一种钻井液悬浮剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及应用于水基钻井液中提高重晶石粉悬浮稳定性的一种钻井液悬浮剂及制备方法和应用，该悬浮剂为一种磺酸盐类双子表面活性剂，其化学名称为：N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺。该表面活性剂的合成方法如下：（1）、将带有搅拌器和回流冷凝管的反应釜放入水浴中加入乙醇+水混合液，加入伯胺烷基磺酸钠，加热搅拌，待完全溶解后，加入1，2—二溴乙烷，加热回流，反应8～16小时后，停止反应，旋转蒸发除去溶剂，得中间产物N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺；（2）、在反应釜中加入上述产物，搅拌下加入长链溴代烷烃，加热回流8~16h，反应完毕有沉淀析出，冷却、抽滤、干燥后得到N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺。该表面活性剂在水基钻井液中对重晶石粉能够起到分散和润湿作用，在保持钻井液较低的流变参数情况下，能够维持重晶石粉的悬浮稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水基钻井液中的悬浮剂，尤其涉及一种保持重晶石粉在水基钻井液中的悬浮稳定性的钻井液悬浮剂，本专利技术还涉及钻井液悬浮剂的制备方法及应用。
技术介绍
钻井液，也称为“泥浆”，是指钻井过程中以其携带和悬浮钻屑、稳定井壁和平衡地层压力、冷却和润滑钻头与钻具以及传递水动力等多种功能满足钻井需要的各种循环流体的总称。钻井过程除非特殊说明，是指钻井，下套管，固井和修井等施工。按钻井液中流体介质和体系的组成特点来进行分类的，总体上分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体、合成基钻井液等类型。水基钻井液一般由水或盐水、添加剂、加重剂和钻屑组成。这些添加剂可能包括：井壁稳定剂，乳化剂，消泡剂，降滤失剂，增粘剂或降粘剂等。加重剂用以增加钻井液的密度，虽然加重剂包括重晶石粉、钛铁矿、赤铁矿等材料，但是重晶石粉(BaSO4)是目前最典型也是最常用的加重剂。影响钻井液性能的因素有很多，其中加重剂对钻井液稳定性的影响最为显著，特别是在高密度、超高密度钻井液中更是如此。水基钻井液中常用的加重材料的悬浮剂有膨润土、凹凸棒土、海泡石等膨胀性粘土。淀粉、纤维素、丙烯类高分子聚合物是钻井液常用的增粘剂，由于粘度增加，有利于提高加重剂在钻井液中的悬浮稳定性，因此该类增粘剂也可以能起到悬浮稳定的作用。《钻井液与完井液》杂质2005年5月第22卷增刊刊登了一篇题为《超高密度钻井液技术研究》的资料，介绍了利用膨润土作为重晶石的悬浮剂来制备超高密度水基钻井液的方法。《石油钻采工艺》杂质2011年1月第33卷第1期刊登了一篇题为《巴什托油气田高密度钻井液技术研究》的资料，同样是利用膨润土来作为重晶石的悬浮剂。上述技术的缺点是：1、体系中含有膨润土，需要预水化膨润土浆，配制复杂，等待时间长；2、水基钻井液以膨润土、有机土凹凸棒土、海泡石等膨胀性粘土为悬浮剂时，钻井液经井下循环使用后，粘土高温分散，粘度不断增加(严重时流不动)，降粘剂效果愈来愈小，直至失效。井愈深，温度愈高，使用时间愈长，钻井液愈重(密度愈高)，处理愈难，引发井下问题愈大，使得钻井液无法使用，常常导致钻井无法正常进行；3、使用膨润土等膨胀性粘土作为作为悬浮剂时，由于密度高、固相含量大、固相颗粒的分散程度高，对钻速和钻头磨损影响大，尤其是小于1μm的固相颗粒的影响更大，此外，由于膨润土能够增加钻井液的粘度，使得K值相应增大，不利于提高钻速。使用淀粉、纤维素、丙烯类高分子聚合物虽然也能对加重材料起到悬浮稳定的作用，但是这类物质会增大钻井液的粘度，粘度过大可能引起钻井液当量循环密度增加、井眼清洁不干净、钻屑清除不利和井下复杂事故等问题，而且，这类物质经过井下循环使用后，会发生高温降解失效，使得粘度降低，悬浮稳定能力下降，会造成停泵沉砂、起钻井下重晶石沉淀，泥浆槽(池)内重晶石沉淀，严重的甚至会造成事故。因此专利技术一种具有突出悬浮能力、保持钻井液较低的粘度、具有较强抗高温能力的悬浮剂将会在钻井液中得到广泛的应用，具有极大的经济效益。本专利技术涉及的钻井液的悬浮剂是一种双子表面活性剂，它是将两个表面活性剂的单体，在其靠近头基的部分用联接基团通过化学键将这两个单体联接在一起而形成的一类新型表面活性剂，又称为二聚型表面活性剂。由于分子头基是靠化学键连接，因此大大降低了两个单体分子之间的排斥作用，使其能够在在界面或分子聚集体中的紧密排列，而且相比与单体表面活性剂，其临界胶束浓度一般低1～2个数量级，更容易形成胶束结构。本专利技术所涉及的悬浮剂分子量较低，加入到钻井液不会对其粘度产生较大的影响，而且相比单体表面活性剂，双子型表面活性剂具有较强的抗高温能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种钻井液悬浮剂及其制备方法及应用。本专利技术涉及的钻井液悬浮剂是一种磺酸盐类的双子表面活性剂，合成方法简单，反应条件温和，而且易于提纯分离。本专利技术涉及的钻井液悬浮剂能够吸附在重晶石粉表面，改变重晶石粉表面性质，提高重晶石粉的悬浮稳定性；该悬浮剂是一种二聚型表面活性剂，分子量低，对钻井液的粘度影响不大，而且抗高温能力强，高温老化之后性能基本不变。