CN104357029A - 一种清洁润滑快钻剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁润滑快钻剂及其制备方法，其按照重量份包括：废弃油脂70份-90份、快速渗透剂2份-7份、乳化剂2份-5份、催化剂3份-8份、润湿剂3份-7份与表面活性剂5份-9份；及清洁润滑快钻剂的制备方法。以废弃油脂为原料，制得的产品配伍性良好、抗温性强、润湿性强、表面张力低、有效防止了钻头泥包，本发明的清洁润滑快钻剂润滑性好、抑制性强、抗盐和抗岩屑污染、储层保护性好、环境友好、高温前后起泡率极低、且制备工艺简单、成本较低，解决了复杂地质条件下深井及超深井钻井的关键技术难题，保护了油气储层，减少钻井事故，全面提高钻井速度，降低了钻井成本。

Description

一种清洁润滑快钻剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油气井工程领域的快钻剂，尤其涉及一种清洁润滑快钻剂及其制备方法。

背景技术

随着油气勘探开发领域的不断发展，钻井过程中遇到的地层越来越复杂，井也越来越深，井下的复杂情况更是难以预料，处理的难度大幅增加。在深井高压条件下钻头经常遇到硬质地层泥页岩、软页岩、粘页岩及膨胀性页岩，这类地层很容易水化膨胀导致井下复杂事故的发生，在深井钻井、大段泥页岩井段，井壁失稳问题表现尤为突出。特别是钻井液密度大于1.60g/cm³以上，由于固相含量高容易造成钻井液的动切力、塑性粘度大。一方面由于泥页岩易吸水膨胀、分散运移，给钻井作业带来了许多困难，甚至引起井下复杂情况的发生，导致钻井速度降低；另一方面，低钻速又延长了钻井液在井眼内的滞留时间，更加剧了地层和井眼的不稳定性，使作业成本大大增加；同时钻井液密度大，钻井液的动切力、塑性粘度过高，造成钻井液的循环压耗过大，严重制约了钻井速度。

现有技术中提高钻井速度的钻井液体系包括油基钻井液、合成基钻井液以及水基强抑制钻井液和聚合醇钻井液。油基钻井液具有抑制性强、润滑性好、井壁稳定以及对油气层损害程度小等优点，但是其成本高，生物降解性差，容易造成环境污染。合成基钻井液具有油基钻井液的特点，解决了钻井液污染环境问题，但是成本太高，增加了作业成本。强抑制钻井液和聚合醇钻井液等在一定程度上抑制了泥页岩的水化膨胀和分散运移，改善了钻井液润滑性能，提高了钻井速度，但是不能有效防止钻头泥包，钻井速度得不到明显提高。

国外从上世纪90年代开始研究并现场应用水基快速钻井液技术，取得了很好的效果。而国内对水基快速钻井液技术的研究起步较晚，胜利油田从2003年开始钻井液快钻剂的研发，余丽彬等研制了一种快钻剂KSZJ，它是由带电荷的蛋白质类大分子、表面活性剂和其它辅剂组成。在吐哈油田神平316井和连23井进行了现场试验，试验表明：加入KSZJ后，能较显著提高钻井液润滑性能，平均机械钻速提高了19.62%～31.13%。孙金生等发明了一种快速钻进剂，主要由植物蛋白、水、磷酸、二乙烯多胺、磺化剂和pH值调节剂组成。室内实验评价表明：该快钻剂吸附在岩石、岩屑表面，使岩石、岩屑表面实现了由亲水向亲油的转化。并在钻头及钻具表面形成油膜，减少摩擦，降低扭矩。

以上快钻剂或快速钻进剂依然存在综合性能较低的缺点，其对钻井液体系流变性影响较大；现场应用的井一般在3000m左右，对密度和温度要求较低，处理剂抗温性较差，不能满足高密度（1.6g/cm³以上）环境下保持井眼清洁，大幅度提高速度要求；加入钻井液后易起泡，尤其是在高温条件下起泡非常严重；且制造单体主要来源于矿物油类，而矿物油类润滑剂不能生物降解，对环境污染大，其荧光级别高，影响地质录井。

因此，现有技术还有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种清洁润滑快钻剂及其制备方法，以提高清洁润滑快钻剂的综合性能，避免其在高温条件下气泡。

本发明的技术方案如下：

一种清洁润滑快钻剂，其按照重量份包括：

废弃油脂70份-90份、快速渗透剂2份-7份、乳化剂2份-5份、催化剂3份-8份、润湿剂3份-7份与表面活性剂5份-9份。

所述的清洁润滑快钻剂，其中，所述废弃油脂为废弃动植物油、工业级脂肪酸甘油三酯中的一种或其混合物。

所述的清洁润滑快钻剂，其中，所述快速渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、烷基酚聚氧乙烯醚或聚合醇；所述乳化剂为乳化剂SP-80；所述催化剂为脱硫催化剂、活炭类催化剂中的一种或其混合物；所述表面活性剂为三乙醇胺。

