双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用技术

本发明专利技术涉及石油工业的钻井领域，具体地，涉及一种双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用。该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示。本发明专利技术提供的双阳离子氟碳表面活性剂能够在应用于油气钻井中作为润湿反转剂，使得岩石具有疏水疏油性质的效果，是一种实现岩石表面疏水疏油的双疏型处理剂，特别是在针对易水化的泥页岩的钻井时，能够有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。

BIS ion fluorocarbon surfactant and preparation method thereof and application as double wetting reversal agent, drilling fluid and application thereof

The invention relates to the drilling field of the petroleum industry, in particular to a Shuangyang ion fluorocarbon surfactant and a preparation method thereof as well as the application of the double dispersion type wetting reversal agent and the drilling fluid and the application thereof. The cationic portion of the cationic fluorocarbon surfactant is shown below (1). Dicationic fluorocarbon surfactant provided by the invention can be applied to oil and gas drilling as reverse wetting agent, the hydrophobic and oleophobic properties of rock has the effect, is a kind of amphiphobic surface rock type hydrophobic oleophobic treatment agent, especially in mud shale hydration for the drilling, can to effectively avoid the entry of water and oil, prevent capillary phenomenon, realize wellbore stability and reservoir protection effect.

【技术实现步骤摘要】
双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用
本专利技术涉及石油工业的钻井领域，具体地，涉及一种双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用。
技术介绍
岩石润湿性是当存在一种不混溶相的流体时，该流体在固体表面扩展或吸附的性质。岩石表面的润湿性如亲水性和亲油性均可在一定条件下相互转化，这种相互转化叫做润湿反转。岩石润湿性的变化直接影响岩石毛细管压力、油水相对渗透率等特征。在钻井过程中，井壁岩石的润湿性对井壁稳定性有较大影响。当岩石表面亲水时，钻井液中的自由水会容易发生毛细现象和渗透水化，从而导致井壁失稳。同时，对于低渗特低渗储层，在钻井过程中，极易受外来流体侵入而产生水敏、水锁等损害。所以通过一定手段使岩石表面变为疏水疏油性，同时阻止水和油进入，避免毛细现象的发生，得到稳定井壁以及保护储层的作用。近年来，国内外研究岩石用润湿反转的表面活性剂主要分为三类：①阳离子表面活性剂，最常用的是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；②阴离子表面活性剂，主要是聚氧乙烯(丙烯)烷基醇醚硫酸酯盐；③非离子表面活性剂，主要有聚氧乙烯烷基酚醚等。这些表面活性剂在岩石中确实能起到一定的润湿反转作用，但是，并不能使得岩石具有疏水疏油性质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够使得岩石表面疏水疏油性的双阳离子氟碳表面活性剂及其制备方法和作为双疏型润湿反转剂的应用和钻井液及其应用。为了实现上述目的，本专利技术提供一种双阳离子氟碳表面活性剂，该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示：式(1)其中，各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C6的烷基，各个R3各自独立地选自C1-C10的亚烷基，各个n各自独立地选自3-15的整数，m选自1-10的整数。本专利技术还提供了上述双阳离子氟碳表面活性剂的制备方法，该方法包括：在醇类溶剂中，将式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行取代反应，其中：式(2)式(3)X选自卤素。本专利技术还提供了上述双阳离子氟碳表面活性剂在钻井液中作为双疏型润湿反转剂的应用。本专利技术还提供了一种含有上述双阳离子氟碳表面活性剂作为双疏型润湿反转剂的水基钻井液。本专利技术还提供了上述水基钻井液在油气钻井中的应用。本专利技术提供的双阳离子氟碳表面活性剂能够在应用于油气钻井中作为润湿反转剂，使得岩石具有疏水疏油性质的效果，是一种实现岩石表面疏水疏油的双疏型处理剂，特别是在针对易水化的泥页岩的钻井时，能够有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种双阳离子氟碳表面活性剂，该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示：式(1)其中，各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C6的烷基，各个R3各自独立地选自C1-C10的亚烷基，各个n各自独立地选自3-15的整数，m选自1-10的整数。根据本专利技术，上述双阳离子氟碳表面活性剂在用于钻井液中时，能够作为双疏型润湿反转剂，在用于油气钻井时，上述双阳离子氟碳表面活性剂分子由于具有较低的表面张力而极易吸附于岩石表面，降低岩石表面的表面能，从而使得岩石具有疏水疏油性质，有效地避免水和油的进入，防止毛细现象的发生，实现稳定井壁和保护储层的作用。在本专利技术中，上述C1-C6的烷基例如可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基等。上述C1-C10的亚烷基可以是上述C1-C6的烷基以及正庚基、正壬基、正癸基等所形成的亚烷基。根据本专利技术，优选情况下，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C8的亚烷基，各个n各自独立地选自4-10的整数，m选自2-8的整数。更优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C6的亚烷基，各个n各自独立地选自4-8的整数，m选自3-6的整数。更进一步优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R2各自独立地选自H、甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R3各自独立地选自-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-CH2-(CH2)3-CH2-和-CH2-(CH2)4-CH2-，各个n各自独立地选自4、5、6、7和8，m选自3、4、5或6。在本专利技术的一种优选的实施方式中，式(1)所示的阳离子部分为下述阳离子中的一种：式(1-1)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为4，m为4；式(1-2)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为6，m为4；式(1-3)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为8，m为4；式(1-4)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为4，m为6。尽管本专利技术对所述双阳离子氟碳表面活性剂的阴离子部分并无特别的限定，可以为本领域常规的各种阴离子，优选地，所述双阳离子氟碳表面活性剂的阴离子部分选自Cl-、Br-和I-中的一种或多种，更优选为Cl-或Br-。本专利技术还提供了上述双阳离子氟碳表面活性剂的制备方法，该方法包括：在醇类溶剂中，将式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行取代反应，其中：式(2)式(3)X选自卤素。根据本专利技术，上述式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物进行所述取代反应，可以使得两分子式(2)所示的化合物分别在式(3)所示的化合物的两端进行连接，形成双季铵阳离子的上述式(1)所示的双阳离子氟碳类结构。其中，式(2)所示的化合物和式(3)所示的化合物可以根据上述双阳离子氟碳表面活性剂进行选择，本专利技术在此不再赘述。在本专利技术的一种优选的实施方式中，式(2)所示的化合物选自下式所示的化合物的一种或多种：式(2-1)中：式(2)中，各个R1均为甲基，R2为H，R3为-CH2-CH2-CH2-，n为4；式(2-2)中：式(2)中，各个R1均为甲基，R2为H，R3为-CH2-CH2-CH2-，n为6；式(2-3)中：式(2)中，各个R1均为甲基，R2为H，R3为-CH2-CH2-CH2-，n为8。式(3)所示的化合物选自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双阳离子氟碳表面活性剂，其特征在于，该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示：式(1)

