CN104531096A - 一种钻井液用清洁润滑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于其包含如下重量百分比的组分：白油75~92%、乳化剂5~15%、消泡剂2~5%和极压剂1~5%，各组分的重量百分比之和为100%；所述乳化剂包含Span80、油酸和水；本发明还涉及其制备方法。本发明的一种钻井液用清洁润滑剂能够提高润滑性能，有效地降低钻井液的摩阻和扭矩，提高钻井速度，由本发明制备方法得到的清洁润滑剂性体系均一、性能稳定。

Description

一种钻井液用清洁润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种润滑剂，具体涉及一种钻井液用清洁润滑剂。

背景技术

钻垂直井时钻柱旋转产生的扭矩阻力和起下钻的摩擦阻力用普通钻井液就能克服，不需另加润滑剂。但在定向井和水平井施工中，随着井斜角的增大，钻具和井壁的接触面积以及摩擦阻力和扭矩阻力随之增大。影响阻力的因素有许多，但其大小主要取决于钻具和井壁的接触面积。显然，在定向井和水平井中减少钻具和井壁的接触面积是不可能的，研制开发高效钻井液润滑剂是解决问题的唯一途径。

另外，在石油钻井过程中，钻头泥包使钻头无法有效克服地层岩石，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。

为了满足了钻井过程中的润滑作用，还可以起到对钻头泥包的清洁作用，技术人员研发出了清洁润滑剂。所述清洁润滑剂也叫快钻剂或增速剂，其可以清洁钻头，防止钻头泥包；还可改善钻井液的润滑性，降低扭矩及钻具的摩擦阻力；再者还可以快速渗透新鲜切削面，辅助破碎岩石。

此外，当井内压力增大时，钻具在切削面的接触部分会承担更大的磨阻，为了降低金属接触截面的磨阻，技术人员又研发出了一种极压润滑剂，该类产品在高压下也能在金属表面形成一层坚固的化学膜，以降低金属接触界面的摩阻，故更适应水平井中高压力情况下的降摩阻需要。

目前，对上述润滑剂的研发已多有报道。中国专利CN0115906.5公开了一种重量组成为：硫化脂肪酸或硫化油5~20%、脂肪酸0~40%、脂肪酸酯10~50%、表面活性剂0.5~3%、闪点高于80℃的白油30~60%的用于水基钻井液的极压润滑剂，其润滑剂可有效降低钻具扭矩、提高钻速，延长钻头寿命，减少对钻具的磨损。中国专利CN201110205725.0公开了一种重量百分比为白油30~70%、油酸18~30%、油酸甲酯10~20%、消泡剂1~10%和极压剂1~10%的钻井液用高效防粘卡润滑剂。该润滑剂不会引起钻井液指标变化，而能对影面对软面（钻具对泥饼）和硬面对硬面（钻具对岩石）都能起到润滑作用，且润滑效果好。

但是，无论对于哪种润滑剂，其在钻具表面的分散性越好，则其形成的润滑剂膜的稳定性则越好，相应的润滑效果就越好。因此，如何将润滑剂更好的分散于钻具表面，获得更好的润滑效果，成为钻井用清洁润滑剂改良的另一个重要的方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低、分散效果好、成膜稳定的钻井用清洁润滑剂。

本发明采用如下技术方案：

一种钻井液用清洁润滑剂，其包含如下重量百分比的组分：白油75~92%、乳化剂5~15%、消泡剂2~5%和极压剂1~5%；所述乳化剂包含Span80、油酸和水。

其中，所述组分的重量百分比为：白油80%、乳化剂12%、消泡剂4%和极压剂4%。

其中，所述的白油为白油7^#。

其中，所述的消泡剂为聚硅氧烷。

其中，所述的极压剂为二硫化钼。

其中，所述的乳化剂的各组分按重量配比为：0.8~1.5重量份的Span80、0.8~0.5重量份的油酸和8~12重量份的水。

优选的，所述的乳化剂各组分按重量配比为：1重量份的Span80、1重量份的油酸和10重量份的水。

本发明的一种制备钻井液用清洁润滑剂的方法，其特征在于其包括以下步骤：

1）  取Span80、油酸和水配制成乳化剂；

2）  向反应釜中加入白油，加热，升温至70~90℃；

3）  向步骤2）的反应釜中加入乳化剂和消泡剂，恒温搅拌1小时；

4）  向步骤3）的反应釜中加入极压剂，搅拌均匀，即得到钻井液用清洁润滑剂产品。

其中，所述步骤2）中的温度为80℃。

本发明的有益效果为：

本发明采用矿物油、乳化剂、消泡剂和极压剂复合而成。其中，乳化剂采用Span80、油酸和水进行配比来制备。该乳化剂可提高润滑剂在钻具表面的分散性，形成稳定的润滑剂层，提高润滑性能。