所述的清洁润滑快钻剂，其中，所述润湿剂为阴离子表面活性剂，为辛烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烷(10)醚中的一种或其混合物。

一种制备所述清洁润滑快钻剂的方法，其包括以下步骤：

A、将第一废弃油脂、催化剂与表面活性剂加入反应容器内，在120℃-150℃条件下充分反应；

B、再向所述反应容器内加入余量废弃油脂、快速渗透剂、润湿剂与乳化剂搅拌30分钟至1小时，进行充分反应后制得所述清洁润滑快钻剂；

所述余量废弃油脂与所述第一废弃油脂的质量比为0.5-2；

按照重量份，上述各反应物为：

所述余量废弃油脂与所述第一废弃油脂共同组成的废弃油脂70份-90份、快速渗透剂2份-7份、乳化剂2份-5份、催化剂3份-8份、润湿剂3份-7份与表面活性剂5份-9份。

所述的方法，其中，所述废弃油脂为废弃动植物油、工业级脂肪酸甘油三酯中的一种或其混合物。

所述的方法，其中，所述快速渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、烷基酚聚氧乙烯醚或聚合醇；所述乳化剂为乳化剂SP-80；所述催化剂为脱硫催化剂、活炭类催化剂中的一种或其混合物；所述表面活性剂为三乙醇胺。

所述的方法，其中，所述润湿剂为阴离子表面活性剂，为辛烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烷(10)醚中的一种或其混合物。

本发明提供的一种清洁润滑快钻剂及其制备方法，以废弃油脂为原料，制得的产品配伍性良好、抗温性强、润湿性强、表面张力低、有效防止了钻头泥包，本发明的清洁润滑快钻剂润滑性好、抑制性强、抗盐和抗岩屑污染、储层保护性好、环境友好、高温前后起泡率极低、且制备工艺简单、成本较低，解决了复杂地质条件下深井及超深井钻井的关键技术难题，保护了油气储层，减少钻井事故，全面提高钻井速度，降低了钻井成本，实现了复杂条件下深井超深井安全、优质、快速、低耗的目的。

附图说明

图1为本发明中制备清洁润滑快钻剂方法流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种清洁润滑快钻剂及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种清洁润滑快钻剂，其按照重量份包括：

废弃油脂70份-90份、快速渗透剂2份-7份、乳化剂2份-5份、催化剂3份-8份、润湿剂3份-7份与表面活性剂5份-9份。

其较佳的方案，按照重量份为：废弃油脂80份-85份、快速渗透剂4份-6份、乳化剂3份-4份、催化剂4份-7份、润湿剂4份-5份与表面活性剂6份-8份。

其最优选的方案，按照重量份为：废弃油脂85份、快速渗透剂4份、乳化剂3份、催化剂7份、润湿剂5份与表面活性剂6份。本发明的清洁润滑快钻剂抗温≥150℃，而且高温后起泡率非常低，随着井深增加钻井液性能稳定，适用于深井或超深井；钻具亲水性降低率≥80%，表面张力降低率≥60%，清洁润湿性好，容易吸附在金属表面铺展形成油膜，防止了钻头泥包；润滑系数降低率≥80%，润滑性好，降低了扭矩及摩擦；抑制性强，页岩膨胀高度≤1mm，有效抑制了粘土矿物水化分散；表观粘度升高值≤5.0mPa.s，滤失量升高值≤0mL，与水基钻井液配伍性良好，基本不影响钻井液流变性及滤失量；抗盐性能较好，抗NaCl≥10%。与其它处理剂配合使用，形成新型高效快速高密度钻井液体系，其具有流变性好、携砂能力强、抑制性强、抗污染、井壁稳定性好等优点，有效的防止了钻头泥，解决了井壁失稳技术问题，减少了起下钻头过程中的阻卡情况，实现了井径规则；并减少钻井液中的固相含量，降低了钻井液循环压耗，提高了钻头水功率，充分发挥水功率破岩作用，提高了钻进速度，井下复杂情况降低50%，提高了机械钻速20%以上。

更进一步的，所述废弃油脂为废弃动植物油、工业级脂肪酸甘油三酯中的一种或其混合物。

在本发明的另一较佳实施例中，所述快速渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、烷基酚聚氧乙烯醚或聚合醇；所述乳化剂为乳化剂SP-80；所述催化剂为脱硫催化剂、活炭类催化剂中的一种或其混合物；所述表面活性剂为三乙醇胺。

更进一步的，所述阴离子表面活性剂，为辛烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烷(10)醚中的一种或其混合物。

