二氧化碳/氧化钙响应性乳化剂、可逆乳状液与可逆钻井液及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及钻井液领域，具体涉及二氧化碳/氧化钙响应性乳化剂、可逆乳状液与可逆钻井液及其制备与应用，该二氧化碳/氧化钙响应性乳化剂的红外特征峰包括：3700～3200cm

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳/氧化钙响应性乳化剂、可逆乳状液与可逆钻井液及其制备与应用
本专利技术涉及油基钻井液领域，具体涉及一种CO2/CaO响应性乳化剂、可逆乳状液与可逆钻井液及其制备与应用。
技术介绍
油基钻井液是油气钻探的重要手段，在润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆、稳定井壁、抗高温抗污染等方面拥有显著优势，尤其适用于应对复杂钻井环境和页岩气等非常规油气的钻探。但是，常规油基钻井液很难清洗，导致完井固井困难、含油钻屑污染等问题，严重阻碍了油基钻井液的推广应用和油气勘探开发的效益。从19世纪80年代至今，国内外相关研究表明，油基钻井液中的乳化剂等表面活性成分赋予油基钻井液以高乳化稳定性和强油润湿性，是保证油基钻井液表现出优异的钻井性能的必要条件，却也是造成油基钻井液所钻井眼的完井固井困难、储层损害以及环境问题的主要原因。采用刺激响应性乳化剂替代传统乳化剂，赋予油基钻井液以可逆特性，则既能保留油基钻井液的钻井优势又能从源头控制其对油气产能、生态环境造成不利影响，即：油基钻井液在钻井过程中以油基钻井液的形式存在，表现出优异的钻井性能，而在钻井后的作业中经诱导逆转为水基钻井液，从而便于清洗。现有可逆油基钻井液的可逆特性主要通过酸(如盐酸、醋酸)诱导实现。也有学者尝试了其他诱导方式，例如尝试采用多价金属盐来诱导油基钻井液的可逆行为。但是，诱导过程中酸、多价金属盐的添加会在体系中积累、影响体系性能，且存在二次污染风险。鉴于此，有必要考虑采用更为绿色的诱导方式。此外，现有的可逆油基钻井液研究中，仅考虑可逆特性在滤饼清洗、含油钻屑处理方面的应用，并未考虑在钻井液流变行为及固控方面的调控。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的可逆油基钻井液的可逆特性的诱导方式存在二次污染风险问题，提供一种绿色的诱导方式；为了弥补现有可逆油基钻井液在低密度无用固相清除、废弃含油液相回收方面应用的空缺，提供一种基于CO2/CaO刺激响应原理的低密度无用固相清除、废弃含油液相回收的新方法。专利技术人发现，在CO2刺激诱导下，胺型乳化剂会变为胺盐，亲水性增强，使其乳状液很容易地从油包水逆转为水包油；同时，经适量CO2刺激诱导，其乳状液粒径会骤减，导致粘度降低，其流变性会经历类似余弦函数的规律性迁移。上述CO2响应行为可由CaO等碱性物诱导回转。那么基于胺型乳化剂构建的油基钻井液，具有良好的流变和滤失性能，在CO2刺激诱导下油包水型钻井液从水不溶逆转为水易溶，其滤饼、含油钻屑可轻易地被水清洗，同时，通过CO2诱导胺型乳化剂大幅降粘可促进低密度无用固相被有效清除，而CO2刺激诱导油包水型钻井液所得的水包油型钻井液可由碱诱导恢复至初始状态从而实现回收利用。基于此，专利技术人完成了本方案。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种CO2/CaO响应性乳化剂，所述乳化剂的红外特征峰包括：3700～3200cm-1、3100～2700cm-1、2750～2200cm-1、1650～1350cm-1、1360～1000cm-1、630～570cm-1的特征吸收峰。本专利技术的第二方面提供一种制备第一方面所述的CO2/CaO响应性乳化剂的方法，该方法包括：将CO2供体与式(1)所示的胺类化合物进行第一接触反应。