CN107556988A

CN107556988A - 一种抗高温环保型钻井液润滑剂及其制备方法

Info

Publication number: CN107556988A
Application number: CN201710722971.0A
Authority: CN
Inventors: 孙敏; 刘永贵; 宋晓东; 宋涛; 张坤; 张洋; 李光磊
Original assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau; China National Petroleum Corp
Current assignee: Daqing Drilling Engineering Co ltd; China National Petroleum Corp
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2037-08-22
Also published as: CN107556988B

Abstract

本发明涉及一种抗高温环保型钻井液润滑剂。主要解决了现有钻井过程中的润滑性能不高、耐高温高压能力低难以满足深井乃至超深井钻采的需求的问题。其特征在于：其组分及配比按质量百分比如下：植物油20～35％，硅油20～40％，抗磨剂5～10％，表面活性剂10～20%，水15～30%。该钻井液润滑剂的制备方法：（1）按比例向植物油中加入硅油，搅拌反应；（2）按比例将表面活性剂与抗磨剂混合物预先混合，搅拌反应，再与步骤（1）基础油进行混合；（3）最后按比例加入水，继续搅拌反应，经过滤得到产品。该抗高温环保型钻井液润滑剂，抗温150℃，合成工艺简单，现场应用便利，达到环保要求的高性能液体润滑剂。

Description

一种抗高温环保型钻井液润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域中一种助剂，尤其是一种抗高温环保型钻井液润滑剂及其制备方法。

背景技术

润滑剂是由约90%的基础油和10%的添加剂组成，因此基础油是影响润滑剂生物降解性能的决定因素。绿色润滑剂的基础油主要有：天然植物油、合成基础油、改进的工业基础油。天然植物油具有粘度指数高、无毒、具有极好的生物降解性、低挥发性、良好的润滑性，且属于可再生资源。而润滑添加剂的使用，含硫剂与含磷剂的复合比单独使用单剂时,使植物油的极压抗磨性能得到不同程度的提高。在摩擦过程中,金属表面发生了基础油的化学吸附以及添加剂的化学吸附和摩擦化学反应,生成由太古油和添加剂摩擦化学反应产物组成的边界润滑膜，提高金属表面的抗磨性。

目前，尽管钻井液润滑剂的研究取得很大的进步，但仍然存在一些问题：如润滑性能不高，耐高温高压能力低，难以满足深井乃至超深井钻采的需求；引起钻井液发泡，钻井液粘度增大等，不利于钻井液性能的维护处理；荧光级别高，有一定的毒性，难以生物降解，会对环境造成严重的污染，特别是在环境敏感性地区，如海洋钻井中，加入润滑剂后的钻井液往往达不到环保排放的要求。这些都对润滑剂提出了更高的要求。因此，有必要针对目前现场润滑剂的不足，提供一种荧光级别低、抗高温、低成本且同时具有优越的极压润滑性能和泥饼粘附润滑性能的钻井液润滑剂，满足目前钻井工程对高性能润滑产品的需要。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的现有钻井过程中的润滑性能不高、耐高温高压能力低难以满足深井乃至超深井钻采的需求的问题，而提供一种抗高温环保型钻井液润滑剂。该抗高温环保型钻井液润滑剂，抗温150℃，合成工艺简单，现场应用便利，达到环保要求的高性能液体润滑剂。本发明还提供了一种抗高温环保型钻井液润滑剂的制备方法。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该抗高温环保型钻井液润滑剂，其组分及配比按质量百分比如下：植物油20～35％，硅油20～40％，抗磨剂5～10％，表面活性剂10～20%，水15～30%。

所述植物油为土耳其红油、环氧大豆油、玉米大豆油中的一种或一种以上复配物；所述硅油为二甲基硅油；所述抗磨剂为硫代磷酸胺盐、二烷基二硫代磷酸锌、氨基硫代脂中的一种或一种以上复配物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠ABS、山梨糖醇酐单油酸酯SP-80中的一种或一种以上复配物。

本发明还提供一种抗高温环保型钻井液润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例向植物油中加入硅油，搅拌反应；

