CN114410283A - 一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，其以脂肪酸甲脂和植物油酰胺为主要原料，辅以硫磺、蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯，具有优异的分散性，与钻井液的其他处理剂有良好的配伍性，实现润滑剂无毒、可降解。且具有良好的抗温抗盐性，加入所述润滑剂的钻井液的4％盐水泥浆润滑系数降低率均在83％以上，能满足钻探生产、地热开采及海洋钻探等高温盐水复杂地质工况的钻井提速工作。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液润滑剂技术领域，具体涉及一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，以及该润滑剂的制备方法。
背景技术
钻井液润滑剂可以有效地提高泥浆的润滑性能和防卡能力，减少岩屑摩阻以及缩径卡钻等引起的钻进阻力，减轻钻机负荷，延长钻机寿命，机械钻速快，起下钻畅通和完井作业正常等作用。
专利CN 107502317 A提供了一种钻井液用极压润滑剂，其原料包括植物油油酸、脂肪酸甲酯、蓖麻油聚氧乙烯醚以及硫磺。该润滑剂具有良好的分散性和润滑性能，荧光级别低。然而其抗温抗盐性，即耐受高温和盐水的能力有所不足，无法满足深度探井、地质测井及海洋钻探的要求。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂。
本发明的第二目的在于提供上述环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，以重量份数计包括以下组分：植物油酰胺10～40份，脂肪酸甲酯30～70份，蓖麻油聚氧乙烯醚1～20份，失水山梨糖醇脂肪酸酯1～20份，硫磺0.5～5份。
优选地，所述润滑剂以重量份数计包括以下组分：植物油酰胺20～30份，脂肪酸甲酯50～60份，蓖麻油聚氧乙烯醚5～10份，失水山梨糖醇脂肪酸酯5～10份，硫磺1～3份。
优选地，所述失水山梨糖醇脂肪酸酯为s-80或s-85。
优选地，所述植物油酰胺包括以下重量百分比的组分：硬脂酸0.5～3.0％，油酸3～9％，亚油酸2.0～3.5％，余下为油酰胺。
本发明还涉及所述环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述植物油酰胺加入脂肪酸甲酯内，搅拌使之完全溶解，再加入硫磺粉，得到混合物；
(2)将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌均匀得到所述润滑剂。
优选地，步骤(1)中，加入硫磺粉后在120～140℃反应1～2小时，得到混合物。
优选地，步骤(1)中，加入硫磺粉后在130℃反应1.5小时，得到混合物。
优选地，步骤(2)中，将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，在55～70℃搅拌均匀。
优选地，步骤(2)中，将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，在60℃搅拌均匀。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，其以脂肪酸甲脂和植物油酰胺为主要原料，辅以硫磺、蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯，具有优异的分散性，与钻井液的其他处理剂有良好的配伍性，实现润滑剂无毒、可降解，且具有良好的抗温抗盐性，加入所述润滑剂的钻井液的4％盐水泥浆润滑系数降低率均在83％以上。能满足钻探生产、地热开采及海洋钻探等高温盐水复杂地质工况的钻井提速工作。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明实施例涉及一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，以重量份数计包括以下组分：植物油酰胺10～40份，脂肪酸甲酯30～70份，蓖麻油聚氧乙烯醚1～20份，失水山梨糖醇脂肪酸酯1～20份，硫磺0.5～5份。
上述环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，以脂肪酸甲脂和植物油酰胺为主要原料，辅以硫磺、蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯，具有优异的分散性，与钻井液的其他处理剂有良好的配伍性，实现润滑剂无毒、可降解，且具有良好的抗温抗盐性。
其中，植物油酰胺为硬脂酸、油酸、亚油酸以及油酰胺的混合物，可通过在加热条件下，多胺与植物油中的脂肪酸甘油三酯发生反应得到。外观为固体，不溶于水，溶于乙醇、丙酮、***和氯仿。密度为0.930kg/m3，熔点为75.5℃。根据本发明钻井极压润滑剂的润滑性和可降解性的需要，植物油酰胺包括以下重量百分比的组分：硬脂酸0.5～3.0％，油酸3～9％，亚油酸2.0～3.5％，余下为油酰胺。该物质对于提升抗温抗盐性作用最大。
脂肪酸甲酯由脂肪酸甲基化生成，是生物柴油的主要成分。外观为液体，20℃下的密度为0.82～0.90kg/m3，40℃下的运动粘度为19～6.0mm/s，硫含量≤0.05％(质量分数)，酸值≤0.80mgKOH/g。
蓖麻油聚氧乙烯醚为黄色粘稠液体，由蓖麻油、氢氧化钾和环氧乙烷反应得到，耐硬水、酸、碱及无机盐。pH值为6.0～8.0，水含量≤1.0％(质量分数)，皂化价为30～40 51～64 80～100 100～120mgKOH/g。
失水山梨糖醇脂肪酸酯又称为司盘，适合作为油性乳化剂。本品为粘稠液体，水含量≤2.0％(质量分数)，皂化价为145～160mgKOH/g，酸值≤8mgKOH/g。司盘种类较多，按照分子中长链烷基碳数的差异包括s-20、s-60、s-80等，本发明优选使用s-80和s-85。
在本发明的一个实施例中，润滑剂以重量份数计包括以下组分：植物油酰胺20～30份，脂肪酸甲酯50～60份，蓖麻油聚氧乙烯醚5～10份，失水山梨糖醇脂肪酸酯5～10份，硫磺1～3份。
