CN102851006A - 钻井用生物油润滑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻井工程钻井液生产方法技术领域，是一种钻井用生物油润滑剂及其制备方法，该生物油润滑剂按重量份数由以下成分构成：基础油100份，表面活性剂1至15份；该生物油润滑剂制备方法按下述步骤进行：将所需要量的基础油和表面活性剂加入反应器中，在温度为30℃至90℃条件下搅拌反应2-5小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。本发明工艺制备的润滑油润滑能力强、在120℃高温下性能稳定、低温流动性好、无毒、易生物降解，对环境影响程度小，是一种环保型钻井液润滑剂；该润滑油满足勘探井、大斜度大位移井、海上钻井的需要，有效减少卡钻事故的发生，降低了钻井工程综合成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井工程钻井液生产方法技术领域，是一种钻井用生物油润滑剂及其制备方法。
背景技术
钻井液是一种在钻井过程中具有携带钻屑、冷却润滑钻头、平衡地层压力、保护井壁稳定及保护油层不受伤害等多种作用的工作流体，其性能直接影响到钻井效率、井下安全和成本控制，是钻井工程技术的重要组成部分。钻井液润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂，它的作用是改善钻井液润滑性，降低井壁与钻具之间的摩擦，降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力，从而减少卡钻事故的发生。现用润滑剂多采用矿物油调配而成，由于矿物润滑剂的生物降解性差，对环境污染严重，随着人类环保意识的不断增强，对润滑剂的环境要求也越来越高，迫切需要开发环境友好的润滑剂。用于制备环境友好润滑剂的基础油有植物油、聚醚和合成脂。植物油作为环保润滑剂基础油的优势在于：良好的润滑性能、挥发度低、工艺处理能耗低、环境扩散少、价廉、资源可再生、无毒、生物降解性好。植物油已成为环保润滑剂基础油的首选，但植物油的热氧化稳定性、水解安定性及低温流动性较差。聚醚是环氧乙烷、环氧丙烷或其混合物的聚合物，具有良好的润滑性能、高闪点、高粘度指数、低倾点、抗燃等优点，但有一定的毒性，其生物降解性与分子结构及分子量有很大关系，同时可溶于水，其润滑性能受到限制。可用作环保润滑剂基础油的合成脂类是多元醇脂、双脂及其复合脂，具有良好的氧化稳定性、低温流动性、和润滑性能，无毒，生物降解性好，但其价格昂贵，因此限制了合成脂类在环保润滑剂中的大规模使用。
发明内容
本发明提供了一种钻井用生物油润滑剂及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决卡钻事故的频发、矿物润滑剂的生物降解性差造成环境污染严重、植物油做为润滑油时的热氧化稳定性和水解安定性及低温流动性较差、聚醚做为润滑油时的润滑性能受到限制、多元醇脂做为润滑油时价格昂贵的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种钻井用生物油润滑剂按重量份数由以下成分构成：基础油100份，表面活性剂1至15份。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述基础油可为生物柴油或脂肪酸甲酯；或基础油为生物柴油与矿物白油的混合物；或基础油为脂肪酸甲酯与矿物白油的混合物；或基础油为矿物白油与植物油的混合物。
上述植物油可为菜籽油或葵花籽油或棉籽油或大豆油或蓖麻油中的一种。
上述表面活性剂可为司盘-80、吐温-80、OP-10、RN+(CH3)2R′X-(R=C12烷基至C16烷基、R′=CH3或苄基、X=卤素)中的一种或一种以上的混合物。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种钻井用生物油润滑剂制备方法，按下述步骤进行：将所需要量的基础油和表面活性剂加入反应器中，在温度为30℃至90℃条件下搅拌反应2-5小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。
本发明工艺制备的润滑油润滑能力强、在120℃高温下性能稳定、低温流动性好、无毒、易生物降解，对环境影响程度小，是一种环保型钻井液润滑剂；该润滑油满足勘探井、大斜度大位移井、海上钻井的需要，有效减少卡钻事故的发生，降低了钻井工程综合成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种钻井用生物油润滑剂按重量份数由以下成分构成：基础油100份，表面活性剂1至15份。
可根据实际需要，对实施例1作进一步优化或/和改进：