（2）按比例将表面活性剂与抗磨剂混合物预先混合，搅拌反应，再与步骤（1）基础油进行混合；

（3）最后按比例加入水，继续搅拌反应，经过滤得到产品。

该抗高温环保型钻井液润滑剂中各组分中：

土耳其红油：又称太古油，又称为太古油，分子量为390.4，黄色或棕色稠厚油状透明液体主要成份的化学名称为蓖麻酸硫酸酯钠盐，油溶性：不溶于水。

二甲基硅油：又称聚二甲基硅氧烷，无色或浅黄色液体，无味，透明度高，具有耐热性、耐寒性、黏度随温度变化小、良好的化学稳定性，可在-50℃～200℃下长期使用。

硫代磷酸胺盐（T307），琥珀色油状透明液体，油溶性,具有优良的极压性，抗磨性和化学稳定性。

二烷基二硫代磷酸锌盐（T202），无色透明液体，抗氧防腐剂，油溶性，良好配伍性。

氨基硫代酯（T323）棕红色透明液体，极压抗磨剂，良好的抗氧极压性能和抗氧效果，良好配伍性。

山梨糖醇酐单油酸酯（Span-80，sp-80）淡黄色粘性液体，分子量为428.59，属非离子型表面活性剂（HLB值4.3），油脂味，不溶于水，具有乳化、扩散、消泡、稳定的作用。

烷基酚聚氧乙烯醚( APEO) ，OP-10，无色透明液体，聚氧乙烯型非离子表面活性剂，性质稳定、耐酸碱。

本发明引用复合的含硫极压抗磨剂、含磷极压抗磨剂、抗氧抗腐剂，三剂合一，其中含硫剂与含磷剂复合时，在抗氧剂的保护下，二者的协同效应作用增强。随着摩擦时间、负荷的变化，硫、磷添加剂的极压、抗磨性表现优势互补，从而提高了改性植物油的承载能力和抗磨性能。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该抗高温环保型钻井液润滑剂，具有以下优点和有益效果：

1、水溶性好，稳定性强，无荧光，对地质录井无任何影响，保持了岩屑真实性，既有效解决了水平井钻井过程中的润滑降扭矩降摩阻难题，又为改性植物油提供了全新途径；

2、本发明润滑降扭矩降摩阻效果明显。现场钻井液加入地沟油润滑剂后，扭矩、摩阻、泥饼润滑系数得到有效降低，扭矩平均降低率达到40.1%，摩阻平均降低率达到58.6%，滑块摩阻系数降低率平均达到83.2%。

3、本发明与现场钻井液配伍性良好。加入后现场钻井液无絮凝、结块现象。现场钻井液除了润滑性能得到改善以外，流变性能稳定，没有出现异常变化现象。

4、本发明引进新型化学试剂提高钻进速度。该润滑剂首次引用了二甲基硅油为基础油的有效成分，既提高了润滑剂的抗温性又解决了钻进前后钻井液体系起泡严重的显现，有效抗温达到160℃以上。

5、本发明引用复合的含硫极压抗磨剂、含磷极压抗磨剂、抗氧抗腐剂，三剂合一，提高了改性植物油的承载能力和抗磨性能。

6、该环保润滑剂利于储层保护，可应用于分支水平井、超长水平井、储气库井等，能起到良好的润滑减阻作用。

本发明所用的原材料价廉，易于取得，质量符合生产要求；原材料易于存储运输，性质稳定；生产工艺路线收率高，副产物少，产品质量符合质量标准，安全可靠；生产过程产生较少有害物质；易于工业化生产；整个生产过程对环境无污染。

具体实施方式：

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1:

按照下述组分及质量百分比准备各反应原料：

土耳其红油：30％；

二甲基硅油：30％；

抗磨剂（T307、T323、T202）：9％（1:1:1）；

表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠 ABS， SP-80）:10%；

水：21%；

（1）按比例向植物油土耳其红油中加入二甲基硅油，搅拌反应30min，搅拌速度80转/分；搅拌温度为35℃；

（2）按比例将两种表面活性剂与三种抗磨剂混合物预先混合，搅拌反应60min，再与步骤（1）基础油进行混合；

（3）最后按比例加入水，继续搅拌反应，经过滤得到本发明的油基钻井液润滑剂产品。

实施例2：

按照下述组分及质量百分比准备各反应原料：

土耳其红油：30％；

二甲基硅油：30％；

抗磨剂（T307、T323、T202）：9％（1:1:1）；

表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠 ABS， SP-80）:10%；

水：21%；

实施例3：

按照下述组分及质量百分比准备各反应原料：

土耳其红油：35％；

二甲基硅油：25％；

抗磨剂（T307、T323、T202）：9％（1:1:1）；

表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠 ABS， SP-80）:10%；

水：21%；

实施例4：

按照下述组分及质量百分比准备各反应原料：

土耳其红油：40％；

二甲基硅油：20％；

抗磨剂（T307、T323、T202）：9％（1:1:1）；

表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠 ABS， SP-80）:10%；

水：21%；

实施例5：

按照下述组分及质量百分比准备各反应原料：

土耳其红油：45％；

二甲基硅油：15％；

抗磨剂（T307、T323、T202）：9％（1:1:1）；

表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠 ABS， SP-80）:10%；

水：21%；

该环保型钻井液润滑剂性能室内评价：

在两个盛400ml 蒸馏水样品杯中分别加人20.0g 膨润土和0.8g无水碳钠，用高速搅拌器搅拌5min，取下容器，刮下粘附在容器壁上的膨润土，继续搅拌15min，累积搅拌时间为20min。在室温条件下将每个悬浮液在密闭容器中养护24h。

