CN103045209A - 一种防止钻头泥包的清洁润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止钻头泥包的清洁润滑剂，由钻井液用油基润滑剂和起防止钻头泥包作用的混合物（快钻因子）组成，所述混合物（快钻因子）包含聚合醇、渗透剂、乳化剂和助表面活性剂，还涉及其制备方法。本发明制备清洁润滑剂的方法简单，工艺易实施，可便捷地将油基润滑剂转变成清洁润滑剂。本发明制得的清洁润滑剂具有较小的接触角，较好的润滑性能，能很好地起到防止钻头泥包及提高钻井液润滑性能。

Description

一种防止钻头泥包的清洁润滑剂

技术领域

本发明涉及一种防止钻头泥包的清洁润滑剂及其制备方法。

背景技术

在石油钻井过程中，钻头泥包使钻头无法有效克取地层岩石，导致钻速变慢，例如钻遇泥页岩时，这类地层很容易水化膨胀而发生钻头泥包。在处理无效的情况下只有起钻手动清除，因此造成下钻次数增多。钻头泥包降低了钻井时效利用率，严重制约钻井速度的提高，延长了钻井周期。

清洁润滑剂也叫快钻剂或增速剂，其提高钻速的主要机理为：（1）清洁钻头，防止钻头泥包；（2）改善钻井液的润滑性，降低扭矩及钻具的摩阻；（3）快速渗透新鲜切屑面，辅助破碎岩石。

中国专利CN101186812A公开了一种快速钻进剂配方及制造工艺，以植物蛋白为原料，进行化学改性，但工艺较为复杂，且其耐温性受到的制约较大，无法用于深井钻进。

美国专利US5007489公开了一种防止钻头泥包的配方，由80-85％分子量为1200-10000的聚丙二醇、10％乳化剂及5-10％助溶剂组成。该配方虽然能较好地提高机械钻速及具有良好的润滑性能，但是价格昂贵，而且润滑性能评价时该配方加量高达4％，远超出一般润滑剂的使用量范围。

美国专利US5586608公开了一种防止钻头泥包的乳液配方，由分子量为200-2000的聚合醇、天然油脂或者脂肪酸衍生物组成的油相及水组成水包油的乳液，但该乳液在冬季使用时会发生凝固。

美国专利US5851958提出了以烯烃作为润滑剂及增速剂，选择碳原子数在14-30的线性α-烯烃，并复配1-10％乳化剂。使用烯烃作为增速剂，价格较昂贵，而且其在钻井液中加量较大，一般为2-5％，远超出润滑剂的常规使用加量。

发明内容

针对现有研究和实际应用中存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种防止钻头泥包的清洁润滑剂，还提供其制备方法。本发明创造性地提出了一种称为“快钻因子”的混合物，将其加入到油基润滑剂中，从而能够快速地将油基润滑剂转变成清洁润滑剂。

本发明提供的防止钻头泥包的清洁润滑剂具有新颖性和独创性，而且其配制方法简单，工艺易实施，更便于使用。所制得的清洁润滑剂具有较小的接触角，能快速在钻头表面形成油膜，并具有良好的润滑性能，从而有效防止钻头泥包。

因此，根据本发明，提供一种防止钻头泥包的清洁润滑剂，其由以下两部分组成：钻井液用油基润滑剂，和起防止钻头泥包作用的混合物，所述混合物包含聚合醇、渗透剂、乳化剂和助表面活性剂，该混合物被命名为“快钻因子”。

根据本发明的清洁润滑剂以100重量份计，钻井液用油基润滑剂占50-90份，优选60-90份，更优选70-90份，快钻因子占10-50份，优选10-40份，更优选10-30份。

为了制备本发明的清洁润滑剂，将上述物料按所述重量配比称量后，在30-100℃，优选40-90℃，更优选50-80℃下搅拌15min-120min，优选30-90min，更优选30-60min，即制得该清洁润滑剂。

根据本发明，所述钻井液用油基润滑剂可以是矿物油类润滑剂和非矿物油类润滑剂。矿物油类润滑剂可以是油浆类和白油类中的一种或者以任意比例形成的混合物；非矿物油类润滑剂可以是植物油类、或动物油中的一种或二者以任意比例形成的混合物。

根据本发明，所述快钻因子以重量配比计，包含：

0-40份，优选3-30份，更优选5-25份聚合醇；

15-30份，优选18-28份，更优选20-25份渗透剂；

20-40份，优选22-35份，更优选25-30份乳化剂；和

20-40份，优选22-38份，更优选25-35份助表面活性剂，

基于100重量份快钻因子而言。

根据本发明，所述聚合醇为分子量为600-6000的聚乙二醇（PEG）、分子量为600-4000的聚丙二醇（PPG）中的一种或者两者以任意比例形成的混合物。

根据本发明，所述渗透剂为快渗T（顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠）、渗透剂JFC（环氧乙烷和高级脂肪醇的缩聚物）和煤油中的任一种，或两种以上以任意比例的混合物。