本专利技术的第三方面提供一种可逆乳状液，该乳状液含有油相、水相以及第一方面所述的乳化剂。本专利技术的第四方面提供一种制备第三方面所述的可逆乳状液的方法，该方法包括：在搅拌条件下，将CO2供体与含有式(1)所示的胺类化合物的乳状液I进行第二接触反应，得到所述可逆乳状液，所述乳状液I中还含有油相和水相。本专利技术的第五方面提供一种可逆钻井液，该钻井液含有油基稳定剂、有机土、加重剂、油相、水相以及第一方面所述的乳化剂。本专利技术的第六方面提供一种制备第五方面所述的可逆钻井液的方法，该方法包括，搅拌条件下，将CO2供体与含有式(1)所示的胺类化合物的钻井液I进行第三接触反应，得到所述可逆钻井液，所述钻井液I中还含有油相、水相、油基稳定剂、有机土和加重剂。本专利技术的第七方面提供一种第六方面所述的制备方法在清洗含油钻屑和油基滤饼中的应用，清洗含油钻屑或油基滤饼的方法包括：在水存在下，将CO2供体与附着有钻井液I的含油钻屑或油基滤饼进行第四接触反应。本专利技术的第八方面提供一种第六方面所述的制备方法在清除低密度无用固相中的应用，清除低密度无用固相的方法包括：将CO2供体与混合有低密度无用固相的钻井液I进行第五接触反应。本专利技术的第九方面提供一种第五方面所述的可逆钻井液在回收废弃含油液相中的应用，回收废弃含油液相的方法包括：将CaO供体与废弃含油液相进行第六接触反应，所述废弃含油液相中含有所述可逆钻井液。本专利技术采用绿色、低廉的CO2作为刺激源，诱导式(1)所示的胺类化合物响应以得到二氧化碳改性的乳化剂，通过本专利技术的方法制备二氧化碳改性的乳化剂以及水基钻井液体系具备降低成本、绿色环保、防止二次污染的优点，并且在油基泥浆清洗(尤其是含油钻屑清洗)、低密度无用固相清除、废弃油基泥浆回收方面表现出独特的优势，能够进一步提高钻井工程的经济性与环保性。附图说明图1是傅里叶红外光谱图，其中a为实施例1中所述的胺类化合物的红外图，b为实施例1中所述的乳化剂Z1的红外图；图2是制备例1-3中CO2与电导率和破乳电压的关系曲线图；其中(a)为制备例1中CO2与电导率和破乳电压的关系曲线图，(b)为制备例2中CO2与电导率和破乳电压的关系曲线图，(c)为制备例3中CO2与电导率和破乳电压的关系曲线图；图3是制备例1中的乳状液E1的水溶性变化图，其中(a)为CO2作用前，(b)为CO2作用中，(c)为CO2作用后；图4是制备例1-3中的乳状液的剪切速率和粘度关系曲线随CO2通气时间的变化曲线图，其中(a)为制备例1，(b)为制备例2，(c)为制备例3；图5是制备例1-3中不同阶段的乳状液的CaO作用过程后的剪切速率和粘度关系变化曲线图，其中(a)为制备例1，(b)为制备例2，(c)为制备例3；图6是含有油基钻井液的钻屑的清洗实物图；其中6(a)是钻屑(威远龙马溪组黑色页岩)、(b)是对比例2中被油基钻井液1污染的钻屑、(c)是对比例2中通入CO2后的钻屑、(d)是对比例2中从水中取出的钻屑、(e)是制备例13中被油包水型钻井液X6污染的钻屑、(f)是制备例13中通入1min的CO2后的钻屑、(g)是制备例13中通入5min的CO2后的钻屑、(h)是制备例13中从水中取出的钻屑；图7是制备例13中滤饼的清除情况变化图，其中(a)是常温中压滤饼、图8(b)是高温高压滤饼、图7(c)是CO2作用后的常温中压滤饼、图7(d)是CO2作用后的高温高压滤饼；图8是低密度无用固相粉末的沉降趋势图，其中(a)为通CO2前的体系、(b)为通CO2后的体系；图9是CO2的鼓泡装置示意图，其中(a)为CO2，(b)为电导率仪。具体实施方式在本文中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳/氧化钙响应性乳化剂，其特征在于，所述乳化剂的红外特征峰包括：3700～3200cm

