发明内容
本发明的目的就是针对深井、超深井、定向井、水平井、大位移井钻井过程钻具扭矩大、摩擦阻力高,容易造成卡钻等问题,提供一种基本原材料来源广,价格低廉,生产工艺简单,加量少、耐高温、无荧光干扰的钻井液用油基润滑剂及其制备方法。
本发明所述钻井液用油基润滑剂,其制备方法主要包括以下步骤:
(1)称取1000g废机油加入装有冷凝分水器的反应器中,在搅拌状态下加热至100-108℃,保持温度直到反应器中没有水分被蒸出为止;
(2)将反应器温度升至110℃-130℃,在搅拌下缓慢加入60-80g的油溶性聚合物改进剂,待聚合物完全溶解后停止加热,冷却,使物料温度在半小时内降温至60-80℃;
(3)保持搅拌状态,向反应器中依次加入40-50g硅油,50-60g油酸三乙醇胺和60-80g的复合表面活性剂,充分搅拌均匀;
(4)将物料温度降至40-50℃,用有机胺调节物料pH值至7-8,在搅拌条件下加入100g-120g松香酒精溶液,搅拌30-60分钟,冷却至室温,即得所述钻井液用油基润滑剂。
根据本发明,所述废机油为废发动机机油或废变压器机油。
试验证明,废发动机油和废变压器机油润滑效果较好,稳定性较高,比其它废弃润滑油具有明显的降摩阻优势。
根据本发明,所述油溶性聚合物改进剂为双硬脂酸铝或单硬脂酸铝。
上述双硬脂酸铝或单硬脂酸铝为市售工业级即可。
根据本发明,所述硅油为一甲基硅油或二甲基硅油。
上述一甲基硅油或二甲基硅油为市售工业级即可。
根据本发明,所述油酸三乙醇胺是由有效物含量不低于85%的三乙醇胺和动物油酸在室温下按照1.0-1.2:1的质量比混合所得产物。
油酸三乙醇胺一方面作为乳化剂,由于其同时具有亲水性基团和亲油性基团,也可以部分起到表面活性剂的作用。
根据本发明,所述复合表面活性剂是由司盘85和吐温85在室温下按照0.8-1.2:0.8-1.2的质量比混合所得产物。
优选的,所述复合表面活性剂是由司盘85和吐温85在室温下按照1:1的质量比混合所得产物。
司盘85和吐温85为分子结构为多分支的表面活性剂,具有一定的界面吸附成膜的特性,容易在固液界面生成润滑膜;同时,二者分别为亲油性和亲水性表面活性剂,可以在油水界面上吸附,参与液液界面膜的形成(司盘85在液膜的偏油相一边,吐温85在液膜的偏水相一边),二者比例保持在1:1比例较佳,可以协同解决润滑剂成品起泡的副作用。
根据本发明,所述有机胺为有效物含量不低于85%的三乙醇胺或乙二胺。
根据本发明,所述松香酒精溶液是将工业五级松香溶于95%wt工业酒精中制备的溶液。
优选的,所述松香酒精溶液中松香的浓度为20-30%wt。
本发明油基润滑剂,可以广泛用于各种水基钻井液体系,在现场钻井液中推荐使用量为0.5%-1.0%(w/v)(基于钻井液总体积)。
本发明所述钻井液用油基润滑剂的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)称取1000g废机油加入装有冷凝分水器的反应器中,在搅拌状态下加热至100-108℃,保持温度直到反应器中没有水分被蒸出为止;
(2)将反应器温度升至110℃-130℃,在搅拌下缓慢加入60-80g的油溶性聚合物改进剂,待聚合物完全溶解后停止加热,冷却,使物料温度在半小时内降温至60-80℃;
(3)保持搅拌状态,向反应器中依次加入40-50g硅油,50-60g油酸三乙醇胺和60-80g的复合表面活性剂,充分搅拌均匀;
(4)将物料温度降至40-50℃,用有机胺调节物料pH值至7-8,在搅拌条件下加入100g-120g松香酒精溶液,搅拌30-60分钟,冷却至室温,即得所述钻井液用油基润滑剂。
根据本发明,所述废机油为废发动机机油或废变压器机油。
试验证明,废发动机油和废变压器机油润滑效果较好,稳定性较高,比其它废弃润滑油具有明显的降摩阻优势。
