CN101486896B

CN101486896B - 钻井液润滑剂

Info

Publication number: CN101486896B
Application number: CN2008102045779A
Authority: CN
Inventors: 冯军勇; 傅树琴; 朱明�; 谢伟; 曾拥军
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: CN101486896A

Abstract

本发明涉及一种钻井液润滑剂，主要解决现有技术中的钻井液润滑剂在高密度钻井液中润滑性能差的问题。本发明通过采用以重量百分比计包括以下组份：a)1～35％的长链有机酸型油性剂；b)1～35％的合成酯型油性剂；c)0.1～8％的乳化剂；d)25～90％的基础油；其中合成酯型油性剂选自硬脂酸异辛酯、异硬脂酸丁酯、三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷棕榈仁酯、三羟甲基丙烷异辛酸酯、新戊二醇油酸酯、月硅酸甲酯或季戊四醇己酸酯中的至少一种的技术方案较好地解决了该问题，可用于钻井液润滑剂的工业生产中。

Description

钻井液润滑剂

技术领域

本发明涉及一种钻井液润滑剂，尤其涉及一种用于深井、超深井、大斜度井、水平井和从式井钻探过程中所需的高密度钻井液润滑剂。

背景技术

随着国内外油气田勘探开发的不断深入，深井、超深井钻井数量不断增加。深井、超深井不但油层埋藏深、钻遇的地层复杂，而且井下温度和压力高、作业周期长，容易发生井喷、井塌、井漏等复杂情况。为了确保安全顺利的钻探和开采，深井、超深井钻井液一般采用高密度高固相含量的泥浆，而此种高密度泥浆会对钻井液流变性的调控和维护造成负面影响，很大程度上增加了钻井液的流变阻力，导致钻柱的旋转阻力和起下钻阻力大幅度提高。

由于影响钻探过程中钻柱扭矩和阻力以及钻具磨损的主要可控制因素是钻井液的润滑性能，因此钻井液的润滑性能对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、快速钻进起着至关重要的作用。润滑性能良好的钻井液，能够减小钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头轴承的使用寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。

在钻进过程中，为了改善钻井液的润滑性能，减少扭矩和摩擦阻力，提高钻速，延长钻具的使用寿命，减少起下钻次数，通常在钻井液基浆中加入少量的润滑剂，使钻井液形成水包油型或油包水型泥浆，减少油水界面张力，并使钻具表面形成一层润滑膜，很好的降低摩阻系数，同时通过改善泥饼质量来增强泥饼的润滑性，从而提高钻进的速度和钻具的使用寿命，防止卡钻等事故的发生，缩短钻井周期，减少钻井费用。

浅井、中深井钻探过程中，一般采用低固相含量低密度的钻井液就能够满足使用要求，在此钻井液基浆加入合适的普通泥浆润滑剂，可以明显降低钻具的旋转扭矩、降低摩擦阻力，从而有效延长钻具的使用寿命。但是，在深井、超深井钻探过程中，为了防止井喷等事故的发生，需要采用高密度钻井液，即使加入性能优良的普通润滑剂也无法满足钻头轴承和钻具的润滑要求，容易造成起下钻困难，甚至发生粘附卡钻和断钻具事故。为了防止此类情况的发生，必须加入高密度钻井液专用的润滑剂改善钻井液的润滑性，以降低井壁与钻具之间的摩擦，保证超深井钻进的顺利进行。

