CN105567179A - 一种无荧光抗磨损基础油及其制备方法 - Google Patents

一种无荧光抗磨损基础油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无荧光抗磨损基础油及其制备方法。该基础油由以下质量百分比的组分组成：聚α-烯烃60～80％，亲油性纳米二氧化硅10～20％，含氟表面活性剂10～20％。本发明提供的无荧光抗磨损基础油，各组分配比合理，协同作用，闪点达到240℃，使用安全性好；抗温性能好，在高温情况下具有良好的抗磨性和润滑性，可应用于油田定向井、水平井的套管、钻具的抗磨剂，以及高温水平井、大斜度定向井、探井和高难度复杂井的润滑剂。

Description

一种无荧光抗磨损基础油及其制备方法
技术领域
本发明属于油田化学助剂领域，具体涉及一种无荧光抗磨损基础油及其制备方法。
背景技术
近年来，随着油气勘探领域的不断拓展，深井、超深井、大位移大斜度井的数量逐年增多，地层条件日益复杂，荧光、润滑、磨损成为钻井面临的主要难题之一。在钻探过程中，随着深度增加，井底温度和压力都随之增加，钻井液中润滑剂会发生降解，润滑性降低，同时，套管、钻具等设备磨损加剧，容易造成粘卡、井壁坍塌卡钻和缩径卡钻等卡钻事故。目前所用的一般润滑剂，如白油、原油等，不能有效降低钻柱的扭矩和摩阻，且具有一定的荧光性，在探井及一些重点井的使用过程中，对地质录井具有较大的影响，影响油气层的勘探及开采。
CN103834368A公开了一种钻井液用高效无荧光润滑剂及其制备方法，该润滑剂的组成为：合成基础油95～98份，高效极压添加剂0.5～1份，表面改性的纳米材料0.8～1.5份；合成基础油可以为聚α-烯烃、合成酯、聚醚中的一种或几种，高效极压添加剂为硫化烯烃棉籽油、硫化异丁烯、亚磷酸二正丁酯、硼酸盐中的一种或混合物，表面改性的纳米材料为三硫化二钼纳米材料或超细聚四氟乙烯分子材料。CN104559954A公开了一种钻井液用低泡低荧光润滑剂及其制备方法，该润滑剂的组成为：基础油20～40％，脂肪酸酯40～60％，表面活性剂5～10％，消泡剂3～10％。
现有技术中，应用于钻井液的润滑剂，产品的抗温性、抗磨性和润滑性往往难以兼顾，高温条件下，润滑剂不抗高温而引起性能降低，甚至完全没有润滑和减低摩阻的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种无荧光抗磨损基础油，从而解决现有应用于钻井液的润滑剂，抗温性、抗磨性和润滑性难以兼顾的问题。
本发明的第二个目的是提供上述无荧光抗磨损基础油的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种无荧光抗磨损基础油，由以下质量百分比的组分组成：聚α-烯烃60～80％，亲油性纳米二氧化硅10～20％，含氟表面活性剂10～20％。
聚α-烯烃(PAO合成基础油)为API-1509基础油分类标准规定的Ⅳ类基础油。优选的，所述聚α-烯烃为低粘度聚α-烯烃；进一步优选的，所述聚α-烯烃为PAO6、PAO8中的一种或两种。采用上述聚α-烯烃具有更好的物理、化学稳定性和流动性。
亲油性纳米二氧化硅可选用市售常规品种，或采用现有技术制备。优选的，所述亲油性纳米二氧化硅的粒径为10～20nm。
普通烃类表面活性剂的分子结构由两部分组成：即碳氢烷基(疏水基)和极性基团(亲水基)。含氟表面活性剂具有类似的分子结构，只是碳氢烷基由氟碳烷基所代替，极性基则大致相同。优选的，所述含氟表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB值)小于10，即具有亲油性的含氟表面活性剂。优选的，含氟表面活性剂为EL-1006氟表面活性剂。
本发明提供的无荧光抗磨损基础油，各组分配比合理，PAO合成基础油综合性能优异，亲油性纳米二氧化硅容易分散到PAO合成基础油中，能有效地提高产品的耐磨性和在刚性部件的填补和抛光作用，含氟表面活性剂的抗温性好，物理、化学性质稳定；无荧光抗磨损基础油中，各组分的协同作用，使产品的闪点可以达到240℃，使用安全性好；同时，在高温(200～250℃)下具有良好的抗磨性和润滑性，所得产品密度为0.82～0.85g/cm3，运动粘度(100℃)≥5mm2/s，倾点≤－35℃，荧光级别≤4，磨痕直径≤0.6mm，综合使用性能良好。
本发明提供的无荧光抗磨损基础油，可通过加入钻井液提高油田定向井、水平井钻井过程中套管、钻具等的抗磨性能，延长套管、钻具等设备的使用寿命；也可以应用在油田开采领域采油设备的齿轮润滑油。
上述无荧光抗磨损基础油的制备方法，包括：密闭条件下，将聚α-烯烃、亲油性纳米二氧化硅混匀，升温至150～160℃后，再加入含氟表面活性剂混合，即得无荧光抗磨损基础油。
优选的，所述混合的时间为1～2小时。