【技术特征摘要】
1.一种双阳离子氟碳表面活性剂，其特征在于，该双阳离子氟碳表面活性剂的阳离子部分如下式(1)所示：式(1)其中，各个R1各自独立地选自C1-C6的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C6的烷基，各个R3各自独立地选自C1-C10的亚烷基，各个n各自独立地选自3-15的整数，m选自1-10的整数。2.根据权利要求1所述的双阳离子氟碳表面活性剂，其中，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C8的亚烷基，各个n各自独立地选自4-10的整数，m选自2-8的整数；优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选自C1-C4的烷基，各个R2各自独立地选自H和C1-C4的烷基，各个R3各自独立地选自C2-C6的亚烷基，各个n各自独立地选自4-8的整数，m选自3-6的整数；优选地，式(1)中，各个R1各自独立地选甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R2各自独立地选自H、甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基，各个R3各自独立地选自-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-CH2-(CH2)3-CH2-和-CH2-(CH2)4-CH2-，各个n各自独立地选自4、5、6、7和8，m选自3、4、5或6。3.根据权利要求1所述的双阳离子氟碳表面活性剂，其中，式(1)所示的阳离子部分为下述阳离子中的一种：式(1-1)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均为H，各个R3均为-CH2-CH2-CH2-，各个n均为4，m为4；式(1-2)：在式(1)中，各个R1均为甲基，各个R2均...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋官澄，张县民，王乐，贺垠博，刘凡，杨丽丽，孙海芳，彭春耀，马光长，蒋其辉，董腾飞，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11