CN104672429B - 一种抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，以聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡反应生成三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯，再与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸混合，两步减压法、不间断循环通入氮气生成三羟甲基丙烷混合酯，最后与硼化氨基酯反应，制成抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。本发明通过三步反应不间断循环通入氮气和两步减压法制成一种新型抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂，产品能大大降低水力摩阻、泥饼粘滞系数、钻柱转矩、轴向阻力，减小能耗；更好的缩短起下钻时间、减小钻头工作阻力，延长钻头寿命，从而提高钻井的工作效率等优良特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井润滑剂及其制备方法，具体地说涉及一种抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂及其制备方法，深井、水平井、大斜度定向井等复杂井况下钻井使用，适用于淡水、盐水、海水的钻井液润滑剂。
背景技术
随着世界对石油能源的需求量不断增加，石油的开采量越来越大，钻井润滑剂的需求量也再快速增长，目前的润滑剂仍在使用难降解污染型的矿物油作为基础原料，这必然会被日益严格的环保要求所限制。
环境友好型钻井液润滑剂主要有植物油类、聚醚类和酯类三种，目前普遍看好的是酯类。
酯类分子结构中含有较高活性的酯基集团，易于吸附在金属表面形成牢固的润滑膜，具有较好的摩擦润滑性能，同时酯类还具有较好的热稳定性、低温性能、生物降解功能和低毒或无毒性能。
但是现有的钻井液润滑剂存在的问题是：
1、大量使用的是矿物油，不能降解，污染海洋。
2、润滑效果不好，搬土浆扭矩降低率只有65％。
3、抗温性能不好，高温只有120℃.
4、极压性差，磨斑直径高达0.7mm而最大无卡咬值只有392N.
5、与PEM，PEC体系配伍性不好，有选择性。
发明内容
本发明提供一种具有润滑性能好，粘度指数高，生物降解率高，抗温效果好等优异性能的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，以聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡反应生成三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯，再与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸混合，两步减压法、不间断循环通入氮气生成三羟甲基丙烷混合酯，最后与硼化氨基酯反应，制成抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
具体地说，所述的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，包括如下步骤:
1)三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯的合成
将聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸置于容器中，温度80℃-90℃、负压160mmHg-180mmHg的条件下反应2～3小时，加入三羟甲基丙酸、扩链剂二甘醇和催化剂辛酸亚锡，调整负压40mmHg-50mmHg条件下，温度100℃-110继续反应5～6小时，得到三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯；
2)三羟甲基丙烷混合酯的合成
将制备的三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸混合，负压230-240mmHg高不间断循环通入氮气，在温度190℃～200℃，反应4～5小时，然后将温度调到110℃～120℃，停止通入氮气，负压20mmHg-30mmHg再反应1～2小时，得到三羟甲基丙烷混合酯；
3)抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的合成
将制备的三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯混和，温度100℃-110℃，再反应2-3小时，降温，过滤，得到抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
所述步骤1)中聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡的重量比是100-120:60-70:20-24：50-60：30-35：10-12。
所述步骤2)中三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸的重量比是100-120:20-26:12-14：6-7。
所述步骤3)中三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯重量比是100-120:15-18。
优选，聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡的重量比是100:60:20：50：30：10；三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸的重量比是100:20：12：6；三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯重量比是100:15。
上述的制备方法制备的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
本发明的有益效果是：通过三步反应不间断循环通入氮气和两步减压法制成一种新型抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂，产品能大大降低水力摩阻、泥饼粘滞系数、钻柱转矩、轴向阻力，减小能耗；更好的缩短起下钻时间、减小钻头工作阻力，延长钻头寿命，从而提高钻井的工作效率等优良特性。
具体实施方式
本发明的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，以聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡反应生成三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯，再与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸混合，两步减压法、不间断循环通入氮气生成三羟甲基丙烷混合酯，最后与硼化氨基酯反应，制成抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