本发明提供的无荧光抗磨损基础油的制备方法，制备工艺简单，操作方便，所得产品为无色透明液体，具有良好的稳定性；润滑效果好；荧光等级≤4级，不影响录井；适合大规模推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。以下实施例中，亲油性纳米二氧化硅的粒径为10～20nm，型号为VK-SP15，购自宜城晶瑞新材料有限公司；含氟表面活性剂为EL-1006氟表面活性剂，购自东莞市易立安化工科技有限公司公司。
实施例1
本实施例的无荧光抗磨损基础油，由以下质量百分比的组分组成：聚α-烯烃60％，亲油性纳米二氧化硅20％，含氟表面活性剂20％。聚α-烯烃为PAO6，含氟表面活性剂的HLB值小于10。
本实施例的无荧光抗磨损基础油的制备方法，是在密闭条件下，将聚α-烯烃、亲油性纳米二氧化硅混匀，升温至150℃后，再加入含氟表面活性剂混合1h，即得无荧光抗磨损基础油。
实施例2
本实施例的无荧光抗磨损基础油，由以下质量百分比的组分组成：聚α-烯烃80％，亲油性纳米二氧化硅10％，含氟表面活性剂10％。聚α-烯烃为PAO8，含氟表面活性剂的HLB值小于10。
本实施例的无荧光抗磨损基础油的制备方法，是在密闭条件下，将聚α-烯烃、亲油性纳米二氧化硅混匀，升温至160℃后，再加入含氟表面活性剂混合1.5h，即得无荧光抗磨损基础油。
实施例3
本实施例的无荧光抗磨损基础油，由以下质量百分比的组分组成：聚α-烯烃70％，亲油性纳米二氧化硅15％，含氟表面活性剂15％。聚α-烯烃为PAO6和PAO8按1:1的质量比组成的混合物，含氟表面活性剂的HLB值为小于10。
本实施例的无荧光抗磨损基础油的制备方法，是在密闭条件下，将聚α-烯烃、亲油性纳米二氧化硅混匀，升温至155℃后，再加入含氟表面活性剂混合2h，即得无荧光抗磨损基础油。
试验例
本试验例对实施例1～3所得无荧光抗磨损基础油的性能进行检测，结果如表1所示。以下试验项目中，密度的检测按照GB/T1884《原油和液体石油产品密度实验室测定法》的规定进行；闪点的检测按照GB/T3536《石油产品闪点和燃点的确定克利夫兰开口杯法》的规定进行；运动粘度的检测按照GB/T265《石油产品运动粘度测定法》测定100℃的运动粘度；倾点的检测按照GT/B3535《石油产品倾点测定法进行》的规定进行。
(1)荧光级别的试验方法如下：
称取脱水、脱盐和去杂质后的原油0.5g，用50mL氯仿稀释，取其溶液5mL倾入洁净试管中，此液为标准荧光15级(即1mL氯仿中含有原油0.01g)。再将此溶液用氯仿稀释一倍，取出5mL为标准14级(即1mL氯仿中含有原油0.005g)，依次类推到1级荧光标准；
称取试样0.5g，放入装有20mL氯仿的烧杯中，摇动浸泡5min后，过滤，将滤液装入比色管中，在地质荧光仪下与标准系列比色对比，确定荧光级别。
(2)磨痕直径的试验方法如下：
试验仪器为符合GB/T12583要求的四球磨损试验机；在杠杆比为1：20，试验力为588N，主轴转速为1450r/min，试验时间为30min的条件下，进行试验；试验后，用直读式显微镜在磨痕的水平方向和垂直方向测量三个试验钢球的磨痕直径，取算术平均值。
表1实施例1～3所得无荧光抗磨损基础油的性能指标检测结果
序号 检验项目 实施例1 实施例2 实施例3
1 外观 无色透明液体 无色透明液体 无色透明液体
2 密度(20℃)，g/cm3 0.82 0.83 0.85
3 闪点(开口)，℃ 200 240 220
4 运动粘度(100℃) 5 6 7
5 倾点，℃ -35 -30 -32
6 荧光级别，级 3 3 3
7 磨痕直径，mm 0.6 0.5 0.4
由表1的试验结果可知，本发明所得产品的荧光级别可达到3级，且耐温性可达到200～250℃，EL-1006氟表面活性剂的加入使产品的热力学和化学稳定性增强，使产品在200～250℃的高温条件下不分解，润滑和耐磨性能良好。

Claims (7)

1.一种无荧光抗磨损基础油，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：聚α-烯烃60～80％，亲油性纳米二氧化硅10～20％，含氟表面活性剂10～20％。
2.如权利要求1所述的无荧光抗磨损基础油，其特征在于，所述亲油性纳米二氧化硅的粒径为10～20nm。
3.如权利要求1所述的无荧光抗磨损基础油，其特征在于，所述含氟表面活性剂的亲水亲油平衡值小于10。
4.如权利要求1或3所述的无荧光抗磨损基础油，其特征在于，所述含氟表面活性剂为EL-1006氟表面活性剂。
5.如权利要求1所述的无荧光抗磨损基础油，其特征在于，所述聚α-烯烃为PAO6、PAO8中的一种或两种。
6.一种如权利要求1所述的无荧光抗磨损基础油的制备方法，其特征在于，密闭条件下，将聚α-烯烃、亲油性纳米二氧化硅混匀，升温至150～160℃后，再加入含氟表面活性剂混合，即得无荧光抗磨损基础油。
7.如权利要求6所述的无荧光抗磨损基础油的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为1～2h。
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