另外，本发明可通过在钻头表面、钻屑和钻井液中的粘土颗粒上的静电作用和物理、化学吸附，不但能够改善钻头、钻具和钻屑的表面性质，提高井眼的清洁率，减少钻头泥包，还能改善钻井液的润滑效果，能有效地降低钻井液的摩阻和扭矩，提高钻井速度。

本发明在配合切削类钻头应用表现效果更为出色，较清水而言，钻速可提高12~38%。对于砂岩地层的钻进效果影响好于灰岩地层的钻进。在灰岩中钻速提高12~40%；在砂岩中钻速提高为14~38%。

本发明提供一种制备钻井液用清洁润滑剂的方法，通过该方法制备的清洁润滑剂性体系均一、性能稳定。

具体实施方式

实施例

下面结合实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

实施例1

首先按重量比Span80∶油酸∶水=0.8∶0.8∶8配制成乳化剂；向反应釜中加75kg白油7^#，加热，升温至70℃；然后向反应釜中投加配制好的乳化剂15kg和聚硅氧烷5kg，保持70℃，恒温搅拌1小时；最后向反应釜中加入二硫化钼5kg，并将反应釜内的各组分搅拌均匀，即得到钻井液用清洁润滑剂产品。

实施例2

制备方法同实施例1，其中，温度为90℃，乳化剂按重量比Span80∶油酸∶水=1.5∶1.5∶12配制，各组分的投料量分别为白油7^# 92kg、配制好的乳化剂5kg、聚硅氧烷2kg和二硫化钼1kg。

实施例3

制备方法同实施例1，其中，温度为80℃，乳化剂按重量比Span80∶油酸∶水=1∶1∶10配制，各组分的投料量分别为白油7^# 80kg、配制好的乳化剂12kg、聚硅氧烷4kg和二硫化钼4kg。

通过上述实施例得到的钻井液用清洁润滑剂产品符合下表所述的技术指标：

表1 产品技术指标

各项目参数的测量方法：

实验例1：粘附系数降低率测定

在500mL蒸馏水中加入26g改制钠化膨润土，在高速搅拌器上以10000转/分钟的转速高速搅拌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和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：

式中：

Δk _f1——泥饼粘附系数降低率，单位（%）；

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。

实验例2：润滑系数降低率测定

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润滑系数，将以陈化的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，将液体倒入极压润滑仪样品杯中，测试条件为60r/min，测试压力为1.5MPa，测试时间为5min，5min后读数。

按下式计算摩阻系数降低率：

式中：

Δη——润滑系数降低率，以百分数表示；

η ₁——基浆的润滑系数；

η ₂——基浆加清洁润滑剂的润滑系数。

实验例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。

实验例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。

对比例

对比例1

根据上述产品性能的测量方法，分别对实施例1~3的清洁润滑剂产品进行评价，以油田现场使用性能较好的清洁润滑剂中的一种作为对比例（市售防泥包快钻剂，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），结果如表2所示。

表2 产品性能对比评价结果（5.2%淡水膨润土基浆）

对比例2

影响钻速的因素有很多，下面在同一井、同一地层等条件均相同的条件下做钻速的对比实验，仅改变润滑剂，对比清水和实施例3的清洁润滑剂产品做对比。

表3 润滑剂对钻速的影响

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，其均应被理解为再本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于其包含如下重量百分比的组分：白油75~92%、乳化剂5~15%、消泡剂2~5%和极压剂1~5%；所述乳化剂包含Span80、油酸和水。

2.根据权利要求1所述的一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于所述组分的重量百分比为：白油80%、乳化剂12%、消泡剂4%和极压剂4%。

3.根据权利要求1所述的一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于所述的白油为白油7^#。

4.根据权利要求1所述的一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于所述的消泡剂为聚硅氧烷。

5.根据权利要求1所述的一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于所述的极压剂为二硫化钼。

6.根据权利要求1所述的一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于所述的乳化剂的各组分按重量配比为：0.8~1.5重量份的Span80、0.8~0.5重量份的油酸和8~12重量份的水。

7.根据权利要求6所述的一种钻井液用清洁润滑剂，其特征在于所述的乳化剂各组分按重量份配比为：1重量份的Span80、1重量份的油酸和10重量份的水。

8.一种制备根据权利要求1~7任意项的钻井液用清洁润滑剂的方法，其特征在于其包括以下步骤：

1）取Span80、油酸和水配制成乳化剂；

2）向反应釜中加入白油，加热，升温至70~90℃；

3）向步骤2）的反应釜中加入乳化剂和消泡剂，恒温搅拌1小时；

4）向步骤3）的反应釜中加入极压剂，搅拌均匀，即得到钻井液用清洁润滑剂产品。

9.根据权利要求8所述的制备钻井液用清洁润滑剂的方法，其特征在于所述步骤2）中的温度为80℃。