CN114015422B - 一种环保型钻井液高性能润滑剂 - Google Patents

一种环保型钻井液高性能润滑剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂，由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：高碳二元酸二异辛酯：70～90％；极压抗磨添加剂：0.5～15％；其余是水。本发明组份简单、生物毒性低、对环境无污染，可以在环境敏感地区，如海上及海水养殖地附近钻井；可以通过调节极压抗磨添加剂中R基团来实现油溶性及水溶性两种性能；可以调节极压抗磨添加剂中R基团来消除润滑剂起泡问题；该润滑剂由于加入极压抗磨剂具备较好的抗压减磨性及抗氧化性；该润滑剂抗温性能达到130～150℃，EC50值达到80000～130000mg/L。

Description

一种环保型钻井液高性能润滑剂
技术领域
本发明涉及钻井液高性能润滑剂技术领域，尤其是一种环保型钻井液高性能润滑剂。
背景技术
石油钻井过程中经常发生压差卡钻事故，防止压差卡钻的最有效的、常用的工艺措施是在钻井液中添加性能优良的润滑剂，改善钻井液和泥饼表面的润滑性，从而达到防止卡钻的目的。最早使用的润滑剂是原油及其制品，其特点是使用方便，在一定程度上能满足润滑防卡的要求，但其存在着一些缺点：一是与水基钻井液的互溶性差，需要加入一定量的乳化剂；二是没有吸附基团，不能吸附在粘土表面形成油膜；三是加入量大。常用的人工配制的润滑剂有两类，一类是在原油、采出油中加入表面活性剂得到水溶性润滑剂；另一类是在水中加入高分子材料和表面活性剂得到水溶性的润滑剂。这两类润滑剂虽然解决了钻井液的互溶性、吸附剂、成膜等问题，在防卡润滑效果上也有显著提高，但由于加入了一些表面活性剂，钻井液会起泡，需加消泡剂消除泡沫。另外在环境敏感地区，如海上及海水养殖地附近钻井，需要加入到钻井液中的处理剂生物毒性低，达到环境排放要求；钻探井要求润滑剂在极压条件下成膜性好等，这些对润滑剂性能提出了更高的要求。
为了满足上述钻井要求，本发明旨在提供一种生物毒性低、对环境无污染、抗磨性好、抗氧化等优良性能的环保型润滑剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型钻井液高性能润滑剂，以解决上述背景技术所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种环保型钻井液高性能润滑剂，其特征在于：由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
高碳二元酸二异辛酯：70～90％；
极压抗磨添加剂：0.5～15％；
其余是水。
所述高碳二元酸二异辛酯为癸二酸二异辛酯、十一烷二酸二异辛酯、十二烷二酸二异辛酯、十三烷二酸二异辛酯中的一种或组合。
所述极压抗磨添加剂为聚醚型二硫代氨基甲酸钼，分子结构通式如下：
Figure BDA0003321196560000021
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6是可独立选择的包含支链或者直链脂肪族C1～C4基团；m、n、d、f的取值范围为0～6。
所述聚醚型二硫代氨基甲酸钼的分子量大小介于200～5000之间。
所述极压抗磨添加剂的制备步骤如下：
步骤一：首先按照一定的比例向三口烧瓶中加入仲氨基聚醚和氢氧化钠，通过冰水浴将反应温度降至0～20℃，接着通过恒压滴液漏斗以5～15滴/min滴加速度缓慢滴加一定比例的二硫化碳，滴加完毕后缓慢升至25～60℃，反应3～8h，反应结束后，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：取一定比例的中间产物1与硫酸钼混合置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至55～90℃，反应3～9h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂。
所述步骤一中减压蒸馏的条件为温度：40～50℃、真空度：-0.07～-0.09Mpa。
所述极压抗磨添加剂制备原料的各组分摩尔比如下：
仲氨基聚醚：氢氧化钠为1:1～1:3；
仲氨基聚醚：二硫化碳为1:1～1:3.5；
中间产物1：硫酸钼摩尔比为1:1～1:4。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)组份简单、生物毒性低、对环境无污染，可以在环境敏感地区，如海上及海水养殖地附近钻井；
(2)可以通过调节极压抗磨添加剂中R基团来实现油溶性及水溶性两种性能；
(3)可以调节极压抗磨添加剂中R基团来消除润滑剂起泡问题；
(4)该润滑剂由于加入极压抗磨剂具备较好的抗压减磨性及抗氧化性；
(5)该润滑剂抗温性能达到130～150℃，EC50值达到80000～130000mg/L。
具体实施方式
实施例1
本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
十二烷二酸二异辛酯75％、极压抗磨添加剂0.8％，其余为水，极压抗磨添加剂分子量为1213、分子结构为：
Figure BDA0003321196560000041
其中：R1、R6为C2H5-基团；R2、R5为C2H4-基团；R3、R4为C3H6-基团；m、f为2,；n、d为1；
极压抗磨添加剂合成步骤：
步骤一：分别称取39.3g分子量412的仲氨基聚醚，4.8g(0.12mol)氢氧化钠置于三口烧瓶中，搅拌均匀；称取15.2g(0.2mol)二硫化碳置于恒压滴液漏斗中，将水浴温度降至5℃，以13滴/min滴加速度缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后升温至40℃，反应3.5h，反应结束后在45℃，-0.07MPa条件下，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：称取43.7g(0.1mol)中间产物1、76.8g(0.2mol)硫酸钼置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至85℃，反应5h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂，收率82.34％。
润滑剂评价结果如表1所示
表1实施例1润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000051
对比例1
润滑剂组成：白油82％、表面活性剂壬基酚聚氧乙烯羧酸钠8％、水10％；白油指标：倾点-40℃、闪点100℃，芳烃含量1.2％、运动粘度1.5mm2/s。
润滑剂评价结果如表2所示
表2对比例1润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000052
对比例2
润滑剂组成：生物柴油82％、表面活性剂壬基聚氧乙烯羧酸钠8％、水10％；白油指标：倾点-15℃、闪点90℃，芳烃含量1.0％、运动粘度1.45mm2/s。
润滑剂评价结果如表3所示
表3对比例2润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000061
实施例2
本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
十三烷二酸二异辛酯85％、极压抗磨添加剂5％，其余为水；极压抗磨添加剂分子量为1498、分子结构为：
Figure BDA0003321196560000062
其中：R1、R6为C2H5-基团；R2、R5为C2H2-基团；R3、R4为C3H4-基团；m、f为3,；n、d为1.5。
极压抗磨添加剂合成步骤：
步骤一：分别称取55.3g分子量556的仲氨基聚醚，6g(0.15mol)氢氧化钠置于三口烧瓶中，搅拌均匀；称取15.2g(0.2mol)二硫化碳置于恒压滴液漏斗中，将水浴温度降至5℃，以10滴/min滴加速度缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后升温至45℃，反应3.5h，反应结束后在48℃，-0.075MPa条件下，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：称取62.9g(0.1mol)中间产物1、96g(0.25mol)硫酸钼置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至80℃，反应4h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂，收率88.3％。
