CN104419387A - 微通道反应器制备水基钻井液润滑剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水基钻井液润滑剂制备方法，尤其涉及以脂肪酸和有机胺为原料，通过微通道反应器反应生成水基钻井液润滑剂的方法。其步骤具体如下：将脂肪酸、有机胺两股原料液分别通过计量泵输送至微通道反应器的两个进口，进入微通道反应模块，通过调控脂肪酸和有机胺两种原料的体积流量比，控制脂肪酸和有机胺的物质的量比例为1～4:1。在常压和50℃～180℃的反应温度下，控制反应物料在微通道反应器中停留时间为2min～30min，即可制得水基钻井液润滑剂。使用本发明生产水基钻井液润滑剂，能有效控制反应过程的温度，安全性高，模块混合效果好，反应得到的产品品质高，所需反应停留时间短，生产效率高等优点，可实现产品的连续及柔性生产。

Description

微通道反应器制备水基钻井液润滑剂的方法
技术领域
本发明属于精细化工技术领域，涉及钻井助剂的制备方法，特别是利用微通道反应器制备水基钻井液润滑剂的方法。
背景技术
随着水平井、定向井和大斜度井的不断增多，在石油钻井过程中，经常需要使用大量的钻井液润滑剂，以降低井壁与钻具、钻具与套管之间的摩阻，减少井下复杂情况，提高钻井速度。目前钻井液润滑剂的生产一般是在间歇或连续搅拌釜式反应器中进行。该技术存在以下几个缺点：（1）间歇反应需辅助时间，设备利用率不高，不易实现自动化控制；（2）搅拌设备能耗大，在工业生产运行费用高，且搅拌反应传质不理想，转化率和收率不高；（3）不能及时排出反应生成物，不利于反应正向进行。微通道反应技术具有许多内在的、独特的优点：高传质速率；快速直接放大（模块结构、并行放大）；内在安全和过程可控；过程连续和高度集成；分散和柔性生产。该润滑剂生产工艺为液-液反应，两相的混合程度是影响反应的关键，微通道反应器能够实现快速高效混合，并能够实现连续化生产，非常适合做该润滑剂的制备试验。使用本发明生产钻井液用润滑剂，能有效控制反应过程的温度，安全性高，模块混合效果好，反应得到的产品品质高，可实现产品的连续及柔性生产。因此，开发一种操作连续，反应条件温和，反应时间短，产品收率高的制备方法就显得尤为必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微通道反应器制备水基钻井液润滑剂的方法。
本发明所述的水基钻井液润滑剂制备方法，其特征在于，将脂肪酸、有机胺两股原料液分别通过计量泵输送至微通道反应器的两个进口，通过调控脂肪酸和有机胺两种原料的体积流量比，控制脂肪酸和有机胺的物质的量比例为1～4:1。在常压和50℃～180℃的反应温度下，控制反应物料在微通道反应器中停留时间为2min～30min，制得水基钻井液润滑剂。
上述润滑剂及其制备工艺中：
所述脂肪酸为辛酸、油酸、硬脂酸、癸酸、癸二酸、己二酸、蓖麻油酸、亚油酸其中的一种或者几种的混合物。
所述有机胺为甲胺、二甲胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、DMF、二甘醇胺、二异丙醇胺、三乙胺、氨气其中的一种或者几种的混合物。
所述优选控制脂肪酸和有机胺的物质的量比例为1～3:1。
所述优选反应温度为50℃～160℃。
所述优选反应物在微通道反应器中的停留时间为5min～30min。
所述的微通道反应器模块内微通道结构为直流型通道结构或增强混合心型通道结构。
本发明的有效益果和特点：
（1）本发明采用微通道反应器制备水基润滑剂，其原料在微通道反应器中能够快速充分混合，因此可按所需化学当量比进料，从而节约了原料成本；
（2）本发明生产工艺连续，所需反应停留时间短，产品收率高；
（3）本发明采用微通道反应器生产能够降低能耗，降低生产成本；
（4）本发明采用微通道反应器生产反应条件温和，有利于安全生产。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明发明的内容，但本发明的内容不仅限于下面的实施例。
实施例1
在常温条件下，将辛酸和二乙醇胺通过计量泵注入到微通道反应器中进行反应，控制辛酸和二乙醇胺的物质量的比为1:1，反应温度为80℃，停留时间为30min。反应物连续流出反应器，并与收集器中常温收集，产物即为润滑剂1#，收率90%。
实施例2 
在常温条件下，将蓖麻油酸和二异丙醇胺通过计量泵注入到微通道反应器中进行反应，控制辛酸和二乙醇胺的物质量的比为1:1，反应温度为80℃，停留时间为15min。反应物连续流出反应器，并与收集器中常温收集，产物即为润滑剂2#，收率91%。
实施例3 
在常温条件下，将蓖麻油酸和二异丙醇胺通过计量泵注入到微通道反应器中进行反应，控制辛酸和二乙醇胺的物质量的比为2:1，反应温度为160℃，停留时间为15min。反应物连续流出反应器，并与收集器中常温收集，产物即为润滑剂3#，收率95%。
实施例4 
在常温条件下，将亚油酸和三乙胺通过计量泵注入到微通道反应器中进行反应，控制辛酸和二乙醇胺的物质量的比为1.5:1，反应温度为120℃，停留时间为10min。反应物连续流出反应器，并与收集器中常温收集，产物即为润滑剂4#，收率95%。
实施例5 
在常温条件下，将油酸和乙醇胺通过计量泵注入到微通道反应器中进行反应，控制辛酸和二乙醇胺的物质量的比为1.5:1，反应温度为120℃，停留时间为10min。反应物连续流出反应器，并与收集器中常温收集，产物即为润滑剂5#，收率94%。
实施例6 
在常温条件下，将油酸和二甲胺通过计量泵注入到微通道反应器中进行反应，控制辛酸和二乙醇胺的物质量的比为1:1，反应温度为140℃，停留时间为10min。反应物连续流出反应器，并与收集器中常温收集，产物即为润滑剂6#，收率97%。
实施例7 
在常温条件下，将硬脂酸和三乙醇胺通过计量泵注入到微通道反应器中进行反应，控制辛酸和二乙醇胺的物质量的比为1.5:1，反应温度为120℃，停留时间为10min。反应物连续流出反应器，并与收集器中常温收集，产物即为润滑剂7#，收率95%。
实施例8  
在400mL去离子水中加入20g钻井液用钠土，在高速搅拌器上以11000转/分的转速高速搅拌20min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的黏土，在密闭容器中养护24h，即得含土量为5%的基浆。在5%基浆中加入1%的润滑剂1#，高速搅拌混合均匀，然后在在密闭容器中养护24h，即得测试样品。采用Fann21200极压润滑仪测试5%基浆及添加润滑剂1#试样的润滑系数，并计算出其润滑系数降低率，1#润滑剂的润滑系数降低率为85.3%。
实施例9
在400mL去离子水中加入20g钻井液用钠土，在高速搅拌器上以11000转/分的转速高速搅拌20min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的黏土，在密闭容器中养护24h，即得含土量为5%的基浆。在5%基浆中加入1%的润滑剂3#，高速搅拌混合均匀，然后在在密闭容器中养护24h，即得测试样品。采用Fann21200极压润滑仪测试5%基浆及添加润滑剂3#试样的润滑系数，并计算出其润滑系数降低率，3#润滑剂的润滑系数降低率为90.2%。
实施例10 
在400mL去离子水中加入20g钻井液用钠土，在高速搅拌器上以11000转/分的转速高速搅拌20min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的黏土，在密闭容器中养护24h，即得含土量为5%的基浆。在5%基浆中加入1%的润滑剂6#，高速搅拌混合均匀，然后在在密闭容器中养护24h，即得测试样品。采用Fann21200极压润滑仪测试5%基浆及添加润滑剂6#试样的润滑系数，并计算出其润滑系数降低率，6#润滑剂的润滑系数降低率为95.1%。

