇、正十四醇中的一種或兩種。

21、為了保證第二中間體和磺酸內(nèi)酯充分反應(yīng)，優(yōu)選地，所述步驟(3)中第二中間體和磺酸內(nèi)酯的質(zhì)量比為2:1-4:1。更優(yōu)選地，所述第二中間體和磺酸內(nèi)酯的質(zhì)量比為2:1-3:1。更優(yōu)選地，所述第二中間體和磺酸內(nèi)酯的質(zhì)量比為2.5:1-3:1。

22、優(yōu)選地，所述步驟(3)中第二中間體和堿金屬氫化物的質(zhì)量比為5:1-25:1。更優(yōu)選地，所述第二中間體和堿金屬氫化物的質(zhì)量比為10:1-25:1。更優(yōu)選地，所述第二中間體和堿金屬氫化物的質(zhì)量比為15:1-20:1。

23、優(yōu)選地，所述步驟(3)中的磺酸內(nèi)酯選自丙磺酸內(nèi)酯、丁磺酸內(nèi)酯中的一種或兩種；堿金屬氫化物選自lih、nah、kh中的一種或兩種。

24、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種鉆井液用表面活性劑在鉆井液中的應(yīng)用。

25、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明能夠獲得如下有益效果：

26、(1)本發(fā)明提供的鉆井液用表面活性劑具有兩個(gè)親油基(-coor2)和兩個(gè)親水基(-or4so2m1)，因此具有較低的臨界膠束濃度，同時(shí)還具有優(yōu)異的表面活性性能。

27、(2)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過陰離子(-or4so2m1)和非離子(-coor2)兩種官能團(tuán)賦予表面活性劑優(yōu)異的耐鹽和抗高溫性能，本發(fā)明提供的表面活性劑能抗250g/l的nacl溶液，能抗200g/l的cacl2溶液，在高鹽度水中依然具有優(yōu)異的水溶性，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽能力；同時(shí)本發(fā)明的表面活性劑能抗150℃高溫，在該溫度下表面張力幾乎不發(fā)生變化，適用于高溫、高礦化度的碳酸鹽巖油藏。且本發(fā)明提供的鉆井液用表面活性劑生物降解性良好，環(huán)保性能優(yōu)異，在鉆井作業(yè)中不會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生污染。

28、(3)本發(fā)明提供的鉆井液用表面活性劑在鉆井液中配伍性良好，可在巖心表面快速吸附，使巖心潤(rùn)濕性由親水向疏水轉(zhuǎn)變，降低對(duì)水分子的親和力，具有良好的抑制性能。

技術(shù)特征：

1.一種鉆井液用表面活性劑，其特征在于，具有式ⅰ的結(jié)構(gòu)通式：

2.如權(quán)利要求1所述的鉆井液用表面活性劑，其特征在于，所述通式-cmh2m+1中的m為12、13或14；通式-czh2z+1中的z為3、4；m1和m2分別選自li、na、k中的一種。

3.一種如權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的鉆井液用表面活性劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求3所述的鉆井液用表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中馬來酸酐和二元醇的質(zhì)量比為2:1-5:1。

5.如權(quán)利要求3或4所述的鉆井液用表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的二元醇選自乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇中的一種。

6.如權(quán)利要求3所述的鉆井液用表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的長(zhǎng)鏈醇類化合物選自正十二醇、正十三醇、正十四醇中的一種或兩種。

7.如權(quán)利要求3所述的鉆井液用表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中第二中間體和磺酸內(nèi)酯的質(zhì)量比為2:1-4:1；第二中間體和堿金屬氫化物的質(zhì)量比為5:1-25:1。

8.如權(quán)利要求3所述的鉆井液用表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的磺酸內(nèi)酯選自丙磺酸內(nèi)酯、丁磺酸內(nèi)酯中的一種或兩種；堿金屬氫化物選自lih、nah、kh中的一種或兩種。

9.一種如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的鉆井液用表面活性劑在鉆井液中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鉆井液用表面活性劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于鉆井組合物技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的鉆井液用表面活性劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將二元醇與馬來酸酐進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，得到第一中間體；(2)將第一中間體與長(zhǎng)鏈醇類化合物在催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到第二中間體；(3)將第二中間體、磺酸內(nèi)酯和堿金屬氫化物進(jìn)行磺化反應(yīng)，即得。本發(fā)明通過陰離子(?OR<subgt;4</subgt;SO<subgt;2</subgt;M<subgt;1</subgt;)和非離子(?COOR<subgt;2</subgt;)兩種官能團(tuán)賦予表面活性劑優(yōu)異的耐鹽和抗高溫性能，且生物降解性良好，環(huán)保性能優(yōu)異。另外在鉆井液中配伍性良好，具有良好的抑制性能，適用于高溫、高礦化度的碳酸鹽巖油藏的鉆井作業(yè)。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡文明,陳永浩,呂國(guó)強(qiáng),張志平,姜鵬,唐弢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30