根据需要，基础油可为生物柴油或脂肪酸甲酯；或基础油为生物柴油与矿物白油的混合物；或基础油为脂肪酸甲酯与矿物白油的混合物；或基础油为矿物白油与植物油的混合物。
根据需要，钻井用生物油润滑剂中的基础油选用植物油时植物油为菜籽油或葵花籽油或棉籽油或大豆油或蓖麻油。
根据需要，钻井用生物油润滑剂中的表面活性剂为司盘-80、吐温-80、OP-10、RN+(CH3)2R′X-(R=C12烷基至C16烷基、R′=CH3或苄基、X=卤素)中的一种或一种以上按任意比例混合的混合物。
实施例2：
该钻井用生物油润滑剂制备方法按下述步骤进行：按重量份数计将100份脂肪酸甲酯和1份司盘-80加入反应器中，在温度为30℃至40℃条件下搅拌反应2小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。
生物油润滑剂润滑性能的评价：
按重量份数计：在100份自来水中加入6份膨润土和0.3份纯碱混合成基浆，利用极压润滑仪对基浆的润滑性进行测定，再在100份已混合好的基浆中加入1份由实例2制备出的生物油润滑剂, 利用极压润滑仪对含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定，将含有生物油润滑剂的基浆放入滚子加热炉内在120℃温度下滚动16h, 冷却至室温后利用极压润滑仪对高温滚动后含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定, 测定的实验数据结果分别见表1；由表1 可以看出, 由实例1制备出的生物油润滑剂能有效降低基浆润滑系数, 润滑系数降低率为69.39% ，同时还可看出，120℃的高温对由实例1制备出的生物油润滑剂的润滑效果没有影响。
表1 润滑性实验结果
| 试样 | 润滑系数（滚动前） | 润滑系数降低率（%） | 润滑系数（120℃滚动后） |
| 基浆 | 0.490 | ||
| 基浆+1%实例1 | 0.150 | 69.39 | 0.150 |
实施例3：
该钻井用生物油润滑剂制备方法按下述步骤进行：按重量份数计将100份生物柴油、5份司盘-80、3份吐温-80加入反应器中，在温度为50℃条件下搅拌反应3小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。
生物油润滑剂润滑性能的评价：
按重量份数计：在100份自来水中加入6份膨润土和0.3份纯碱混合成基浆，利用极压润滑仪对基浆的润滑性进行测定，再在100份已混合好的基浆中加入1份由实例3制备出的生物油润滑剂，利用极压润滑仪对含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定，将含有生物油润滑剂的基浆放入滚子加热炉内在120℃温度下滚动16h, 冷却至室温后利用极压润滑仪对高温滚动后含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定, 测定的实验数据结果分别见表2；由表2可以看出, 由实例2制备出的生物油润滑剂能有效降低基浆润滑系数, 润滑系数降低率为85.05% ，同时还可看出，120℃的高温对由实例2制备出的生物油润滑剂的润滑效果没有影响。
表2 润滑性实验结果
| 试样 | 润滑系数（滚动前） | 润滑系数降低率（%） | 润滑系数（120℃滚动后） |
| 基浆 | 0.495 | ||
| 基浆+1%实例2 | 0.074 | 85.05 | 0.075 |
实施例4：
该钻井用生物油润滑剂制备方法按下述步骤进行：按重量份数计将100份生物柴油与矿物白油的混合物、5份司盘-80、5份OP-10、5份十六烷基二甲基苄基氯化铵加入反应器中，在温度为60℃至70℃条件下搅拌反应3小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。
生物油润滑剂润滑性能的评价：
按重量份数计：在100份自来水中加入6份膨润土和0.3份纯碱混合成基浆，利用极压润滑仪对基浆的润滑性进行测定，再在100份已混合好的基浆中加入1份由实例4制备出的生物油润滑剂，利用极压润滑仪对含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定，将含有生物油润滑剂的基浆放入滚子加热炉内在120℃温度下滚动16h, 冷却至室温后利用极压润滑仪对高温滚动后含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定, 测定的实验数据结果分别见表3；由表3可以看出, 由实例3制备出的生物油润滑剂能有效降低基浆润滑系数, 润滑系数降低率为83.09% ，同时还可看出，120℃的高温对由实例3制备出的生物油润滑剂的润滑效果没有影响。
表3 润滑性实验结果
