CN105694827A - 一种适用于有机盐钻井液的润滑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于有机盐钻井液的润滑剂及其制备方法，所述润滑剂按重量份计由以下组分组成：5-10份蓖麻油聚氧乙烯醚、40-70份聚乙二醇、20-40份聚乙烯基吡咯烷酮，该润滑剂通过形成“金属-油膜-疏水膜-井壁”的多层润滑结构，在有机盐钻井液体系中具有良好的润滑效果，而且随着钻井液温度升高，该润滑剂在有机盐钻井液中发生浊点效应，可以进一步提高润滑性。

Description

一种适用于有机盐钻井液的润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明属于石油天然气钻井用润滑剂，特别涉及有机盐钻井液用润滑剂。

背景技术

在石油钻井过程中，在钻井液中添加润滑剂能有效缓冲钻具与井壁之间的摩擦，降低摩阻，减小钻进扭矩，保证井下施工安全。对钻井液用润滑剂而言，还应与钻井液体系具有良好的配伍性，对钻井液的流变性和滤失性不产生负面影响。

有机盐钻井液具有抑制性强、油气层保护效果好等优点，适合施工水平井、大位移井等复杂井，这就对钻井液提出了更高的润滑性要求。常规有机盐钻井液体系使用的润滑剂主要包括矿物油、改性植物油、石墨、塑料小球等。矿物油、改性植物油类润滑剂主要通过在金属、井壁黏土颗粒表面形成吸附膜，使钻柱与岩石井壁接触产生的固-固摩擦转变为钻具与油膜之间的摩擦，从而降低摩阻，为更好地与有机盐钻井液体系匹配，矿物油、改性植物油类润滑剂大都需配合乳化剂使用。石墨、塑料小球主要通过在摩擦表面上形成一层隔离的润滑薄膜，从而达到减小摩擦、防止磨损的目的，石墨、塑料小球成分在有机盐体系中显化学惰性，与其它处理剂之间无相互作用，在体系中作用单一。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于有机盐钻井液的热稳定性好、对环境友好的高效固体润滑剂。本发明所述润滑剂通过形成“金属-油膜-疏水膜-井壁”的多层润滑结构，在有机盐钻井液体系中具有良好的润滑效果，而且随着钻井液温度升高，该润滑剂在有机盐钻井液中发生浊点效应，可以进一步提高润滑性。

本发明所述的润滑剂由以下组份组成：按重量份计，蓖麻油聚氧乙烯醚5-10份、聚乙二醇40-70份、聚乙烯基吡咯烷酮20-40份。

所述蓖麻油聚氧乙烯醚为EL-30、EL-40、EL-60中的一种或几种的混合物，优选为EL40；聚乙二醇为PEG4000、PEG6000、PEG10000中的一种或几种的混合物，优选为PEG6000；聚乙烯基吡咯烷酮为K-15、K-30、K-60中的一种或几种的混合物，优选为K-30。

此种润滑剂的制备方法实施如下：

1)将聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌1-2h；

2)加入蓖麻油聚氧乙烯醚，室温下搅拌1-2h，即得所述润滑剂。

本发明的有益效果：

1.随着人们对环境的日益重视,环境保护已经成为一个世界关注的焦点，本发明所述的润滑剂全部采用环境友好的原材料，有利于环境保护；

2.本发明所述润滑剂成分中聚乙烯吡咯烷酮含分子内酰胺键，可以有效吸附在黏土矿物表面，形成一层疏水膜，与发生浊点效应的蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇相互作用，形成“金属-油膜-疏水膜-井壁”多层润滑机制，进一步降低钻井过程中摩阻；

3.本发明所述润滑剂在有机盐钻井液体系中具有温敏效应。蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、水之间存在氢键作用，随着温度升高，氢键断裂，蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇从水中析出，形成一层油膜，有机盐可以削弱蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、水之间的氢键作用，从而大大降低蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇浊点温度。当有机盐钻井液静置时，温度低，本发明所述的润滑剂可以溶于钻井液中，起到乳化分散作用，提高油溶性处理剂的分散能力，改善钻井液流变性及悬浮能力；在钻井过程中，温度升高，蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇从有机钻井液体系中析出，增加体系润滑性；

