CN105713580A - 一种具有优异减摩性能的钻井液润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田化学领域，涉及一种以生物柴油和少量矿物油为基础油，添加合适的表面活性剂、减摩抗磨添加剂和抗泡剂等添加剂调和而成的一种具有优异抗磨性能的钻井液润滑剂及其制备方法。本发明提供的润滑剂各组分的质量百分含量为：生物柴油(30-50％)，矿物油(10-20％)，Span-80山梨糖醇酐油酸酯(10-30％)，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30％)，减摩抗磨添加剂(1-5％)，消泡剂(0.5-1％)。本发明提供的钻井液润滑剂具有优异的减摩性能，润滑系数降低率达到了85.0％左右。

Description

一种具有优异减摩性能的钻井液润滑剂

技术领域

本发明涉及一种以生物柴油和少量矿物油为基础油，添加合适的表面活性剂、抗磨减摩添加剂和抗泡剂等添加剂调和而成的一种具有优异抗磨性能的钻井液润滑剂及其制备方法。

背景技术

在石油钻井完井作业中，钻头钻进时避免不了会产生各种摩擦，造成设备磨损。钻井液润滑剂的主要功用是降低泥饼的摩擦、减少粘附卡钻和扭矩传递损失。改善钻井液的润滑性能可降低水力摩阻、泥饼粘滞系数、钻柱转矩、轴向阻力、能耗，缩短起下钻时间，以及减小钻头工作阻力，延长钻头寿命，从而提高钻井技术经济指标。

随着深井、定向井钻井技术的发展，对钻井液润滑剂的要求愈来愈高。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。但在使用加重钻井液时，扭矩阻力和摩擦阻力则不容忽视，并且钻井液密度越大其阻力也越大，故不加润滑剂就会造成卡钻。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。为适应各种不同的钻井条件和工艺技术，必须研发具有优异摩擦性能的钻井液润滑剂。

降低钻井过程中的摩阻，一是尽量减少钻具和井壁的接触面积，二是通过添加合适的润滑剂来改善钻井液润滑性能。在定向井和水平井中，不可能减少钻具和井壁的接触面积，只有研制开发高效钻井液润滑剂是解决问题最有效的途径。

常用的钻井液润滑剂由基础油、抗磨剂、表面活性剂、抗泡剂等添加剂组成。基础油主要有动植物油脂、矿物油、复合基础油或硫磷等活性元素活化的基础油，如原油、高分子脂肪酸类、氧化乙烯和脂肪酞胺、硫化植物油、硫化脂肪酸、脂肪醇混合物、磺化物等。由于地质录井要求钻井液润滑剂低荧光，故在钻井液中加原油、柴油等矿物油来改善润滑性能的作法受到限制。用未改性的植物油代替矿物油的结果并不理想。生物柴油(Biodiesel)又名脂肪酸甲酯，是以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯，有良好的润滑性，硫含量低。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物。本发明主要采用生物柴油为基础油，具有良好的抗磨性能，也具有较好的生物降解性，并且来源广泛，尤其可来源于地沟油等废油，所以价格低廉，是一种环境友好的钻井液润滑剂的基础油。

表面活性剂的主要作用是将钻井液润滑剂的各组分乳化，形成稳定的乳状液。钻井液润滑剂使用的本命活性剂主要有阴离子型表面活性剂和非离子表面活性剂或复合表面活性剂。应用最广泛的阴离子型表面活性剂有油酸钠、松香酸钠、环烷酸钠、十二烷基苯磺酸钠，一些下脚料(如尼龙1010)也可作乳化剂。可作乳化剂的非离子型表面活性剂的种类更多，如OP-10、吐温-80、司盘-80、EL型乳化剂(聚氧乙烯麻油)等。选用乳化剂时需注意乳化剂的HLE值在8-18之间的乳化剂，而配制油包水型乳状液则要求选用HLB值在3-6之间的乳化剂。

钻井液中需要加入抗磨剂以增加钻井液的减摩抗磨性能，钻井液工作过程中，该类产品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。在边界摩擦条件下，如果摩擦面上没有边界膜(润滑油膜)存在，钻柱与井壁之间会发生严重的摩擦磨损，使回转阻力增大，钻柱传递功率下降，钻井效率降低。钻井液中加入润滑剂的目的之一就是要使摩擦面(钻杆、岩石)上能形成一层与介质性质不同的薄膜，这层薄膜叫边界膜，它应具有良好的润滑性和一定的强度，边界膜的润滑性能取决于这层膜的性质。润滑系数的高低意味着减摩阻能力的大小，润滑油膜强度的高低意味着承载能力的大小。

目前国内比较薄弱的润滑剂主要是减摩添加剂，无论在品种和性能上都难以和国外相比；此外，能被用户广泛接受的合成润滑剂也不多，国内主要的减摩添加剂主要为含硫、磷等活性元素的添加剂或改性石墨固体添加剂，还缺少像TorqTrim(脂肪酸甘油三酸酯)那样高效的合成润滑剂，因此，研发具有较好减摩抗磨性能的钻井液，是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优异抗磨性能的钻井液润滑剂，以生物柴油和少量矿物油为基础油，添加合适的表面活性剂和抗磨添加剂调和而成一种具有优异抗磨性能钻井液润滑剂，并提供其制备方法。

