CN102952528A

CN102952528A - 可降解的钻井液润滑剂及制备方法

Info

Publication number: CN102952528A
Application number: CN2011102549626A
Authority: CN
Inventors: 郑成胜; 蓝强; 李公让; 李海斌; 张敬辉
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明公开了一种将生物柴油复配表面活性剂的可降解的钻井液润滑剂及制备方法。技术方案是：可降解的钻井液润滑剂，是由下列体积百分比的原料组成：生物柴油为80~90%；表面活性剂为5~10%；水分为5~10%。可降解的钻井液润滑剂制备方法是：(1)将生物柴油置于搅拌釜，控制釜温在25-30℃；(2)避光、密封搅拌，至生物柴油成无沉淀均匀液体；(3)将复配非离子表面活性剂按照比例与水混合；(4)将表面活性剂的水溶液，缓慢滴入搅拌的生物柴油中；(5)滴加完毕，25-30℃保温、避光、密封搅拌20-30分钟；(6)至形成均匀油包水乳状液得产品。本发明的润滑剂主要成分为生物柴油，具有无荧光、降解时间快、对环境无害、废弃钻井液后续处理简单、润滑性能好等优势。

Description

可降解的钻井液润滑剂及制备方法

技术领域

本发明涉及钻井过程中使用的钻井液润滑剂及制备方法领域，特别是一种可降解的钻井液润滑剂。

技术背景

钻井液润滑剂是钻井液中最重要的处理剂之一，其主要功用是减轻钻具与井壁之间的摩擦阻力，进一步降低发生卡钻事故的风险。特别是在定向井及水平井的施工中，随着井斜角的增大，钻具和井壁的接触面积及摩擦阻力和扭矩阻力不断增大，此时必须保证钻井液足够的润滑性，即通过添加合适的润滑剂来改善钻井液的润滑性能。

钻井液润滑剂在国外有十余类，100多个品种，在国内也有十余类40余种，主要有矿物油、植物油及其油脚的改性产物、表面活性剂与有机物的混合物、合成脂类等精细化工产品及固体润滑剂组成。过去钻井液润滑剂的选用首先是满足钻井要求，再是成本问题，还要满足环境保护和油气层保护问题。随着生态环境的保护日益为人们所重视，当前处理剂的研发和使用，首要考虑的是环境保护和油气层保护问题。因此，利用油脂工业下脚料进行精细化工合成是钻井液润滑剂发展的主要趋势。

当前，国内外出现的可生物降解润滑剂主要有以下几类。

（1）植物油类。植物油的主要成分是甘油和脂肪酸形成的甘油酯。植物油具有下述主要物理和化学特性：氧化稳定性差；挥发度低；具有较好的粘温特性和很高的粘度指数；植物油可在金属和岩石表面形成吸附膜，吸附膜可起润滑作用。植物油具有无毒、生物降解性能好、资源可再生、良好的润滑性能、工艺处理能耗低、向环境的扩散少和价格比较适中等优点。植物油的不良性能可通过采取生物和化学改性的手段来改善。

（2）聚醚类。用作润滑剂的聚醚是以醇或胺为起始剂，由环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、四氢呋喃和长链a-烯烃氧化物等其中的一种或几种单体加成（共）聚合而得的（共）聚合物。聚醚的口服毒性非常低，其降解性取决于分子量的大小和支链化程度。

（3）酯类。酯类分子结构中含有较高活性的酯基基团，易于吸附在金属表面形成牢固的润滑剂膜，具有较好的摩擦润滑性能。酯类突出的优点是具有较好的热稳定性、低温性能、生物降解性和低毒性。酯类具有较宽的液体范围，较高的粘度指数，优良的粘温性能和低温性能。酯类的物理化学性质与其结构组成有密切的联系，其粘度与粘度指数主要取决于分子形态。酯类的链长增加，粘度、粘度指数和倾点升高；加入侧链，粘度升高，倾点下降，粘度指数也有提高；侧链的位置离酯基越远，对粘度与粘度指数影响越小。

（4）聚a-烯烃(PAO)类。PAO是a-癸烯的低聚物，与传统的矿物油相比，液体PAO具有优越的物理性质，如高闪点、高燃点、低倾点、高粘度指数和低挥发度等。与很多合成的和天然的酯类相比，PAO具有十分良好的热稳定性、氧化稳定性和水解稳定性。液体PAO的生物降解性与其粘度有关，粘度增大，生物降解速度减慢。液体PAO对哺乳动物是无毒的，且没有刺激性。