根据本发明，所述乳化剂为烷醇酰胺类表面活性剂，例如脂肪酸与三乙醇胺直接反应产物；多元醇脂类非离子表面活性剂，例如Span和Tween系列表面活性剂，如Span20、Span40、Span60或Span80以及Tween20、Tween40、Tween60或Tween80，最优选Span80、Tween80；聚氧乙烯烷基苯酚醚类。

根据本发明，所述助表面活性剂优选为乙二醇、异丙醇、甲醇，可以是其中的一种，也可以是二种或三种以任意比例形成的混合物。

根据本发明，还提供一种制备上述防止钻头泥包的清洁润滑剂的方法，所用各组分原料及其重量份分别为：

钻井液用油基润滑剂：50-90份，优选60-90份，更优选70-90份，和

快钻因子：10-50份，优选10-40份，更优选10-30份，

基于100重量份清洁润滑剂而言，

其中，所述快钻因子包含聚合醇、渗透剂、乳化剂和助表面活性剂，

该方法包括：将上述物料按其配比称量，然后在30-100℃，优选40-90℃，更优选50-80℃下搅拌15min-120min，优选30-90min，更优选30-60min，即制得该清洁润滑剂。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

（1）方法简单，工艺易实施，加入一定量的快钻因子，即可将油基润滑剂转变成清洁润滑剂。

（2）成本较低，在钻井液中加量不超过1％就有较好的性能。

（3）采用该方法可制备出低荧光的清洁润滑剂或强荧光的清洁润滑剂，这取决于所选用的油基润滑剂。实际情况需要时，可自行选择所用油基润滑剂的种类。

附图说明

图1为实施例3产品的表面张力曲线。

具体实施方式

以下通过实施例来进一步解释或说明本发明内容。但所提供的实施例不应被理解为对本发明保护范围构成限制。

性能评价

1、粘附系数降低率测定：

在500mL蒸馏水中加入26g钙质钠化膨润土，在高速搅拌器上以10000转/分的转速高速搅拌20min，然后室温密闭陈化16h，即得到含土量为5.2％的淡水基浆。测量时将已经陈化16h的5.2％淡水基浆按一定的配比加入清洁润滑剂，高速搅拌20min，采用NF-1型泥饼粘附系数测定仪进行测定，测定条件为：压差3.5MPa，滤失时间30min，粘附盘粘附于泥饼后读取5min，10min，15min，30min，45min的扭矩值，取其中的最大扭矩值。

泥饼粘附系数计算公式为：

k_f＝M×0.845×10^-2

其中，K_f为粘附系数（无量纲）；M为扭矩（N.m）。

泥饼粘附系数降低率计算公式如下：

${\mathrm{\Δk}}_f=\frac{k_{f1}-k_{f2}}{k_{f1}}\×100\%$

式中：

△K_f——泥饼粘附系数降低率，单位为百分数(%)；

K_f1——基浆泥饼粘附系数；

K_f2——加清洁润滑剂后的泥饼粘附系数。

2、摩阻系数降低率测定：

在500mL蒸馏水中加入26g钙质钠化膨润土，在高速搅拌器上以10000转/分的转速高速搅拌20min，然后室温密闭陈化16h，即得到含土量为5.2％的淡水基浆。采用E—P极压润滑仪进行测定基浆、蒸馏水及基浆加清洁润滑剂后的摩阻系数，将已陈化的5.2％淡水基浆按一定的配比加入清洁润滑剂，采用GJ-2S型高速搅拌机高速搅拌5min，将液体倒入润滑仪样品杯中，测试条件为60r/min，测试压力为1.5MPa，测试时间为5min，5min后读数。校正因子=34/蒸馏水读数，摩阻系数f=0.01×读数×校正因子。

按下式计算摩阻系数降低率：

$\mathrm{\Δf}=\frac{f_1-f_2}{f_1}\×100\%$

式中：

△f——摩阻系数降低率，以百分数表示；

f₁——基浆的摩阻系数；

f₂——基浆加清洁润滑剂的摩阻系数。

3、接触角测定：

将清洁润滑剂滴在不锈钢片上，采用DSA100M光学接触角测量仪进行测定。

4、表面张力测定：

在25℃下，将不同质量的清洁润滑剂加入到蒸馏水中，采用JK99B型全自动张力仪进行测定。

实施例1

称取37.5重量份酯化的植物油、37.5重量份烷醇酰胺化的植物油、5重量份快渗T、10重量份Span80、10重量份异丙醇，在60℃、1000转/分下搅拌30min，即制得清洁润滑剂。