本发明提供的钻井液润滑剂的组分主要包括以生物柴油和矿物油调和而成的基础油，加入Span-80山梨糖醇酐油酸酯和十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN等表面活性剂，减摩抗磨剂和消泡剂等添加剂。各组分的质量百分含量为：生物柴油(30-50％)，矿物油(10-20％)，Span-80山梨糖醇酐油酸酯(10-30％)，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30％)，减摩抗磨添加剂(1-5％)，消泡剂(0.5-1％)。

制备方法：在可以加热、搅拌的反应釜中，首先加入生物柴油，搅拌加热至60-80℃，再加入Span-80山梨糖醇酐油酸酯(10-30％)和十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30％)，搅拌1小时，随后加入抗磨添加剂，搅拌均匀后，最后加入消泡剂，继续搅拌1小时，得浅黄色粘稠状液体，即为本发明提供的钻井液润滑剂。

本发明提供的钻井液润滑剂是以生物柴油为基础油，加入减摩抗磨剂、阴离子表面活性剂、非离子型表面活性剂以及消泡剂调和而成，具有优异的抗磨性能，对钻井液的其它性能，如粘度、失水量等没有明显影响。

本发明提供的润滑剂成本低、调和工艺简单。根据钻井液类型和所钻地层岩性特点，本润滑剂加入量为钻井液质量的0.5％-3.0％。

润滑性能评价

润滑剂的润滑性能按行标SY/T6094进行评价。将不同浓度的润滑剂加入标准规定的基浆中，测定添加润滑剂前后的润滑系数，计算润滑系数的降低率。计算公式为R_k＝(K₀-K₁)/K₀×100％，其中R_k为润滑系数降低率，K₀为基浆的润滑系数，K₁为基浆中加入润滑剂后的摩擦系数。实验结果如表1所示，当加入本发明提供的润滑剂的质量分数为1.0％时，润滑系数降低率就达到了73.5％；当加入本发明提供的润滑剂的质量分数为2.0％时，润滑系数降低率达到了85.0％，说明本发明提供的润滑剂具有优异的减摩性能。

表1加入润滑剂后滑系数降低率降低率

润滑剂浓度	润滑系数	Rk润滑滑系数降低率，％
			基浆	0.385
0.5％	0.143	62.8
			1.0％	0.102	73.5
1.5％	0.0813	78.8
			2.0％	0.0578	85.0
2.5％	0.0544	85.9

具体实施方式：

实施例一：在可以加热、搅拌的反应釜中，首先加入生物柴油40.0千克，矿物油10.0千克，搅拌均匀，加热至50-70℃，再加入Span-80山梨糖醇酐油酸酯24.0千克，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN24.0千克，搅拌0.5-1小时，随后加入抗磨添加剂1.5千克，充分搅拌均匀后，最后加入消泡剂0.5千克，继续搅拌0.5-1小时，得浅黄色粘稠状液体，即得本发明提供的钻井液润滑剂。

实施例二：在可以加热、搅拌的反应釜中，首先加入生物柴油40.0千克，矿物油10.0千克，搅拌均匀，加热至50-70℃，再加入Span-80山梨糖醇酐油酸酯20.0千克，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN27.0千克，搅拌0.5-1小时，随后加入抗磨添加剂2.5千克，搅拌均匀后，最后加入消泡剂0.5千克，继续搅拌0.5-1小时，得浅黄色粘稠状液体，即得本发明提供的钻井液润滑剂。

实施例三：在可以加热、搅拌的反应釜中，首先加入生物柴油40.0千克，矿物油10.0千克，搅拌均匀，加热至50-70℃，再加入Span-80山梨糖醇酐油酸酯25.0千克，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN23.0千克，搅拌0.5-1小时，随后加入抗磨添加剂1.0千克，搅拌均匀后，最后加入消泡剂1.0千克，继续搅拌0.5-1小时，得浅黄色粘稠状液体，即得本发明提供的钻井液润滑剂。

Claims (6)

1.一种具有优异减摩性能的钻井液润滑剂，其特征在于润滑剂各组分的质量百分含量为：生物柴油(30-50％)，矿物油(10-20％)，Span-80山梨糖醇酐油酸酯(10-30％)，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30％)，减摩抗磨添加剂(1-5％)，消泡剂(0.5-1％)。

2.根据权利要求1所述，生物柴油添加质量百分含量为30-50％，矿物油添加质量百分含量为10-20％。

3.根据权利要求1所述，加入表面活性剂Span-80山梨糖醇酐油酸酯，添加质量百分含量为10-30％。

4.根据权利要求1所述，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN添加质量百分含量为10-30％。

5.根据权利要求1所述，加入抗磨剂的质量百分含量为1-5％。

6.本润滑剂加入量为钻井液质量的0.5％-3.0％。