以上四大类润滑剂如果从可持续角度出发，植物油改性和酯类是最重要的研究方向。生物柴油来源于动植物油，其主要成分是脂肪酸甲酯，因此其既集合了植物油和酯类的优点，又克服了这两类产品的不足。

生物柴油来源于生物质提炼，是一种取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益稀少的今天，有望取代石油成为替代燃料。此外，石油柴油燃烧不完全，对空气污染严重，产生大量颗粒粉尘，碳排放量高，生物柴油克服了以上缺点，有害物排放大幅降低至10%，是一种优质的清洁能源。

发明内容

本发明的目的是在针对现有常用钻井液油基润滑剂原油、白油、柴油等降解缓慢、不可再生的不足，提供一种将生物柴油复配表面活性剂的可降解的钻井液润滑剂及制备方法。

本发明通过以下技术方案达到的：

一种可降解的钻井液润滑剂，是由下列体积百分比的原料组成：生物柴油为80~90%；表面活性剂为5~10%；水分为5~10%。所述生物柴油为利用动物或植物油脂生产的脂肪酸甲酯含量≥80%，凝点≤0℃，闪点≥140℃，十六烷值≥49；所述表面活性剂为两种或多种非离子表面活性剂的复配组合。

可降解的钻井液润滑剂制备方法是：(1) 将生物柴油置于搅拌釜，控制釜温在25-30℃；(2) 避光、密封搅拌，至生物柴油成无沉淀均匀液体；(3) 将复配非离子表面活性剂按照比例与水混合；(4) 将表面活性剂的水溶液，缓慢滴入搅拌的生物柴油中；(5) 滴加完毕， 25-30℃保温、避光、密封搅拌20-30分钟；(6) 至形成均匀油包水乳状液得产品。

本发明与现有技术相比具有如下优势：润滑剂的主要成分为生物柴油，无荧光（荧光级别≤4），可用于探井；生物柴油是可再生能源，可节约石化能源，利于可持续发展；生物柴油可降解（21天生物降解率为67.5%），对环境无害，废弃钻井液后续处理简单；产品运输、储存、使用方便，不属于危险品。润滑性能好（加量2%，粘附系数降低率可达69.23%）。

具体实施方式

下面将通过具体实施对本发明作进一步说明（以下百分比均为体积百分比）：

实施例1，按生物柴油80%、表面活性剂10%、水10%配置原料后，采用如下制备方法进行生产。

(1) 将生物柴油置于搅拌釜，控制釜温在25℃；

(2) 避光、密封搅拌25分钟，至生物柴油成无沉淀均匀液体；

(3) 将复配非离子表面活性剂按照比例与水混合；

(4) 将表面活性剂的水溶液，缓慢滴入搅拌的生物柴油中；

(5) 滴加完毕， 25℃保温、避光、密封搅拌25分钟；

(6) 至形成均匀油包水乳状液（淡黄色或无色液体），出料装桶，即钻井液润滑剂成品。

实施例2，按生物柴油90%、表面活性剂5%、水5%配置原料后，采用如下制备方法进行生产。

(1) 将生物柴油置于搅拌釜，控制釜温在30℃；

(2) 避光、密封搅拌30分钟，至生物柴油成无沉淀均匀液体；

(3) 将复配非离子表面活性剂按照比例与水混合；

(4) 将表面活性剂的水溶液，缓慢滴入搅拌的生物柴油中；

(5) 滴加完毕， 30℃保温、避光、密封搅拌30分钟；

实施例3，按生物柴油85%、表面活性剂7.5%、水7.5%配置原料后，采用如下制备方法进行生产。

(1) 将生物柴油置于搅拌釜，控制釜温在28℃；

(2) 避光、密封搅拌25分钟，至生物柴油成无沉淀均匀液体；

(3) 将复配非离子表面活性剂按照比例与水混合；

(4) 将表面活性剂的水溶液，缓慢滴入搅拌的生物柴油中；

(5) 滴加完毕， 30℃保温、避光、密封搅拌30分钟；

上述实施例中的生物柴油为餐饮业回收油，主要成分为脂肪酸甲酯（含量≥80%），凝点≤0℃，闪点≥140℃，十六烷值≥49。所述表面活性剂为两种或多种非离子表面活性剂的复配组合，如非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚（OP－10）和司盘系列（SP-60、SP-80）按1:1的复配，再如OP-10与吐温系列（T-60/T-80）按4:6的复配，这对本领域技术人员可以进行多种选择，不一一列举。