样品测试：

1）润滑系数的测定

取配制养护好的膨润土悬浮液的其中一个300mL，用搅拌器搅拌10min 后，再用极压润滑仪测定其润滑系数，记为K₀。

另取悬浮液300mL加入1%的本发明润滑剂，该量为所测润滑剂的最佳量。用搅拌器搅拌10min 后，用EP-2A 型极压润滑仪测定该悬浮液的润滑系数，记为K1。

润滑系数降低率(Rk) 按下式计算：

Rk ＝ 100％ (K₀-K₁)/K₀

式中：

R_k ：润滑系数降低率；

K₀ ：基浆的润滑系数；

K₁ ：基浆加入润滑剂后润滑系数。

2) 泥饼粘附润滑测试：

采用NF-2 型泥饼粘附润滑系数测定仪测试泥饼粘附摩阻。操作步骤如下：首先，在3.5MPa 压差下滤失30min，在测试仪器的钻井液杯底形成滤饼；之后，在相同压差下将粘附盘粘附在泥饼上；最后，选取5个时间点用扭矩盘测试扭矩，由此来评价粘附盘与泥饼之间的摩阻大小。测试的时间点分别为5min、10min、15min、30min、45min，并最终以45min时的读数为最终的扭矩读数。

泥饼粘附摩阻降低率计算公式：

摩阻降低率＝(T₀– T₁)/T₀× 100％，

式中：

T₀为未加入润滑剂的钻井液扭矩读数；

T₁为加入润滑剂的钻井液扭矩读数。

表1 钻井液润滑剂在土浆中的摩阻降低率

由表1可知，由本发明技术方案获得的油基钻井液润滑剂具有优良的抗高温性能、极压润滑性能和泥饼粘附润滑性能，150℃热滚16h 后仍然保持较高的摩阻降低率。按照中国石油天然气集团公司企业标准对钻井液润滑剂的技术要求，要求加入润滑剂后的钻井液性能的润滑系数降低率大于等于80％，泥饼黏附系数降低率大于等于50%。从测试数据看出，环保钻井液润滑剂的润滑系数降低率远远超过此标准，由此说明此项目产品不仅环保，而且高效。

本发明与现场钻井液配伍性良好、抗温能力强。该环保型液体润滑剂加入现场钻井液后，无絮凝、结块现象。现场钻井液除了润滑性能得到明显改善以外，流变性能稳定，没有出现异常变化现象。现场放置1个月后无变质臭味，也无破乳分层、稳定性变差现象，现场维护加入过程中也无臭味、起泡现象。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗高温环保型钻井液润滑剂，其特征在于：其组分及配比按质量百分比如下：植物油20～35％，硅油20～40％，抗磨剂5～10％，表面活性剂10～20%，水15～30%。

2.根据权利要求1所述的一种抗高温环保型钻井液润滑剂，其特征在于：其组分及配比按质量百分比如下：植物油30％，硅油30％，抗磨剂9％，表面活性剂10%，水21%。

3.根据权利要求1或2所述的一种抗高温环保型钻井液润滑剂，其特征在于：所述植物油为土耳其红油、环氧大豆油、玉米大豆油中的一种或一种以上复配物；所述硅油为二甲基硅油；所述抗磨剂为硫代磷酸胺盐、二烷基二硫代磷酸锌、氨基硫代脂中的一种或一种以上复配物；所述表活剂为十二烷基苯磺酸钠ABS、山梨糖醇酐单油酸酯SP-80中的一种或一种以上复配物。

4.根据权利要求1所述的一种抗高温环保型钻井液润滑剂，其特征在于：所述抗磨剂硫代磷酸胺盐、二烷基二硫代磷酸锌、氨基硫代脂三组分复配的比例为1:1:1。

5.一种根据权利要求1所述的一种抗高温环保型钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）按比例向植物油中加入硅油，搅拌反应；

（3）最后按比例加入水，继续搅拌反应，经过滤得到产品。

6.根据权利要求5所述的一种抗高温环保型钻井液润滑剂，其特征在于：步骤（1）搅拌反应时间为30min，搅拌速度80转/分，搅拌温度为35℃；步骤（2）搅拌反应的时间为60min。