具体地说，包括如下步骤:
1)三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯的合成
将聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯置于容器中，温度80℃-90℃、负压160mmHg-180mmHg的条件下反应2～3小时，加入三羟甲基丙酸、扩链剂二甘醇和催化剂辛酸亚锡，调整负压40mmHg-50mmHg条件下，温度100℃-110继续反应5～6小时，得到三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯；
2)三羟甲基丙烷混合酯的合成
将制备的三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸混合，负压230-240mmHg高不间断循环通入氮气，在温度190℃～200℃，反应4～5小时，然后将温度调到110℃～120℃，停止通入氮气，负压20mmHg-30mmHg再反应1～2小时，得到三羟甲基丙烷混合酯；
3)抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的合成
将制备的三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯混和，温度100℃-110℃，再反应2-3小时，降温，过滤，得到抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
所述步骤1)中聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡的重量比是100-120:60-70:20-24：50-60：30-35：10-12。
所述步骤2)中三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸的重量比是100-120:20-26:12-14：6-7。
所述步骤3)中三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯重量比是100-120:15-18。
优选，所述聚氧化丙烯、葵二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡的重量比是100:60:20：50：30：10；三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸的重量比是100:20：12：6；三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯重量比是100:15。
上述的制备方法制备的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
本发明钻井润滑剂，具有润滑性能好，淡水中搬土浆扭矩降低率达90％以上、海水中搬土浆扭矩降低率达80％以上；粘度指数大于180，生物降解率高达90％以上，抗温可达200℃以上。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
1、三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯的合成
将聚氧化丙烯100克，二酸三羟甲基丙烷酯60克和异佛尔酮二异氰酸20克置于容器中，温度90℃、负压180mmHg的条件下反应3小时，加入三羟甲基丙酸50克、扩链剂二甘醇30克和催化剂辛酸亚锡10克，调整负压50mmHg条件下，温度110℃继续反应6小时，得到三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯；
2、三羟甲基丙烷混合酯的合成
将制备的三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯100克与蓖麻油酸20克、二乙醇胺12克和硼酸6克混合，负压230mmHg高不间断循环通入氮气，在温度120℃，反应5小时，然后将温度调到120℃，停止通入氮气，负压30mmHg再反应1～2小时，得到三羟甲基丙烷混合酯；
3、抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的合成
将制备的三羟甲基丙烷混合酯100克与硼化氨基酯15克混和，温度110℃，再反应3小时，降温，过滤，得到淡黄色抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂,产率90.5％。
产品的各项指标的检测：
1、6％淡水搬土浆扭矩降低率：92％(检测标准>70％)；
2、6％海水搬土浆扭矩降低率：84％(检测标准>65％)；
3、抗温性能试验：200℃(180℃热滚后体系性能稳定)；
4、体系配伍性：PEM，PEC体系配伍性好；
5、抗磨性：最大无卡咬PB(N)640N(普通392N)；
6、润滑性：40KG60min长磨磨斑直径D(mm)0.48mm(普通0.70mm)
实施例2
1、三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯的合成
将聚氧化丙烯120克，二酸三羟甲基丙烷酯70克和异佛尔酮二异氰酸24克置于容器中，温度80℃、负压160mmHg的条件下反应4小时，加入三羟甲基丙酸60克、扩链剂二甘醇35克和催化剂辛酸亚锡12克，调整负压40mmHg条件下，温度110℃继续反应5小时，得到三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯；
2、三羟甲基丙烷混合酯的合成
将制备的三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯200克与蓖麻油酸45克、二乙醇胺25克和硼酸12克混合，负压240mHg高不间断循环通入氮气，在温度110℃，反应5小时，然后将温度调到110℃，停止通入氮气，负压20mmHg再反应1小时，得到三羟甲基丙烷混合酯；
3、抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的合成
将制备的三羟甲基丙烷混合酯200克与硼化氨基酯35克混和，温度100℃，再反应2小时，降温，过滤，得到淡黄色抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂,产率92％。
产品的各项指标的检测：
1、6％淡水搬土浆扭矩降低率：91％(检测标准>70％)；
2、6％海水搬土浆扭矩降低率：85％(检测标准>65％)；
3、抗温性能试验：190℃(180℃热滚后体系性能稳定)；
4、体系配伍性：PEM，PEC体系配伍性好；
5、抗磨性：最大无卡咬PB(N)686N(普通392N)；
6、润滑性：40KG60min长磨磨斑直径D(mm)0.49mm(普通0.70mm).