关于钻井液润滑剂，国内外期刊和专利有诸多报道，但是适用于深井、超深井钻探过程中高密度钻井液所需的润滑剂没有任何公开的技术文献和专利。

专利CN1367222A“钻井液润滑剂”公开的一种新型钻井液润滑剂，具有水溶性好、稳定性强、抗温性好、使用量低等特点。在密度为1.23克/厘米³的钻井液基浆中加入4％该润滑剂，摩擦系数由0.2773下降到0.0875。CN101157850“动植物油脂制备钻井液用抗高温润滑剂”公开了利用动植物油脂制备钻井液用抗高温润滑剂。该润滑剂是深井钻井、探井及各种复杂井施工过程中的高效润滑剂。专利CN1743404“一种钻井液润滑添加剂及其制备方法”公开一种具有良好的润滑减阻效果，并且抵抗盐、钙离子侵蚀的能力很强的钻井液润滑剂。在密度为1.05克/厘米³的钻井液基浆中加入1％该润滑剂，钻井液的摩擦系数由0.5以上下降到0.1左右。US5826669“Drilling Fluid Loss Prevention and LubricationAdditive”通过在钻井液中加入充足的富有弹性的石墨颗粒，设计一种阻止或控制钻井液滤失到微孔或破碎岩石中的润滑剂，有效减小钻探过程中起下钻阻力和旋转扭矩，降低钻探过程中的套管磨损。US5837655“Purified paraffins as lubricants，rate of penetrationenhancers，and spotting fluid additives for water-based drilling fluids”公开了一种无毒、可生物讲解的高纯度石蜡，用作水基钻井液的润滑剂和渗透剂。上述专利文献均没有提到在高密度钻井液中的应用情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的钻井液润滑剂在高密度钻井液中润滑性能差的问题，提供一种新的钻井液润滑剂。该钻井液润滑剂用于水基钻井液，在深井、超深井、水平井、大斜度井、定向井和从式井钻探过程中，能够大幅度提高高密度钻井液的润滑性能，在金属钻具表面以及井壁上形成一层牢固的吸附膜，有效降低钻探过程中的扭矩和摩擦阻力，达到保护钻具表面，延长钻具使用寿命的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种钻井液润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

a)1～35％的长链有机酸型油性剂；

b)1～35％的合成酯型油性剂；

c)0.1～8％的乳化剂；

d)25～90％的基础油；

其中合成酯型油性剂选自硬脂酸异辛酯、异硬脂酸丁酯、三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷棕榈仁酯、三羟甲基丙烷异辛酸酯、新戊二醇油酸酯、月硅酸甲酯或季戊四醇己酸酯中的至少一种。

上述技术方案中，以重量百分比计，长链有机酸型油性剂的用量优选范围为5～30％，更优选范围为8～25％；合成酯型油性剂的用量优选范围为5～30％，更优选范围为8～25％；乳化剂的用量优选范围为0.5～7％，更优选范围1～5％；基础油的用量优选范围35～70％，更优选范围为45～65％。所述长链有机酸型油性剂优选方案为选自亚油酸、油酸、硬脂酸、二聚亚油酸、蓖麻醇酸或环烷酸中的至少一种。所述乳化剂优选方案为选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、多元醇酯、硫酸酯盐、磺酸盐或磷酸酯盐中的至少一种，其中脂肪醇聚氧乙烯醚优选方案为选自C₁₀～C₁₈的脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚优选方案为选自C₈～C₁₆的烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯醚优选方案为选自C₈～C₁₈的脂肪酸聚氧乙烯醚，多元醇酯优选方案为选自失水山梨醇脂肪酸酯或失水山梨醇聚氧乙烯醚脂肪酸酯中的至少一种；硫酸酯盐优选方案为选自C₁₀～C₁₈的烷基醇硫酸酯盐、C₈～C₁₆的烷基醚硫酸酯盐或硫酸化脂肪酸酯盐中的至少一种；磺酸盐优选方案为选自烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐或磺基琥珀酸二酯盐中的至少一种。所述基础油优选方案为选自矿物型基础油或植物型基础油中的至少一种；其中所述矿物型基础油优选方案为选自柴油、汽油、航空煤油或白油中的至少一种，植物型基础油优选方案为选自蓖麻油、大豆油、花生油、菜籽油或棉子油中的至少一种。以重量百分比计，所述钻井液润滑剂优选方案为还包括e)0.5～10％的防锈剂，其用量优选范围为2～8％。防锈剂优选方案为选自醇胺、硼酸盐或硼酸酯、脂肪酸醇胺或脂肪酸酰胺中的至少一种，其中所述醇胺型防锈剂优选方案为选自单乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二甘醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的至少一种，所述脂肪酸醇胺优选方案为选自C₁₀～C₁₈的脂肪酸醇胺，所述脂肪酸酰胺优选方案为选自C₁₀～C₁₈的脂肪酸酰胺。以重量百分比计，所述钻井液润滑剂优选方案为还包括f)0.01～0.5％的抗氧剂，其用量优选范围为0.05～0.3％。其中抗氧剂优选方案为选自2，6-二叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基酚、4，4-亚甲基双(2，6-二叔丁基酚)、N-苯基-α-萘胺或二异辛基二苯胺中的至少一种。