根据本发明,所述油溶性聚合物改进剂为双硬脂酸铝或单硬脂酸铝。
上述双硬脂酸铝或单硬脂酸铝为市售工业级即可。
根据本发明,所述硅油为一甲基硅油或二甲基硅油。
上述一甲基硅油或二甲基硅油为市售工业级即可。
根据本发明,所述油酸三乙醇胺是由有效物含量不低于85%的三乙醇胺和动物油酸在室温下按照1.0-1.2:1的质量比混合所得产物。
油酸三乙醇胺一方面作为乳化剂,由于其同时具有亲水性基团和亲油性基团,也可以部分起到表面活性剂的作用。
根据本发明,所述复合表面活性剂是由司盘85和吐温85在室温下按照0.8-1.2:0.8-1.2的质量比混合所得产物。
优选的,所述复合表面活性剂是由司盘85和吐温85在室温下按照1:1的质量比混合所得产物。
司盘85和吐温85为分子结构为多分支的表面活性剂,具有一定的界面吸附成膜的特性,容易在固液界面生成润滑膜;同时,二者分别为亲油性和亲水性表面活性剂,可以在油水界面上吸附,参与液液界面膜的形成(司盘85在液膜的偏油相一边,吐温85在液膜的偏水相一边),二者比例保持在1:1比例较佳,可以协同解决润滑剂成品起泡的副作用。
根据本发明,所述有机胺为有效物含量不低于85%的三乙醇胺或乙二胺。
根据本发明,所述松香酒精溶液是将工业五级松香溶于95%wt工业酒精中制备的溶液。
优选的,所述松香酒精溶液中松香的浓度为20-30%wt。
本发明钻井液润滑剂的技术优势可概括为以下几点:
(1)基本原材料来源广泛,废机油包括废发动机机油和废变压器机油来源广,价格低廉;
(2)生产工艺简单,不需要提纯、磺化改性工艺,主要利用各种表面活性剂的协同界面化学作用进行改性,充分发挥废机油原有的组分,在摩擦界面上形成高强度极压润滑膜和吸附界面膜,降低钻具与套管、井壁的摩擦阻力;
(3)无荧光干扰,可在探井中使用;
(4)抗高温,可在深井、超深井中使用;
(5)加量少,0.5%(w/v)加量就能将极压润滑系数降低80%以上。
实施例3
(1)称取1000g废发动机机油加入装有冷凝分水器的反应器中,在搅拌状态下加热至105℃,保持温度直到反应器中没有水分被蒸出为止;
(2)将反应器温度升至125℃,在搅拌条件下,缓慢加入80g工业级双硬脂酸铝,等聚合物完全溶解后停止加热,开动反应器夹套的冷却水,使物料温度在半小时内迅速降温至80℃;
(3)保持搅拌状态,向反应器中依次加入50g二甲基硅油, 60g油酸三乙醇胺(由有效物含量不低于85%的三乙醇胺和动物油酸在室温下按照1.2:1的质量比混合所得)和80g的复合表面活性剂(由司盘85和吐温85在室温下按照1.2:1的质量比混合所得),充分搅拌均匀;
(4)将物料温度降至50℃,用乙二胺调节物料pH值至7.5,在搅拌条件下加入120g 30%wt松香酒精溶液,搅拌60分钟,冷却至室温,即为目的产物——钻井液用油基润滑剂。
性能实验
(1)基浆配制:按水:膨润土:无水碳酸钠=100:8:0.25的质量比配制基浆,高速搅拌20min,再密闭养护24h备用。
(2)极压润滑系数测定:向基浆中加入0.5%(w/v)本发明油基润滑剂,按照Q/SY 1088-2012钻井液用液体润滑剂技术规范(中石油)测定润滑系数降低率。评价结果见表1。
表1 三个实施例制备样品的润滑性能评价实验数据
由表1性能评价数据可以看出,实施例3结果最好,这是因为改性剂加入量相对较高的缘故。实施例1和2大致相同,说明废发动机机油和废变压器机油没有明显差别。三个实施例样品的润滑系数降低率均能满足中国石油天然气集团公司最新评价标准《Q/SY 1088-2012钻井液用液体润滑剂技术规范》要求。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。