实施例3
1、三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯的合成
将聚氧化丙烯110克，二酸三羟甲基丙烷酯65克和异佛尔酮二异氰酸22克置于容器中，温度90℃、负压170mmHg的条件下反应4.5小时，加入三羟甲基丙酸55克、扩链剂二甘醇33克和催化剂辛酸亚锡11克，调整负压45mmHg条件下，温度110℃继续反应5.5小时，得到三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯；
2、三羟甲基丙烷混合酯的合成
将制备的三羟甲基丙烷葵二酸改性聚氨酯300克与蓖麻油酸55克、二乙醇胺30克和硼酸15克混合，负压230mmHg高不间断循环通入氮气，在温度115℃，反应5.5小时，然后将温度调到115℃，停止通入氮气，负压25mmHg再反应1.5小时，得到三羟甲基丙烷混合酯；
3、抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的合成
将制备的三羟甲基丙烷混合酯400克与硼化氨基酯55克混和，温度105℃，再反应2.5小时，降温，过滤，得到淡黄色抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂,产率91.8％。
产品的各项指标的检测：
1、6％淡水搬土浆扭矩降低率：93％(检测标准>70％)；
2、6％海水搬土浆扭矩降低率：81％(检测标准>65％)；
3、抗温性能试验：205℃(180℃热滚后体系性能稳定)；
4、体系配伍性：PEM，PEC体系配伍性好；
5、抗磨性：最大无卡咬PB(N)650N(普通392N)；
6、润滑性：40KG60min长磨磨斑直径D(mm)0.47mm(普通0.70mm).
本发明的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂，可以大大降低水力摩阻、泥饼粘滞系数、钻柱转矩、轴向阻力，减小能耗。更好的缩短起下钻时间、减小钻头工作阻力，延长钻头寿命，从而提高钻井的工作效率。
1、能在金属、井壁表面吸附形成无机、有机、聚合物多层复合膜，将金属与金属、金属与岩石之间的摩擦转变成金属与复合膜之间的摩擦。
2、有效降低摩擦阻力系数，降低率达90％以上。
3、在高温热滚16h后，摩擦阻力系数变化很小，热稳定性好，极压摩擦时间增加时，润滑系数下降，滑块不发热，润滑持效性好。
4、钻屑滚动回收率高，钻屑易清洗过滤，钻屑变硬，抑制性好。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (7)
1.一种抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，其特征在于，以聚氧化丙烯、癸二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡反应生成三羟甲基丙烷癸 二酸改性聚氨酯，再与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸混合，两步减压法、不间断循环通入氮气生成三羟甲基丙烷混合酯，最后与硼化氨基酯反应，制成抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
2.根据权利要求1所述的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
1)三羟甲基丙烷癸 二酸改性聚氨酯的合成
将聚氧化丙烯、癸 二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯置于容器中，温度80℃-90℃、负压160mmHg-180mmHg的条件下反应2～3小时，加入三羟甲基丙酸、扩链剂二甘醇和催化剂辛酸亚锡，调整负压40mmHg-50mmHg条件下，温度100℃-110继续反应5～6小时，得到三羟甲基丙烷癸 二酸改性聚氨酯；
2)三羟甲基丙烷混合酯的合成
将制备的三羟甲基丙烷癸 二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸混合，负压230-240mmHg高不间断循环通入氮气，在温度190℃～200℃，反应4～5小时，然后将温度调到110℃～120℃，停止通入氮气，负压20mmHg-30mmHg再反应1～2小时，得到三羟甲基丙烷混合酯；
3)抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的合成
将制备的三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯混和，温度100℃-110℃，再反应2-3小时，降温，过滤，得到抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
3.根据权利要求2所述的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中聚氧化丙烯、癸 二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡的重量比是100-120:60-70:20-24：50-60：30-35：10-12。
4.根据权利要求2所述的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中三羟甲基丙烷癸 二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸的重量比是100-120:20-26:12-14：6-7。
5.根据权利要求2所述的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯重量比是100-120:15-18。
6.根据权利要求2所述的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂的制备方法，其特征在于，所述聚氧化丙烯、癸 二酸三羟甲基丙烷酯和异佛尔酮二异氰酸油酸甲酯与三羟甲基丙酸、二甘醇和辛酸亚锡的重量比是100:60:20：50：30：10；三羟甲基丙烷癸 二酸改性聚氨酯与蓖麻油酸、二乙醇胺和硼酸的重量比是100:20：12：6；三羟甲基丙烷混合酯与硼化氨基酯重量比是100:15。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的抗高温高效环保全酯基钻井润滑剂。
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