本发明钻井液润滑剂的制备方法如下：将基础油泵入调合釜，开动搅拌器和加热开关，待油品加热至30℃～60℃时依次加入所需量的长链有机酸型油性剂、合成酯型油性剂、乳化剂、防锈剂、抗氧剂，在30℃～60℃继续保温搅拌0.5～10小时即得到黄棕色透明液体。将该液体按0.1～10重量％比例加入高密度钻井液后即可使用。

本发明钻井液润滑剂，由于充分利用了长链有机酸型油性剂、合成酯型油性剂、乳化剂的协同作用，不仅能满足低密度钻井液润滑性能的要求，而且还能够显著改善高密度钻井液的润滑性能，能够在钻具、井壁、加重材料颗粒等摩擦副表面形成牢固的吸附膜，这种吸附膜有利于降低井壁与钻具之间的摩擦阻力，可以有效降低钻具的旋转扭矩和起下钻阻力，减少对钻头、钻杆和钻铤的磨损，而对钻井液的其他性能，如密度、粘度、滤失量、剪切力没有影响。采用本发明的钻井液润滑剂，可使高密度钻井液的粘附系数下降50％，摩擦系数减少35％以上，取得了较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

具体实施方式

【实施例1～15】

将基础油泵入调合釜，开动搅拌器和加热开关，待油品加热至40℃时依次加入各组份，在40℃继续保温搅拌2小时即得到黄棕色透明液体。钻井液润滑剂中各组份及其含量见表1。表1中，

Emulgen M，脂肪醇聚氧乙烯醚，Clariant公司 MOA-7，聚氧乙烯脂肪醇醚，浙江黄马化工公司

MOA-5，聚氧乙烯脂肪醇醚，浙江黄马化工公司 MOA-3，聚氧乙烯脂肪醇醚，浙江黄马化工公司

T501：2，6-二叔丁基对甲酚 T502：2，6-二叔丁基酚

T531：N-苯基-α萘胺 NP-10，壬基酚聚氧乙烯醚10，邢台市助剂厂

OP-10，聚氧乙烯仲辛酚醚-10，旅顺化工厂 COA 070，脂肪酸聚氧乙烯醚，Clariant公司

【实施例16】

配制密度为2.4克/厘米³的钻井液基浆，按照不同浓度加入【实施例1】配制的钻井液润滑剂，测定其摩擦系数和粘附系数，结果如表2所示。

表2

重量百分比浓度％	0	0.1	0.5	1.0	2.0	3.0
							摩擦系数	0.31	0.29	0.28	0.22	0.20	0.19
粘附系数	0.25	0.22	0.20	0.12	0.10	0.09

由表2可知，钻井液润滑剂的加入，能够显著降低钻井液的摩擦系数和粘附系数，有效改善了钻井液的润滑性能。

【实验例17】

将【实施例1～15】配制得到的钻井液润滑剂，依次加入到密度为2.4克/厘米³的钻井液基浆中，加入的重量百分比浓度为1％。

分别量取400毫升钻井液基浆以及加入润滑剂后的钻井液，装入老化罐，150℃条件下在滚子加热炉中热滚16小时，冷却后分别测定其密度、失水量、粘附系数以及摩擦系数，测试结果见表3。

表3

润滑剂来源	密度(克/厘米³)	失水量(毫升/30分钟)	粘附系数	摩擦系数
					基浆	2.41	5.0	0.25	0.31
实施例1	2.41	7.0	0.12	0.22
					实施例2	2.41	8.0	0.13	0.23
实施例3	2.41	9.0	0.12	0.23
					实施例4	2.41	8.5	0.13	0.21
实施例5	2.41	9.0	0.14	0.22
					实施例6	2.41	8.0	0.13	0.23
实施例7	2.40	7.5	0.15	0.24
					实施例8	2.41	8.0	0.13	0.21
实施例9	2.40	8.3	0.12	0.23
					实施例10	2.41	7.5	0.14	0.24