本发明还提供了一种制备所述清洁润滑快钻剂的方法，如图1所示的，其包括以下步骤：

步骤101：将第一废弃油脂、催化剂与表面活性剂加入反应容器内，在120℃-150℃条件下充分反应；

步骤102：再向所述反应容器内加入余量废弃油脂、快速渗透剂、润湿剂与乳化剂搅拌30分钟至1小时，进行充分反应后制得所述清洁润滑快钻剂；

所述余量废弃油脂与所述第一废弃油脂的质量比为0.5-2；

按照重量份，上述各反应物为：

所述余量废弃油脂与所述第一废弃油脂共同组成的废弃油脂70份-90份、快速渗透剂2份-7份、乳化剂2份-5份、催化剂3份-8份、润湿剂3份-7份与表面活性剂5份-9份。

本发明的另一较佳实施例中，所述废弃油脂为废弃动植物油、工业级脂肪酸甘油三酯中的一种或其混合物。

更进一步的，所述快速渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、烷基酚聚氧乙烯醚或聚合醇；所述乳化剂为乳化剂SP-80；所述催化剂为脱硫催化剂、活炭类催化剂中的一种或其混合物；所述表面活性剂为三乙醇胺。所述润湿剂为阴离子表面活性剂，为辛烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烷(10)醚中的一种或其混合物。

为了更进一步的描述本发明，以下列列举更为详尽的实施例进行说明。

实施例1

将480g废弃动植物油加入三口烧瓶中，随后加入28.8g催化剂DS，33.6g三乙醇胺，加热至135℃充分反应5小时后，停止加热，再向所述三口烧瓶中加入489g工业级脂肪酸甘油三酯，搅拌均匀后逐步加入28.8g聚合醇、19g辛烷基酚聚氧乙烯醚、12.2g磺化琥珀酸二辛酯钠盐及12.2g乳化剂SP-80，搅拌30分钟进行充分反应，制得清洁润滑快钻剂。

其中，润滑系数降低率计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{k}_f=\frac{k_{f1}{k}_{f2}}{k_{f1}}\×100\%---\left(1\right)$

式中：△k_f——润滑系数降低率，%；k_f1——基浆的润滑系数；

k_f2——基浆加样后的润滑系数。

起泡率计算公式为：

式中：A’——修正后的起泡率，%；

V₃₀——倒入量筒后30s时的体积，mL；

V₃₀₀——倒入量筒后300s时的体积，mL。

该试验程序为：将上述制得的所述清洁润滑快钻剂样品在11000r/min转速下搅拌5min，取下搅拌杯10秒内倒入洁净的量筒，开始计时，读取30秒时的体积V₃₀以及300秒时的体积V₃₀₀。平行样之间的误差允许在±2.0%范围内，并取其算术平均值。

测试1

用蒸馏水配制6%的新疆评价用钠土基浆，用EP测试所述新疆评价用钠土基浆的挤压润滑系数，并测试基浆起泡率，结果见表1。

测试2

取测试1中的所述新疆评价用钠土基浆400mL，将实施例1的所述清洁润滑快钻剂样品4g加入到400mL的所述新疆评价用钠土基浆中，在11000r/min下搅拌5min，测试其挤压润滑系数和起泡率，结果见表1。

测试3

取测试2中的所述清洁润滑快钻剂与所述新疆评价用钠土基浆的混合溶液放入高温老化罐，在150℃条件下热滚16小时后自然冷却，在11000r/min下搅拌5min，测试其挤压润滑系数和起泡率，结果见表1。

表1

样品溶液	润滑系数	起泡率（%）
			测试1	0.64	0
测试2	0.06	6.7
			测试3	0.08	10

根据表1，结合计算公式（1）和（2），可见所得的清洁润滑快钻剂具有良好的抗温性、润滑性和低的起泡率，高温热滚前后润滑性和起泡率几乎不变化，热滚前润滑系数降低率为90.6%，热滚后润滑系数降低率为87.5%。

实施例2

将480吨废弃动植物油加入反应釜中，随后加入28.8吨催化剂DS，33.6吨三乙醇胺，加热至135℃充分反应5小时后，停止加热，再向所述反应釜中加入489吨工业级脂肪酸甘油三酯搅拌均匀后逐步加入28.8吨聚合醇、19吨辛基酚聚氧乙烷(10)醚、12.2吨烷基酚聚氧乙烯醚及12.2吨乳化剂SP-80，搅拌30分钟进行充分反应，制得清洁润滑快钻剂。

测试4

用含10%氯化钠的蒸馏水配制6%的新疆评价用钠土基浆，用EP测试所述新疆评价用钠土基浆的挤压润滑系数；然后将实施例2中所述清洁润滑快钻剂样品4g加入到400mL的所述新疆评价用钠土基浆中，在11000r/min下搅拌5min，测试其挤压润滑系数，将两者润滑系数相比较所得的润滑系数降低率见表2。

