CN104119844B - 一种钻井液用油基润滑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻井液用油基润滑剂及其制备方法，将废机油中残余水分蒸出后，加入油溶性聚合物改进剂加热反应，然后加入硅油、油酸三乙醇胺和复合表面活性剂，最后用有机胺调节物料pH值至7‑8，在搅拌条件下加入松香酒精溶液，搅拌，冷却至室温，即得所述钻井液用油基润滑剂。本发明钻井液润滑剂的基本原材料来源广泛，价格低廉；生产工艺简单，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；无荧光干扰，可在探井中使用；抗高温，可在深井、超深井中使用；加量少，0.5%加量就能将极压润滑系数降低80%以上。
Description
技术领域
本发明属于石化领域，涉及一种石油钻井工程中的钻井液处理剂，特别涉及一种钻井液用油基润滑剂及其制备方法。
背景技术
钻井液是钻井工程的“血液”。钻井液在钻井过程中具有以下4种基本功能：携带和悬浮钻屑和加重剂，稳定井壁和平衡地层压力，冷却润滑钻头和钻具，传递水动力。其中，润滑性是钻井液的一个重要技术指标，尤其是在定向井、水平井、大位移井和深井、超深井钻井中，直接影响钻具的寿命和钻井施工的顺利进行。因此，通常采用加入润滑剂的方式改善钻井液的润滑性，以防止卡钻和断钻具等复杂事故的发生。
目前钻井液用液体润滑剂主要分为两大类。一类为水基润滑剂，主要成分为表面活性剂的胶束水溶液或乳状液，如G223、RH-2、DR-1、BS841等，该类润滑剂抗温性不高，不能用于井下温度在150℃以上的高温深井，而且由于表面活性剂在钻屑和井壁表面上的吸附作用，消耗量大，需要不断补充，应用成本高，现场维护处理工作量大。另一类的油基润滑剂，包括用动、植物油基或动、植物油改性的衍生物和矿物油添加改性剂改性产品，动、植物油基或动、植物油改性的衍生物有MY-1、RT441、磺化油脚、DS848、FK10、T862、SDR、ET24等；矿物油基包括柴油、白油等添加改性剂制备的混合物，如RH9051、FRH、RT931、RH525、RH8501、RT001、DG-5、RT443、NDL-III、JD9301、JH-II、CQF-1、RT88、RH-3、CT-6、HML等。该类润滑剂生产成本高，生产工艺复杂，在钻井液中的使用量大，而且存在荧光干扰，不利于在探井中使用。
废机油不经改性，直接加入钻井液中改善钻井液润滑性，其加量必须大于7%wt以上才能满足要求，而且容易使钻井液增稠，起泡，不利于钻井液流变性控制。因此，需要将废机油进行破乳脱水后，利用有机碱与废机油中的有机酸进行皂化改性，同时发挥复合表面活性剂与油溶性聚合物的协同界面物理化学作用，研制成一种加量少、润滑性好，无荧光干扰的廉价抗高温油基润滑剂。
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。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
（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100℃，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120℃，在搅拌条件下，缓慢加入60g的工业级单硬脂酸铝，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60℃；
（3）保持搅拌状态，向反应器中依次加入40g一甲基硅油，50g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1.1:1的质量比混合所得）和60g的复合表面活性剂（由司盘85和吐温85在室温下按照1.1:1的质量比混合所得），充分搅拌均匀；
（4）将物料温度降至45℃，用三乙醇胺调节物料pH值至7，在搅拌条件下加入100g20%wt松香酒精溶液，搅拌30分钟，冷却至室温，即为目的产物——钻井液用油基润滑剂。
实施例2
（1）称取1000g废变压器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115℃，在搅拌条件下，缓慢加入70g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70℃；
（3）保持搅拌状态，向反应器中依次加入45g一甲基硅油，55g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1:1的质量比混合所得）和70g的复合表面活性剂（由司盘85和吐温85在室温下按照0.8:1的质量比混合所得产物），充分搅拌均匀；
（4）将物料温度降至45℃，用乙二胺调节物料pH值至8，在搅拌条件下加入115g25%wt松香酒精溶液，搅拌45分钟，冷却至室温，即为目的产物——钻井液用油基润滑剂。
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120g30%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/SY1088-2012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。
Claims (8)
1.一种钻井液用油基润滑剂，其特征在于，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；
所述油溶性聚合物改进剂为双硬脂酸铝或单硬脂酸铝；
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；
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。
2.如权利要求1所述钻井液用油基润滑剂，其特征在于，所述废机油为废发动机机油或废变压器机油。
3.如权利要求1所述钻井液用油基润滑剂，其特征在于，所述硅油为一甲基硅油或二甲基硅油。
4.如权利要求1所述钻井液用油基润滑剂，其特征在于，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。
5.如权利要求4所述钻井液用油基润滑剂，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述钻井液用油基润滑剂，其特征在于，所述有机胺为有效物含量不低于85％的三乙醇胺或乙二胺。
7.如权利要求1所述钻井液用油基润滑剂，其特征在于，所述松香酒精溶液中松香的浓度为20-30％wt。
8.如权利要求1-7任一项所述钻井液用油基润滑剂的制备方法，其特征在于，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；
所述油溶性聚合物改进剂为双硬脂酸铝或单硬脂酸铝；
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；
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。
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| CN102181272A (zh) * | 2011-03-09 | 2011-09-14 | 张清玉 | 钻井液用防塌降滤失润滑剂及其制备方法和使用方法 |
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