本发明实施例还涉及环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)由于植物油酰胺常温下为半固体，脂肪酸甲酯为液体，为了实现反应体系的均一性，将植物油酰胺加入脂肪酸甲酯内，搅拌使之完全溶解，再加入硫磺粉进行硫化，得到混合物；
(2)蓖麻油聚氧乙烯醚为两性乳化剂，失水山梨糖醇脂肪酸酯为油性乳化剂。为了实现乳化作用，将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌均匀得到润滑剂。
在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，加入硫磺粉后在120～140℃反应1～2小时，优选在130℃反应1.5小时，得到混合物。
在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，在55～70℃，优选60℃搅拌均匀。
实施例1
一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，以重量份数计包括以下组分：植物油酰胺25份，脂肪酸甲酯55份，蓖麻油聚氧乙烯醚8份，失水山梨糖醇脂肪酸酯8份，硫磺2份。其中，失水山梨糖醇脂肪酸酯(s-80)和植物油酰胺购自丹东精华化工有限公司，脂肪酸甲酯购自唐山金利海生物柴油股份有限公司，蓖麻油聚氧乙烯醚购自江苏海安石油化工有限公司。
所述植物油酰胺包括以下重量百分比的组分：硬脂酸2.0％，油酸5％，亚油酸3.0％，余下为油酰胺。
上述环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将植物油酰胺加入脂肪酸甲酯内，搅拌使之完全溶解，再加入硫磺粉，升温至130℃反应1.5小时，得到混合物；
(2)将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，在60℃下搅拌均匀得到所述润滑剂。
改变实施例2～7和对比例1～6中的反应原料，具体设置见表1。
表1
*除表1中记载参数以外，每一实施例的其它制备过程和实验参数同实施例1。
实施例
按照Q/SHCG 4-2011水基钻井液用润滑剂技术要求，测试加入上述实施例和对比例得到的润滑剂后的钻井液的荧光级别和润滑系数降低率。按照FBJS-004海水钻井液用极压润滑剂技术要求，测试加入上述实施例和对比例得到的润滑剂后的钻井液的4％盐水泥浆润滑系数降低率，4％盐水浆高温后(200℃下热滚16h)润滑系数降低率，饱和盐水泥浆润滑系数降低率，以及饱和盐水浆高温后(200℃下热滚16h)润滑系数降低率。结果如表2所示。
表2
从表2可知，加入实施例和对比例润滑剂的钻井液，其荧光级别均达到了3级，优于规定的＜5的标准。其平均润滑系数降低率＞92％，高于规定的润滑系数降低率≥80％的标准。
实施例的4％盐水泥浆润滑系数降低率均在83.3％以上，高于规定的4％盐水泥浆润滑系数降低率≥75.0％的标准。饱和盐水泥浆润滑系数降低率均在78.0％以上。然而，对比例1和2的4％盐水泥浆润滑系数降低率均低于上述标准，说明与现有技术相比，本发明提供的润滑剂具有良好的抗温抗盐性能。
由于实施例3的植物油酰胺含量最高，其4％盐水泥浆润滑系数降低率最高，但其它性能参数有所下降，因此优选实施例1的润滑剂配方。实施例5和6分别将失水山梨糖醇脂肪酸酯(s-80)替换为s-60和s-40，其荧光级别和润滑系数降低率与实施例1相比变化不大，然而其4％盐水泥浆润滑系数降低率、4％盐水浆高温后润滑系数降低率、饱和盐水浆润滑系数降低率和饱和盐水浆高温后润滑系数降低率均出现了较大幅度的下降，说明失水山梨糖醇脂肪酸酯优选选用s-80。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，其特征在于，以重量份数计包括以下组分：植物油酰胺10～40份，脂肪酸甲酯30～70份，蓖麻油聚氧乙烯醚1～20份，失水山梨糖醇脂肪酸酯1～20份，硫磺0.5～5份。
2.根据权利要求1所述的环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，其特征在于，以重量份数计包括以下组分：植物油酰胺20～30份，脂肪酸甲酯50～60份，蓖麻油聚氧乙烯醚5～10份，失水山梨糖醇脂肪酸酯5～10份，硫磺1～3份。
3.根据权利要求1或2所述的环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，其特征在于，所述失水山梨糖醇脂肪酸酯为s-80或s-85。
4.根据权利要求1或2所述的环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，其特征在于，所述植物油酰胺包括以下重量百分比的组分：硬脂酸0.5～3.0％，油酸3～9％，亚油酸2.0～3.5％，余下为油酰胺。
5.根据权利要求1或2所述的环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂，其特征在于，加入所述润滑剂的钻井液的4％盐水泥浆润滑系数降低率＞83％。
6.根据权利要求1至5任一项所述环保型钻井液用抗温抗盐润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述植物油酰胺加入脂肪酸甲酯内，搅拌使之完全溶解，再加入硫磺粉，得到混合物；
(2)将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌均匀得到所述润滑剂。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，加入硫磺粉后在120～140℃反应1～2小时，得到混合物。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，加入硫磺粉后在130℃反应1.5小时，得到混合物。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，在55～70℃搅拌均匀。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，将蓖麻油聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯混合均匀后，加入步骤(1)得到的混合物中，在60℃搅拌均匀。
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