【技术特征摘要】
20210225 CN 202110212575X1.一种二氧化碳/氧化钙响应性乳化剂，其特征在于，所述乳化剂的红外特征峰包括：3700～3200cm-1、3100～2700cm-1、2750～2200cm-1、1650～1350cm-1、1360～1000cm-1、630～570cm-1的特征吸收峰；
优选地，所述乳化剂为将CO2供体与式(1)所示的胺类化合物接触后得到的产物；
优选地，所述乳化剂能够与CaO供体进行接触得到式(1)所示的胺类化合物，所述式(1)所示的胺类化合物能够与CO2供体进行接触以可逆地得到所述乳化剂；
式(1)
式(1)中，R选自C12-C22的直链状饱和或不饱和烃基，R'和R”各自独立地选自H和CH3；A'和A”各自独立地选自O和NH；1≤m+n≤3。


2.一种制备权利要求1所述的二氧化碳/氧化钙响应性乳化剂的方法，其特征在于，该方法包括：将CO2供体与式(1)所示的胺类化合物进行第一接触反应；
优选地，所述式(1)所示的胺类化合物与所述CO2供体的用量摩尔比为：1：0.55～1.5；
优选地，所述第一接触反应的方式是CO2与所述式(1)所示胺类化合物的水溶液或乳状液进行鼓泡反应；
优选地，所述第一接触反应体系压力为常压或高于常压；
优选地，所述第一接触反应体系的温度为5℃～200℃。


3.一种可逆乳状液，其特征在于，该乳状液含有油相、水相以及权利要求1所述的乳化剂；
优选地，所述乳状液能够与CaO供体进行接触得到含有式(1)所示的胺类化合物的油包水型乳状液，所述油包水型乳状液能够与CO2供体进行接触以可逆地得到水包油型乳状液；
优选地，所述油相与水相的体积比为50:50至70:30；
优选地，相对于每100ml的油相和水相的混合物，所述乳化剂的含量为3-6g。


4.一种制备权利要求3所述的可逆乳状液的方法，其特征在于，该方法包括：在搅拌条件下，将CO2供体与含有式(1)所示的胺类化合物的乳状液I进行第二接触反应，得到所述可逆乳状液，所述乳状液I中还含有油相和水相；
优选地，以所述乳状液I中含有的式(1)所示的胺类化合物计，所述乳状液I与所述CO2供体的用量摩尔比为：1：0.55～1.5；
优选地，所述第二接触反应的方式为CO2与所述乳状液I进行鼓泡反应；
优选地，所述第二接触反应体系压力为常压或高于常压；
优选地，所述第二接触反应体系的温度为5℃～200℃；
优选地，所述搅拌的速度为200～400rpm；
优选地，控制所述第二接触反应的条件，使得得到的所述乳状液至少满足：电导率为1000μs/cm以上，破乳电压为6V～10V，pH值为7～8。


5.一种可逆钻井液，其特征在于，该钻井液含有油基稳定剂、有机土、加重剂、油相、水相以及权利要求1所述的乳化剂；
优选地，所述钻井液能够与CaO供体进行接触得到含有式(1)所示的胺类化合物的油包水型钻井液，所述油包水型钻井液能够与CO2供体进行接触以可逆地得到水包油型钻井液。


6.根据权利要求5所述的可逆钻井液，其中，所述油相和水相的体积比为50:50至70:30；
优选地，相对于每100ml的油相和水相的混合物，所述油基稳定剂的含量为1～2g，所述有机土的含量为0.5～1g，所述加重剂的含量使得所述可逆钻井液的密度为1.1～2.0g/cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：任妍君，蒋官澄，路岩岩，谢水祥，姚如刚，谢刚，游利军，
申请(专利权)人：西南石油大学，中国石油大学北京，中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51