实施例11	2.41	7.5	0.13	0.22
					实施例12	2.41	8.0	0.12	0.23
实施例13	2.40	6.5	0.13	0.23
					实施例14	2.40	7.0	0.14	0.24
实施例15	2.41	8.0	0.13	0.23

由表3可知，加入本发明钻井液润滑剂后，对钻井液的密度、失水量几乎没有影响。与此同时，却能够大幅度改善高密度钻井液基浆的润滑性能，其粘附系数下降50％，摩擦系数减少35％以上。

Claims

1.一种钻井液润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

a)1～35％的长链有机酸型油性剂；

b)1～35％的合成酯型油性剂；

c)0.1～8％的乳化剂；

d)25～90％的基础油；

其中合成酯型油性剂选自硬脂酸异辛酯、异硬脂酸丁酯、三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷棕榈仁酯、三羟甲基丙烷异辛酸酯、新戊二醇油酸酯、月桂酸甲酯或季戊四醇己酸酯中的至少一种；

长链有机酸型油性剂选自亚油酸、油酸、硬脂酸、二聚亚油酸、蓖麻醇酸或环烷酸中的至少一种；所述乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、多元醇酯、硫酸酯盐、磺酸盐或磷酸酯盐中的至少一种；所述基础油选自矿物型基础油或植物型基础油中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的钻井液润滑剂，其特征在于以重量百分比计，

a)长链有机酸型油性剂的用量范围为5～30％；

b)合成酯型油性剂的用量范围为5～30％；

c)乳化剂的用量范围为0.5～7％；

d)基础油的用量范围为35～70％。

3.根据权利要求2所述的钻井液润滑剂，其特征在于以重量百分比计，

a)长链有机酸型油性剂的用量范围为8～25％；

b)合成酯型油性剂的用量范围为8～25％；

c)乳化剂的用量范围为1～5％；

d)基础油的用量范围为45～65％。

4.根据权利要求1所述的钻井液润滑剂，其特征在于脂肪醇聚氧乙烯醚选自C₁₀～C₁₈的脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚选自C₈～C₁₆的烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯醚选自C₈～C₁₈的脂肪酸聚氧乙烯醚，多元醇酯选自失水山梨醇脂肪酸酯或失水山梨醇聚氧乙烯醚脂肪酸酯中的至少一种；硫酸酯盐选自C₁₀～C₁₈的烷基醇硫酸酯盐、C₈～C₁₈的烷基醚硫酸酯盐或硫酸化脂肪酸酯盐中的至少一种；磺酸盐选自烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐或磺基琥珀酸二酯盐中的至少一种；

所述矿物型基础油选自柴油、汽油、航空煤油或白油中的至少一种；植物型基础油选自蓖麻油、大豆油、花生油、菜籽油或棉子油中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的钻井液润滑剂，其特征在于以重量百分比计，所述钻井液润滑剂中还包括e)0.5～10％的防锈剂，其中防锈剂选自醇胺、硼酸盐或硼酸酯、脂肪酸醇胺或脂肪酸酰胺中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的钻井液润滑剂，其特征在于以重量百分比计，防锈剂的用量范围为2～8％；所述醇胺型防锈剂选自单乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二甘醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的至少一种，所述脂肪酸醇胺选自C₁₀～C₁₈的脂肪酸醇胺，所述脂肪酸酰胺选自C₁₀～C₁₈的脂肪酸酰胺。

7.根据权利要求1所述的钻井液润滑剂，其特征在于以重量百分比计，所述钻井液润滑剂中还包括f)0.01～0.5％的抗氧剂，其中抗氧剂选自2，6-二叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基酚、4，4-亚甲基双(2，6-二叔丁基酚)、N-苯基-α-萘胺或二异辛基二苯胺中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的钻井液润滑剂，其特征在于以重量百分比计，抗氧剂的用量范围为0.05～0.3％。