润滑剂评价结果如表4所示
表4实施例2润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000071
实施例3
本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
十三烷二酸二异辛酯79％、极压抗磨添加剂4％，其余为水；极压抗磨添加剂分子量为2206、分子结构为：
Figure BDA0003321196560000072
其中：R1、R6为C2H5-基团；R2、R5为C2H2-基团；R3、R4为C3H4-基团；m、f为5,；n、d为3。
极压抗磨添加剂合成步骤：
步骤一：分别称取91.7g分子量917的仲氨基聚醚，4g(0.1mol)氢氧化钠置于三口烧瓶中，搅拌均匀；称取13.68g(0.18mol)二硫化碳置于恒压滴液漏斗中，将水浴温度降至0℃，以12滴/min滴加速度缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后升温至45℃，反应4h，反应结束后在46℃，-0.073Mpa条件下，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：称取100.7g(0.1mol)中间产物1、80.64g(0.21mol)硫酸钼置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至80℃，反应4h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂，收率89.91％。
润滑剂评价结果如表5所示
表5实施例3润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000081
实施例4
本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
癸二酸二异辛丁酯与十二烷二酸二异辛丁酯混合物85％、极压抗磨添加剂5％，其余为水；极压抗磨添加剂分子量为1213、分子结构为：
Figure BDA0003321196560000091
其中：R1、R6为C2H5-基团；R2、R5为C2H4-基团；R3、R4为C3H6-基团；m、f为2,；n、d为1。
极压抗磨添加剂合成步骤：
步骤一：分别称取39.3g分子量412的仲氨基聚醚，4g(0.1mol)氢氧化钠置于三口烧瓶中，搅拌均匀；称取13.68g(0.18mol)二硫化碳置于恒压滴液漏斗中，将水浴温度降至0℃，以12滴/min滴加速度缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后升温至45℃，反应4h，反应结束后以46℃，-0.073Mpa条件下，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：称取100.7g(0.1mol)中间产物1、80.64g(0.21mol)硫酸钼置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至80℃，反应4h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂，收率85.91％。
润滑剂评价结果如表6所示
表6实施例4润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000092
Figure BDA0003321196560000101
实施例5
本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
癸二酸二异辛酯79％、极压抗磨添加剂4％，其余为水；极压抗磨添加剂分子量为2206、分子结构为：
Figure BDA0003321196560000102
其中：R1、R6为C2H5-基团；R2、R5为C2H2-基团；R3、R4为C3H4-基团；m、f为5,；n、d为3。
极压抗磨添加剂合成步骤：
步骤一：分别称取91.7g分子量917的仲氨基聚醚，4g(0.1mol)氢氧化钠置于三口烧瓶中，搅拌均匀；称取13.68g(0.18mol)二硫化碳置于恒压滴液漏斗中，将水浴温度降至0℃，以15滴/min滴加速度缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后升温至55℃，反应5h，反应结束后在45℃，-0.074Mpa条件下，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：称取100.7g(0.1mol)中间产物1、80.64g(0.21mol)硫酸钼置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至80℃，反应4h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂，收率89.91％。
润滑剂评价结果如表7所示
表7实施例5润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000111
实施例6
本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
十三烷二酸二异辛丁酯与十二烷二酸二异辛丁酯混合物87％、极压抗磨添加剂3％，其余为水；极压抗磨添加剂分子量为1498、分子结构为：
Figure BDA0003321196560000112
其中：R1、R6为C2H5-基团；R2、R5为C2H2-基团；R3、R4为C3H4-基团；m、f为3,；n、d为1.5。
极压抗磨添加剂合成步骤：
步骤一：分别称取55.3g分子量556的仲氨基聚醚，4g(0.1mol)氢氧化钠置于三口烧瓶中，搅拌均匀；称取13.68g(0.18mol)二硫化碳置于恒压滴液漏斗中，将水浴温度降至0℃，以10滴/min滴加速度缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后升温至60℃，反应4.5h，反应结束后以46℃，-0.073Mpa条件下，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：称取100.7g(0.1mol)中间产物1、80.64g(0.21mol)硫酸钼置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至80℃，反应4h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂，收率85.98％。
润滑剂评价结果如表8所示
表8实施例6润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000121
实施例7
本发明公开了一种环保型钻井液高性能润滑剂由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：
十三烷二酸二异辛丁酯80％、极压抗磨添加剂9％，其余为水；极压抗磨添加剂分子量为1498、分子结构为：
Figure BDA0003321196560000122
其中：R1、R6为C2H5-基团；R2、R5为C2H2-基团；R3、R4为C3H4-基团；m、f为3,；n、d为1.5。
极压抗磨添加剂合成步骤：
步骤一：分别称取55.6g分子量556的仲氨基聚醚，6g(0.15mol)氢氧化钠置于三口烧瓶中，搅拌均匀；称取13.68g(0.18mol)二硫化碳置于恒压滴液漏斗中，将水浴温度降至0℃，以15滴/min滴加速度缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后升温至55℃，反应3.5h，反应结束后以46℃，-0.073Mpa条件下，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：称取150.7g(0.15mol)中间产物1、80.64g(0.21mol)硫酸钼置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至85℃，反应6h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂，收率88.97％。
润滑剂评价结果如表9所示
表9实施例7润滑剂性能
Figure BDA0003321196560000131
通过上述实施例可知，该润滑剂具有较好的润滑剂、极压抗磨性，抗氧化性，不起泡在基浆中分散性好，生物毒性低，有较好的应用前景。