测试5

用含10%氯化钠的蒸馏水配制6%的新疆评价用钠土基浆，用EP测试所述新疆评价用钠土基浆的挤压润滑系数；然后将实施例2中所述清洁润滑快钻剂与所述新疆评价用钠土基浆的混合溶液放入高温老化罐，在150℃条件下热滚16小时后自然冷却，在11000r/min下搅拌5min，测试其挤压润滑系数，将两者润滑系数相比较所得的润滑系数降低率见表2。

表2

样品溶液	润滑系数降低率（%）
		测试4	88.6
测试5	87.4

测试6

将实施例1所得所述清洁润滑快钻剂样品及蒸馏水分别轻轻滴在不锈钢片上，采用DSA100M光学接触角测量仪测定接触角，其结果见表3。

测试7

将实施例1所得所述清洁润滑快钻剂样品0.1g加入100mL蒸馏水中，采用JK99B型全自动张力仪测试其表面张力，其结果见表3。

表3

样品	接触角（°）	表面张力（mN/m）
			蒸馏水	57.3	72.7mN/m
实施例7	9.76	——
			实施例8	——	27.28

由表3可知，实施例1中所得所述清洁润滑快钻剂的亲水性降低率为83%，表面张力降低率为62.5%。可见产品具有优良的清洁润湿性。

测试8

取测试1中的所述新疆评价用钠土基浆400mL，将实施例1的所述清洁润滑快钻剂样品4g加入到400mL的所述新疆评价用钠土基浆中，进行样品页岩膨胀性能测试，仪器选用NP-02智能型页岩膨胀测试仪。将10g所述新疆评价用钠土基浆在2.8Mpa压力下，压实5min，观测粘土在样品溶液中的膨胀情况，结果见表4。

表4

测试9

取测试1中的所述新疆评价用钠土基浆400mL，将实施例1的所述清洁润滑快钻剂样品4g加入到400mL的所述新疆评价用钠土基浆中，在11000r/min下搅拌5min，测试其表观粘度和API失水量，结果见表5。

测试10

取测试9中的所述清洁润滑快钻剂与所述新疆评价用钠土基浆的混合溶液放入高温老化罐，在150℃条件下热滚16小时后自然冷却，在11000r/min下搅拌5min，测试其表观粘度和API失水量，结果见表5。

表5

样品溶液	表观粘度（mPa.s）	API FL(mL)
			测试9	15	23
测试10	16.5	20.8

当然，实施例1、实施例2中仅仅列举了各个组分具体数据，但在具体实施过程中，显然可以根据需要在各个组分范围内进行适应性调整，在此不再一一赘述。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，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，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)

1.一种清洁润滑快钻剂，其按照重量份包括：

废弃油脂70份-90份、快速渗透剂2份-7份、乳化剂2份-5份、催化剂3份-8份、润湿剂3份-7份与表面活性剂5份-9份。

2.根据权利要求1所述的清洁润滑快钻剂，其特征在于，所述废弃油脂为废弃动植物油、工业级脂肪酸甘油三酯中的一种或其混合物。

3.根据权利要求1所述的清洁润滑快钻剂，其特征在于，所述快速渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、烷基酚聚氧乙烯醚或聚合醇；所述乳化剂为乳化剂SP-80；所述催化剂为脱硫催化剂、活炭类催化剂中的一种或其混合物；所述表面活性剂为三乙醇胺。

4.根据权利要求1所述的清洁润滑快钻剂，其特征在于，所述润湿剂为阴离子表面活性剂，为辛烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烷(10)醚中的一种或其混合物。

5.一种制备如权利要求1所述清洁润滑快钻剂的方法，其包括以下步骤：

A、将第一废弃油脂、催化剂与表面活性剂加入反应容器内，在120℃-150℃条件下充分反应；

B、再向所述反应容器内加入余量废弃油脂、快速渗透剂、润湿剂与乳化剂搅拌30分钟至1小时，进行充分反应后制得所述清洁润滑快钻剂；

所述余量废弃油脂与所述第一废弃油脂的质量比为0.5-2；

按照重量份，上述各反应物为：

所述余量废弃油脂与所述第一废弃油脂共同组成的废弃油脂70份-90份、快速渗透剂2份-7份、乳化剂2份-5份、催化剂3份-8份、润湿剂3份-7份与表面活性剂5份-9份。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述废弃油脂为废弃动植物油、工业级脂肪酸甘油三酯中的一种或其混合物。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述快速渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐、烷基酚聚氧乙烯醚或聚合醇；所述乳化剂为乳化剂SP-80；所述催化剂为脱硫催化剂、活炭类催化剂中的一种或其混合物；所述表面活性剂为三乙醇胺。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述润湿剂为阴离子表面活性剂，为辛烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烷(10)醚中的一种或其混合物。