将其应用于水基钻井液中，能够在在同等钻井液密度的条件下，降低膨润土、凹凸棒土、海泡石等膨胀性粘土以及淀粉、纤维素、丙烯类高分子聚合物等增粘剂的使用量，保持钻井液较低的流变参数，特别是经过井下高温循环之后的稳定性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种钻井液悬浮剂，该钻井液悬浮剂为N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺，该悬浮剂具有以下结构式：n＝10、12、14、16、18；p＝5、6、7、8、9；n：p＝2：1。钻井液悬浮剂的合成方法：1)将带有搅拌器和回流冷凝管的反应釜放入水浴中加入乙醇+水混合液(v:v＝3:2)，加入伯胺烷基磺酸钠(NH2CpH2pSO3Na，p为5、7、8或9)，搅拌升温至50～70℃，搅拌至完全溶解，缓慢滴加1，2—二溴乙烷(BrCH2CH2Br)，伯胺烷基磺酸钠与1，2—二溴乙烷的摩尔比为2︰1～1.5︰1，控制水浴温度70～95℃搅拌回流，反应8～16小时后，停止反应，旋转蒸发除去溶剂，得中间产物N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺；2)加入溴代烷烃(BrCnH2n+1)，n为10、14、16或18，搅拌至完全溶解，N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺与溴代烷烃(BrCnH2n+1)摩尔比为2︰1～1.5︰1，控制水浴温度70～95℃搅拌回流，反应8～16小时；反应完毕有沉淀析出，冷却、抽滤、干燥后得到N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺。(1)伯胺烷基磺酸钠与1，2—二溴乙烷反应：产物为N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺；(2)N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺与溴代烷烃反应：产物为N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺。本专利技术涉及一种钻井液悬浮剂的合成以及保持重晶石粉在水基钻井液中的悬浮稳定性的应用。本专利技术的有益效果是：(1)、本专利技术钻井液悬浮剂为一种磺酸盐类的双子表面活性剂，N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺，合成方法简单，反应条件温和，而且易于提纯分离。(2)、本专利技术涉及的悬浮剂加入到水基钻井液中能够对重晶石起到悬浮稳定的作用。起作用方式主要有两个方面：一、分散作用：重晶石粉颗粒比较容易聚集在一起，在钻井液中粘度，切力不足的情况下容易发生沉降，本专利技术所涉及的表面活性剂能使重晶石粉聚集体分割成小的颗粒，使其分散悬浮于钻井液中；二、润湿作用：重晶石粉表面是亲水性的，当钻井液中加入本发明涉及的表面活性剂时，表面活性剂极性端的磺酸根与重晶石粉表面发生作用，非极性端与高分子聚合物彼此相容，表面活性剂发挥类似偶联剂的作用。(3)、本专利技术涉及的钻井液悬浮剂是一种二聚型的表面活性剂，分子量低，加入到钻井液中不会产生较大的粘度，有利于高密度钻井液保持较低的流变参数。能够解决使用淀粉、纤维素、丙烯类高分子聚合物等增粘剂之后钻井液粘度过大的问题。保持钻井液较低的粘度和切力有利于钻井液中无用固相的清除，提高机械钻速。(4)、本专利技术涉及的钻井液悬浮剂是一种二聚型表面活性剂，由于联接基团是通过化学键连接两个单体表面活性剂的头基，因此极大地提高其抗高温的能力，将其分散到钻井液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井液悬浮剂，其特征在于：所述钻井液悬浮剂为N﹑N′‑(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺，其结构式：n＝10、12、14、16或18；p＝5、6、7、8或9；n：p＝2：1。

【技术特征摘要】
1.一种钻井液悬浮剂，其特征在于：所述钻井液悬浮剂为N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺，其结构式：n＝10、12、14、16或18；p＝5、6、7、8或9；n：p＝2：1。2.一种钻井液悬浮剂的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：1)伯胺烷基磺酸钠NH2CpH2pSO3Na，p为5、6、7、8或9，与1，2—二溴乙烷BrCH2CH2Br反应得中间产物N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺；2)N﹑N′-(二烷基磺酸钠)乙二胺与溴代烷烃BrCnH2n+1，n为10、12、14、16或18，反应得到N﹑N′-(二烷基二烷基磺酸钠)乙二胺。3.根据权利要求2所述的一种钻井液悬浮剂的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：1)将带有搅拌器和回流冷凝管的反应釜放入水浴中加入无水乙醇和水混合液，无水乙醇和水的体积比为3:2，加入伯胺烷基磺酸钠NH2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈二丁，张海青，杨龙波，张涛，刘贺，李琼，王其星，王伟，王刚，王俊，何鹏，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，
类型：发明
国别省市：北京;11