Claims (5)

1.一种环保型钻井液高性能润滑剂，其特征在于：由以下重量百分比的原材料在300～600rpm条件下搅拌1～2h制备而成：高碳二元酸二异辛酯：70～90％；极压抗磨添加剂：0.5～15％；其余是水；
所述高碳二元酸二异辛酯为癸二酸二异辛酯、十一烷二酸二异辛酯、十二烷二酸二异辛酯、十三烷二酸二异辛酯中的一种或组合；
所述极压抗磨添加剂为聚醚型二硫代氨基甲酸钼，分子结构通式如下：
Figure FDA0003978479960000011
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6是可独立选择的包含支链或者直链脂肪族C1～C4基团；m、n、d、f的取值范围为1～6。
2.根据权利要求1所述的一种环保型钻井液高性能润滑剂，其特征在于，所述聚醚型二硫代氨基甲酸钼的分子量大小介于200～5000之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种环保型钻井液高性能润滑剂，其特征在于，所述极压抗磨添加剂的制备步骤如下：
步骤一：首先按照一定的比例向三口烧瓶中加入仲氨基聚醚和氢氧化钠，通过冰水浴将反应温度降至0～20℃，接着通过恒压滴液漏斗以5～15滴/min滴加速度缓慢滴加一定比例的二硫化碳，滴加完毕后缓慢升至25～60℃，反应3～8h，反应结束后，减压蒸馏得中间产物1；
步骤二：取一定比例的中间产物1与硫酸钼混合置于带回流冷凝管、温度计、搅拌器的四口烧瓶中，将水浴温度升至55～90℃，反应3～9h，接着通过冷却、过滤、醇洗、干燥得极压抗磨添加剂。
4.根据权利要求3所述的一种环保型钻井液高性能润滑剂，其特征在于，所述步骤一中减压蒸馏的条件为温度：40～50℃、真空度：-0.07～-0.09Mpa。
5.根据权利要求3所述的一种环保型钻井液高性能润滑剂，其特征在于，所述极压抗磨添加剂制备原料的各组分摩尔比如下：
仲氨基聚醚：氢氧化钠为1:1～1:3；
仲氨基聚醚：二硫化碳为1:1～1:3.5；
中间产物1：硫酸钼摩尔比为1:1～1:4。
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