| 试样 | 润滑系数（滚动前） | 润滑系数降低率（%） | 润滑系数（120℃滚动后） |
| 基浆 | 0.485 | ||
| 基浆+1%实例3 | 0.082 | 83.09 | 0.082 |
实施例5：
该钻井用生物油润滑剂制备方法按下述步骤进行：按重量份数计将100份脂肪酸甲酯与矿物白油的混合物、4份司盘-80、4份吐温-80、4份十六烷基三甲基氯化铵加入反应器中，在温度为60℃至70℃条件下搅拌反应3小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。
生物油润滑剂润滑性能的评价：
按重量份数计：在100份自来水中加入6份膨润土和0.3份纯碱混合成基浆，利用极压润滑仪对基浆的润滑性进行测定，再在100份已混合好的基浆中加入1份由实例5制备出的生物油润滑剂，利用极压润滑仪对含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定，将含有生物油润滑剂的基浆放入滚子加热炉内在120℃温度下滚动16h, 冷却至室温后利用极压润滑仪对高温滚动后含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定, 测定的实验数据结果分别见表4；由表4可以看出, 由实例4制备出的生物油润滑剂能有效降低基浆润滑系数, 润滑系数降低率为87.99% ，同时还可看出，120℃的高温对由实例4制备出的生物油润滑剂的润滑效果没有影响。
表4 润滑性实验结果
| 试样 | 润滑系数（滚动前） | 润滑系数降低率（%） | 润滑系数（120℃滚动后） |
| 基浆 | 0.508 | ||
| 基浆+1%实例4 | 0.061 | 87.99 | 0.062 |
实施例6：
该钻井用生物油润滑剂制备方法按下述步骤进行：按重量份数计将100份矿物白油与植物油的混合物、4份司盘-80、4份OP-10、4份十烷基三甲基氯化铵加入反应器中，在温度为90℃条件下搅拌反应5小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。
生物油润滑剂润滑性能的评价：
按重量份数计：在100份自来水中加入6份膨润土和0.3份纯碱混合成基浆，利用极压润滑仪对基浆的润滑性进行测定，再在100份已混合好的基浆中加入1份由实例6制备出的生物油润滑剂，利用极压润滑仪对含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定，将含有生物油润滑剂的基浆放入滚子加热炉内在120℃温度下滚动16h, 冷却至室温后利用极压润滑仪对高温滚动后含有生物油润滑剂的基浆的润滑性进行测定, 测定的实验数据结果分别见表5；由表5可以看出, 由实例4制备出的生物油润滑剂能有效降低基浆润滑系数, 润滑系数降低率为77.94% ，同时还可看出，120℃的高温对由实例4制备出的生物油润滑剂的润滑效果没有影响。
表5 润滑性实验结果
| 试样 | 润滑系数（滚动前） | 润滑系数降低率（%） | 润滑系数（120℃滚动后） |
| 基浆 | 0.485 | ||
| 基浆+1%实例5 | 0.107 | 77.94 | 0.108 |
Claims (8)
1.一种钻井用生物油润滑剂，其特征在于按重量份数由以下成分构成：基础油100份，表面活性剂1至15份。
2.根据权利要求1所述的钻井用生物油润滑剂，其特征在于基础油为生物柴油或脂肪酸甲酯；或基础油为生物柴油与矿物白油的混合物。
3.根据权利要求1所述的钻井用生物油润滑剂，其特征在于基础油为生物柴油与矿物白油的混合物。
4.根据权利要求1所述的钻井用生物油润滑剂，其特征在于基础油为脂肪酸甲酯与矿物白油的混合物。
5.根据权利要求1所述的钻井用生物油润滑剂，其特征在于基础油为矿物白油与植物油的混合物。
6.根据权利要求5所述的钻井用生物油润滑剂，其特征在于植物油为菜籽油或葵花籽油或棉籽油或大豆油或蓖麻油。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的钻井用生物油润滑剂，其特征在于表面活性剂为司盘-80、吐温-80、OP-10、RN+(CH3)2R′X-(R=C12烷基至C16烷基、R′=CH3或苄基、X=卤素)中的一种或一种以上的混合物。
8.一种根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的钻井用生物油润滑剂制备方法，其特征在于按下述步骤进行：将所需要量的基础油和表面活性剂加入反应器中，在温度为30℃至90℃条件下搅拌反应2至5小时，待反应结束后，冷却后即得钻井用生物油润滑剂。
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