4.本发明所述润滑剂除在体系中起到润滑作用外，聚乙二醇成分可以提高体系的抑制性，聚乙烯吡咯烷酮形成的疏水膜可以降低钻井液体系滤失量。

5.本发明所述润滑剂成品为固体，搬运储藏使用方便。

具体实施方式

实施例1

一种适用于有机盐钻井液的润滑剂，通过以下步骤制得：

1)将50份聚乙二醇PEG6000、30份聚乙烯基吡咯烷酮K-30加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌2h；

2)加入5份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-40，室温下搅拌2h，即得润滑剂1#。

实施例2

一种适用于有机盐钻井液的润滑剂，通过以下步骤制得：

1)将20份聚乙二醇PEG4000，20份聚乙二醇PEG6000、20份聚乙烯基吡咯烷酮K-60，20份聚乙烯基吡咯烷酮K15加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌1h；

2)加入4份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-60和3份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-30，室温下搅拌2h，即得润滑剂2#。

实施例3

一种适用于有机盐钻井液的润滑剂，通过以下步骤制得：

1)将70份聚乙二醇PEG10000、20份聚乙烯基吡咯烷酮K-15按加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌2h；

2)加入10份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-30，室温下搅拌1h，即得润滑剂3#。

本发明润滑剂的效果实验：

在有机盐基浆中对所述润滑剂进行评价。基浆配置方法：在盛有400mL蒸馏水的搅拌杯中，加入20.0g钠膨润土，高搅20min，24±3℃密度养护24h后，在搅拌杯中加入30％甲酸钠，高搅30min，基浆配置完毕。

在基浆中加入2％润滑剂，高搅20min，采用fann212型极压润滑仪测定润滑系数，用下式计算润滑系数降低率。

$K=\frac{K_0-K_1}{K_0}\×100\%$

式中：

K—润滑系数降低率，％；

K₀－基浆的润滑系数，％；

K₁－加样后的润滑系数，％。

表1基浆中润滑剂润滑效果评价

从表1中可以看出，基浆中加入本发明所述润滑剂后，润滑系数降低率优于白油、石墨效果。随着基浆温度升高，本发明所述润滑剂润滑效果更明显。

对所述润滑剂在有机盐钻井液体系中进行性能评价，考察其对有机盐钻井液体系黏度、滤失量及润滑性影响。

有机盐钻井液井浆配方为：400mLH₂O+0.3％Na₂CO₃+2％土粉+0.15％黄原胶+1.5％低粘聚阴离子纤维素+2％改性淀粉+60％甲酸钠+200％重晶石,以上各组分均以水的质量计。

采用NF-1型泥饼黏附系数测定仪测定泥饼黏附摩阻，然后通过用下式计算泥饼黏附系数降低率。

$T=\frac{T_0-T_1}{T_0}\×100\%$

式中：

T—泥饼黏附系数降低率，％；

T₀－钻井液扭矩读数，％；

T₁－加入润滑剂的钻井液扭矩读数，％。

表2润滑剂在有机盐钻井液体系中性能评价

注：所有性能均在50℃下测量。

从表2中可以看出，在有机盐钻井液体系中加入本发明所述润滑剂后，泥饼黏附系数降低率优于白油、石墨效果，而且加入本发明所述润滑剂后流变性能得到改善，体系滤失量也得到进一步降低。

综上所述，本发明所述润滑剂在有机盐钻井液体系中特别是在升温后能够有效降低极压摩阻和泥饼黏附摩阻，该润滑剂在有机盐钻井液中除了具有润滑作用外，还能够有效降低钻井液体系滤失量，对钻井液体系起到一定改善流变的作用。

Claims (5)

1.一种适用于有机盐钻井液的润滑剂，按重量份计由以下组分组成：蓖麻油聚氧乙烯醚5-10份、聚乙二醇40-70份、聚乙烯基吡咯烷酮20-40份。

2.如权利要求1所述的润滑剂，所述蓖麻油聚氧乙烯醚为EL-30、EL-40、EL-60中的一种或几种的混合物，优选为EL40。

3.如权利要求1所述的润滑剂，所述聚乙二醇为PEG4000、PEG6000、PEG10000中的一种或几种的混合物，优选为PEG6000。

4.如权利要求1所述的润滑剂，所述聚乙烯基吡咯烷酮为K-15、K-30、K-60中的一种或几种的混合物，优选为K-30。

5.权利要求1所述适用于有机盐钻井液的润滑剂的制备方法，包含如下步骤：

1)将聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌1-2h；

2)加入蓖麻油聚氧乙烯醚，室温下搅拌1-2h，即得所述润滑剂。