[发明专利]一种钻井液纳米润滑乳化剂的研究

说明书

发明领域

本发明涉及一种钻井液纳米润滑乳化剂的研究，属于石油化工领域。

发明背景

实践证明,为满足定向井特别是大斜度、大位移定向井钻井的需求,向钻井液内添加少量的乳化剂降低摩擦系数,是提高钻井效率行之有效的方法。常用的传统乳化剂有妥尔油、极压乳化油、皂化溶解油等,这些产品在使用中存在各种不同的问题,如因起泡影响钻井液的流变性,摩阻降得不够低及生产成本高、用量大等,必须从另外的思路出发,研究新型高效润滑乳化剂。纳米技术在石油工业上游领域的成功应用,为新型高效乳化剂的研制开创了一条新途径。纳米乳液是粒径为10～100n m的乳滴分散在另一种液体中形成的胶体分散系统。其乳滴多为球形,大小比较均匀,呈透明或半透明,通常属热力学稳定系统,不会发生聚结。即使在超离心作用下出现暂时的分层现象,一旦取消离心力场,分层现象即消失,还原到原来的稳定体系。目前关于纳米乳液的形成机理有超低界面张力和胶束增溶理论,但无论哪种机理都不否认超低界面张力对纳米乳液的自发形成和热力学稳定性的极端重要性。目前一致的看法是,纳米乳液的自发形成和稳定性需要E-3～E-5mN/m的超低界面张力。普通乳化剂受溶解度的限制,界面张力降低的程度不够,不能形成纳米乳液。但加入的合适助乳化剂可插入到乳化剂界面膜中,形成复合凝聚膜,提高膜的牢固性和柔顺性,又可增大乳化剂的溶解度,进一步降低界面张力,甚至可出现瞬时负值,乳滴易于进一步分散,乳化剂及助乳化剂在油水界面进一步大量吸附,使2者在连续相内的浓度降低,界面张力重新成为正值,于是形成纳米乳液。根据纳米乳液的形成机理,纳米乳化剂可由主表面活性剂(乳化剂)和助表面活性剂(助乳化剂)复配而成,但表面活性剂类型、配比及加量必须保证在油/水界面有大量主表面活性剂和助表面活性剂混合物的吸附,同时界面膜具有高度的柔性。

本发明专利在结合上述问题的基础上，结合文献的微乳法研究制备了一种非离子纳米润滑乳化剂，其具有乳化能力强、性能稳定、润滑性好、不起泡等一系列优点。

发明内容

本发明专利涉及一种钻井液纳米润滑乳化剂的研究，其特征在于：

上述主表面活性剂优选自：壬基酚聚氧乙烯缩合物、山梨糖醇酐、山梨糖醇单脂、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧烷基醚之一或组合。

上述助表面活性剂优选自：乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、对壬基酚之一或组合。

上述所选油相为：白油、柴油、石蜡油、煤油之一或组合。

体系中主表面活性剂和助表面活性剂的质量分数分别为（0.1～1.5%），（0.01～0.5%），主表面活性剂与油相质量比为（1:1～7:8）。

具体制备方法:将主表面活性剂按质量比（1:1～7:8）加入到上述油相中，将助表面活性剂与水配制成一定质量分数的溶液后，将混有主表面活性剂的油与混有助表面活性剂的水溶液按特定体积比混合，使体系中各组分的浓度如上所述，然后分别在30～60r/min下搅拌1～5h,即可得到本发明专利涉及的纳米润滑乳化剂。本发明专利涉及的纳米润滑乳化剂是一种基于非离子型的纳米润滑乳化剂，其在乳状液或钻井液中推荐加量为0.3～4.5%。

附图说明

图1是采用电导率法和离心率法对纳米润滑乳化剂配制的乳液进行常温稳定性评价。从表1数据可以看出，纳米水包油乳状液的电导率最高，接近水的电导率，而析水量最小，说明纳米润滑乳化剂配制的乳液具有良好的稳定性。

图2是对复配的纳米乳化剂进行高温老化实验来评价其抗温性能，结果如下表。其中：1号配比为：白油+1%纳米乳化剂+水；2号配比为：基浆+8%原油（胜利油田）；3号配比为：2号基础上+1%纳米乳化剂。基浆由实验室自制。由表2数据可以看出，白油加入纳米乳化剂后再与水混溶形成的纳米乳液，不管是常温还是高温老化后其乳化率均为100%；钻井液中不加乳化剂，只加入原油，常温乳化率只有10%，高温老化后可达80%，说明不加乳化剂的钻井液很难与原油发生乳化；在钻井液中同时加入乳化剂和原油，常温乳化率为95%，高温老化后达到100%，表明了该纳米乳化剂具有良好的抗温能力。