通过上述方法生产的钻井液润滑剂，其性能如下：

1、可生物降解性能：

本性能测试采用改进的Sturm试验方法，其原理是将生物柴油作为唯一的碳源和能量，接种到已加入一定体积微生物无机营养液中进行培养，并通入不含CO₂的空气，以维持微生物新陈代谢所需的氧，好氧微生物将生物柴油分解为终产物CO₂和H₂O。测试受体生成的CO₂量，并减去空白样CO₂生成量，以其来度量受试体的生物降解能力。

经测定，本产品在水中和有氧的环境中，21天生物降解率为67.5%。

2、钻井液基浆润滑性能：

高温高压粘附系数的测定：采用GNF-1型高温高压粘附仪，将待测配方钻井液置于测量杯中，密封紧固螺丝后，置于电加热套内，升高至待测温度。接通上端气源，设定压力3.5MPa。30min后，接通粘附吸盘气源，压力3.5MPa，每5min使用扭矩表测定扭矩，记录最大扭矩值，该值除以100即为钻井液粘附系数值。

a. 采用水基钻井液基浆测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.13。

b. 采用水基钻井液基浆测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+0.5%生物柴油润滑剂。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.8。

c. 采用水基钻井液基浆测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+1.0%生物柴油润滑剂。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.05。

d. 采用水基钻井液基浆测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+1.5%生物柴油润滑剂。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.04。

e．采用水基钻井液基浆测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+2.0%生物柴油润滑剂。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.04。

3、钻井液配方润滑性能：

a. 采用水基钻井液测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+0.5%聚丙烯酸钾+1.5%磺化酚醛树脂+0.3%低粘羧甲基纤维素+2%磺化褐煤+3%聚合醇+5%重晶石+0.1%烧碱。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.21。

b. 采用水基钻井液测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+0.5%聚丙烯酸钾+1.5%磺化酚醛树脂+0.3%低粘羧甲基纤维素+2%磺化褐煤+3%聚合醇+5%重晶石+0.1%烧碱+0.5%生物柴油润滑剂。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.13。

c. 采用水基钻井液测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+0.5%聚丙烯酸钾+1.5%磺化酚醛树脂+0.3%低粘羧甲基纤维素+2%磺化褐煤+3%聚合醇+5%重晶石+0.1%烧碱+1.0%生物柴油润滑剂。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.10。

d. 采用水基钻井液测试润滑剂性能。钻井液配方：水+6%膨润土+0.5%聚丙烯酸钾+1.5%磺化酚醛树脂+0.3%低粘羧甲基纤维素+2%磺化褐煤+3%聚合醇+5%重晶石+0.1%烧碱+2.0%生物柴油润滑剂。设定高温高压粘附系数测定仪温度80℃，测定钻井液粘附系数为0.08。

上述钻井液配方中，钻井液处理剂可由其它同类产品替代。

4、现场钻井液润滑性能：

在现场钻井液施工时，在添加润滑剂之前，钻井液一般已具有较高的固相含量且成分复杂，与室内相比，添加相当润滑剂的效果会打折扣，一般通过提高加量并定期补充来保证钻井液的润滑性，通常加量达到2～3%，来满足设计要求。

Claims

1.一种可降解的钻井液润滑剂，其特征是由下列体积百分比的原料组成：生物柴油为80~90%；表面活性剂为5~10%；水分为5~10%。

2.根据权利要求1所述的可降解的钻井液润滑剂，其特征是：所述生物柴油为利用动物或植物油脂生产的脂肪酸甲酯含量≥80%，凝点≤0℃，闪点≥140℃，十六烷值≥49；所述表面活性剂为两种或多种非离子表面活性剂的复配组合。

3.根据权利要求1或2所述的可降解的钻井液润滑剂的制备方法，其特征是：(1) 将生物柴油置于搅拌釜，控制釜温在25-30℃；

(2) 避光、密封搅拌，至生物柴油成无沉淀均匀液体；

(3) 将复配非离子表面活性剂按照比例与水混合；

(4) 将表面活性剂的水溶液，缓慢滴入搅拌的生物柴油中；

(5) 滴加完毕， 25-30℃保温、避光、密封搅拌20-30分钟；

(6) 至形成均匀油包水乳状液得产品。