实施例2

称取87重量份基于酯化动物油脂、5重量份PPG-1500、2重量份煤油、3重量份Span80、3重量份异丙醇，在80℃、1000转/分下搅拌30min，即制得清洁润滑剂。

实施例3

称取7重量份植物油脂、30重量份动物油脂、5重量份PPG-1500、2重量份煤油、3重量份Span80、3重量份异丙醇，在60℃、1000转/分下搅拌30min，即制得清洁润滑剂。

图1为实施例3产品的表面张力曲线。由图1可见，当清洁润滑剂质量分数为0.1％时，表面张力即降低至不到30mN/m，随着清洁润滑剂质量分数逐步升高，直至1.0％时，表面张力仍维持在不高于30mN/m的较低水平，特别是当清洁润滑剂质量分数为0.4％时，表面张力约为22mN/m。

根据上述产品性能评价方法，分别对实施例1-3的清洁润滑剂产品及两种油田现场使用性能较好的清洁润滑剂进行评价，所述油田现场使用性能较好的清洁润滑剂中一种是购自新乡市富邦科技有限公司生产的防泥包快钻剂KLF-1（其主要成分为植物蛋白、植物类脂肪酸、非离子型表面活性剂及润湿剂，经合成反应、高温精制后复配而成），另一种是上海洋世工贸发展有限公司生产的快钻剂YSKZ（其主要成分为多元复合表面活性剂、油酸衍生物、高效渗透剂和起金属表面磨损自修复功能的减摩剂等）。结果如下表1所示。

表1：产品性能对比评价结果（5.2％淡水膨润土基浆）

根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是，以上的实施例仅仅为了举例说明本发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下，本领域技术人员可以设计出本发明的多种替换方案和改进方案，其均应被理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防止钻头泥包的清洁润滑剂，其由以下两部分组成：钻井液用油基润滑剂，和起防止钻头泥包作用的混合物（快钻因子），其特征在于，

以100重量份清洁润滑剂计，油基润滑剂占50-90份，优选60-90份，更优选70-90份，快钻因子占10-50份，优选10-40份，更优选10-30份，

所述混合物（快钻因子）包含聚合醇、渗透剂、乳化剂和助表面活性剂。

2.根据权利要求1的清洁润滑剂，其特征在于，

所述油基润滑剂选自矿物油类润滑剂和非矿物油类润滑剂；其中，矿物油类润滑剂是油浆类和白油类中的一种，或者两者以任意比例形成的混合物；非矿物油类润滑剂是植物油类、废弃油脂类、植物沥青类中的一种，或者两种以上以任意比例形成的混合物。

3.根据权利要求1或2的清洁润滑剂，其特征在于，

所述快钻因子以重量配比计，包含：

0-40份，优选3-30份，更优选5-25份聚合醇；

15-30份，优选18-28份，更优选20-25份渗透剂；

20-40份，优选22-35份，更优选25-30份乳化剂；和

20-40份，优选22-38份，更优选25-35份助表面活性剂，

基于100重量份快钻因子而言。

4.根据权利要求1至3之一的清洁润滑剂，其特征在于，

所述聚合醇为分子量为600-6000的聚乙二醇和分子量为600-4000的聚丙二醇中的一种，或者两者以任意比例形成的混合物。

5.根据权利要求1至4之一的清洁润滑剂，其特征在于，

所述渗透剂选自快渗T、渗透剂JFC和煤油。

6.根据权利要求1至5之一的清洁润滑剂，其特征在于，

所述乳化剂为烷醇酰胺类表面活性剂，例如脂肪酸与三乙醇胺直接反应产物；多元醇脂类非离子表面活性剂，例如Span和Tween系列表面活性剂，如Span20、Span40、Span60或Span80以及Tween20、Tween40、Tween60或Tween80，最优选Span80、Tween80；和聚氧乙烯烷基苯酚醚类。

7.根据权利要求1至6之一的清洁润滑剂，其特征在于，

所述助表面活性剂为乙二醇、异丙醇、甲醇中的一种，或者二种以上以任意比例形成的混合物。

8.一种制备根据权利要求1至7之一的清洁润滑剂的方法，各组分原料及其重量份分别为：

钻井液用油基润滑剂：50-90份，优选60-90份，更优选70-90份，

快钻因子：10-50份，优选10-40份，更优选10-30份

所述快钻因子包含聚合醇、渗透剂、乳化剂和助表面活性剂，

其特征在于，将上述物料按重量配比称量，然后在30-100℃，优选40-90℃，更优选50-80℃下搅拌15min-120min，优选30-90min，更优选30-60min，即制得该清洁润滑剂。

9.根据权利要求1至7之一的清洁润滑剂或者根据权利要求8的方法制得的清洁润滑剂用于防止钻头泥包的用途。

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