Claims (8)

1.一种微通道反应器制备水基钻井液润滑剂的方法，其特征在于，将原料脂肪酸、有机胺送至微通道反应器的两个进口，进入微通道反应器模块，通过调控脂肪酸和有机胺两种原料的体积流量比，控制脂肪酸和有机胺的物质的量比例为1～4:1；在常压下，50℃～180℃的反应温度下，控制反应物料在微通道反应器中停留时间为2min～30min，制得水基钻井液润滑剂。
2.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂制备方法，其特征在于所述脂肪酸为辛酸、油酸、硬脂酸、癸酸、癸二酸、己二酸、蓖麻油酸其中的一种或者几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的钻井液用润滑剂制备方法，其特征在于所述有机胺为甲胺、二甲胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、DMF、二甘醇胺、二异丙醇胺、三乙胺、氨气其中的一种或者几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂制备方法，其特征在于：通过调控脂肪酸和有机胺两种原料的体积流量比，控制脂肪酸和有机胺的物质的量比例为1～3:1。
5.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂制备方法，其特征在于：反应温度为50℃～160℃。
6.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂制备方法，其特征在于：反应物在微通道反应器中的停留时间为5min～30min。
7.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂制备方法，其特征在于：所述的微通道反应器模块内微通道结构为直流型通道结构。
8.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂制备方法，其特征在于：所述的微通道反应器模块内微通道结构为增强混合心型通道结构。
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