CN106047314A - 钻井液用水基润滑油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及技术钻井液用润滑油领域，是一种钻井液用水基润滑油及其制备方法；原料按重量份数包括棉籽油25份至35份、甲酯8份至12份、质量百分比为40%氢氧化钠水溶液4份至6份、水50份至60份、表面活性剂4份至6份。本发明公开了一种钻井液用水基润滑油及其制备方法，本发明得到的润滑油加入到水基或油基钻井液中能与钻井液配伍性能良好，能明显降低水基或油基钻井液的泥饼黏附系数，改善钻井液的流动性，降低环空流阻，防止井壁失稳，提高钻井液的携带性和钻屑的抑制性，从而适用于高难度复杂井、大斜角定向井、水平井钻井液体系配制使用，且原料来源广泛，工艺简单，成本低廉，使用前景广泛。

Description

钻井液用水基润滑油及其制备方法
技术领域
本发明涉及技术钻井液用润滑油领域，是一种钻井液用水基润滑油及其制备方法。
背景技术
钻井液润滑剂大多为动植物油类衍生物、合成化合物和表面活性剂调配而成，它们大多具有极好的润滑性，此类为液体润滑剂；另一类为固体润滑剂，如石墨玻璃微珠、塑料微珠、碳珠等，专用于降低钻杆扭矩的场合，有些润滑剂有防钻头泥包的作用，又可称为防泥包剂，目前国内使用的钻井液用润滑剂大多数为油基润滑油，加入水基钻井液中时配伍性差，润滑效果不明显。
发明内容
本发明提供了一种钻井液用水基润滑油及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有技术使用的钻井液用润滑剂大多数为油基润滑油，加入水基钻井液中时配伍性差，润滑效果不明显的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种钻井液用水基润滑油，原料按重量份数包括棉籽油25份至35份、甲酯8份至12份、质量百分比为40%氢氧化钠水溶液4份至6份、水50份至60份、表面活性剂4份至6份。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述钻井液用水基润滑油按下述方法得到：第一步，将所需量的棉籽油和甲酯混合，并加热恒温搅拌得到混合物；第二步，向混合物中加入常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，搅拌进行皂化反应得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，降温得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入水，恒温搅拌使其与水充分反应得到反应物；第五步，向反应物中加入表面活性剂，加热搅拌将残余的水充分乳化后降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
上述第一步中，加热温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟。
上述第二步中，皂化反应温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为110分钟至130分钟。
上述第三步中,降温至75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟。
上述第四步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为150分钟至210分钟。
上述第五步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为55分钟至65分钟。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种钻井液用水基润滑油的制备方法，按下述步骤进行：第一步，将所需量的棉籽油和甲酯混合，并加热恒温搅拌得到混合物；第二步，向混合物中加入常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，搅拌进行皂化反应得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，降温得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入水，恒温搅拌使其与水充分反应得到反应物；第五步，向反应物中加入表面活性剂，加热搅拌将残余的水充分乳化后降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述第一步中，加热温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟。
上述第二步中，皂化反应温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为110分钟至130分钟。
上述第三步中,降温至75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟。
上述第四步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为150分钟至210分钟。
上述第五步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为55分钟至65分钟。
本发明公开了一种钻井液用水基润滑油及其制备方法，本发明得到的润滑油加入到水基或油基钻井液中能与钻井液配伍性能良好，能明显降低水基或油基钻井液的泥饼黏附系数，改善钻井液的流动性，降低环空流阻，防止井壁失稳，提高钻井液的携带性和钻屑的抑制性，从而适用于高难度复杂井、大斜角定向井、水平井钻井液体系配制使用，且原料来源广泛，工艺简单，成本低廉，使用前景广泛。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
实施例1，该钻井液用水基润滑油，原料按重量份数包括棉籽油25份至35份、甲酯8份至12份、质量百分比为40%氢氧化钠水溶液4份至6份、水50份至60份、表面活性剂4份至6份。
实施例2，该钻井液用水基润滑油，原料按重量份数包括棉籽油25份或35份、甲酯8份或12份、质量百分比为40%氢氧化钠水溶液4份或6份、水50份或60份、表面活性剂4份或6份。
实施例3，作为上述实施例优化，该钻井液用水基润滑油的制备方法，按下述步骤得到：第一步，将所需量的棉籽油和甲酯混合，并加热恒温搅拌得到混合物；第二步，向混合物中加入常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，搅拌进行皂化反应得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，降温得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入水，恒温搅拌使其与水充分反应得到反应物；第五步，向反应物中加入表面活性剂，加热搅拌将残余的水充分乳化后降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
实施例4，作为上述实施例优化，在第一步中，加热温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟。
实施例5，作为上述实施例优化，在第二步中，皂化反应温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为110分钟至130分钟。
实施例6，作为上述实施例优化，在第三步中,降温至75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟。
实施例7，作为上述实施例优化，在第四步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为150分钟至210分钟。
实施例8，作为上述实施例优化，在第五步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为55分钟至65分钟。
实施例9，该钻井液用水基润滑油，按下述步骤得到：第一步，将原料按重量份数为35份的棉籽油和12份的甲酯混合，在加热温度为90摄氏度，搅拌速率为700转/分的条件下，恒温搅拌25分钟得到混合物；第二步，向混合物中加入重量份数为6份常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，在加热温度为90摄氏度，搅拌速率为700转/分的条件下，搅拌进行皂化反应110分钟后得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，将温度降至75摄氏度，搅拌速率不变的条件下继续反应25分钟得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入重量份数为50份的水，在温度不发生变化的条件下将搅拌速率降至500转/分使其与水充分反应150分钟得到反应物；第五步，向反应物中加入重量份数为6份的表面活性剂，在加热温度为75摄氏度、搅拌速率为500转/分的条件下将残余的水分子充分乳化55分钟后，温度降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
实施例10，该钻井液用水基润滑油，按下述步骤得到：第一步，将原料按重量份数为25份的棉籽油和8份的甲酯混合，在加热温度为100摄氏度，搅拌速率为700转/分的条件下，恒温搅拌30分钟得到混合物；第二步，向混合物中加入重量份数为4份常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，在加热温度为100摄氏度，搅拌速率为700转/分的条件下，搅拌进行皂化反应120分钟后得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，将温度降至80摄氏度，搅拌速率不变的条件下继续反应30分钟得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入重量份数为55份的水，在温度不发生变化的条件下将搅拌速率降至500转/分使其与水充分反应180分钟得到反应物；第五步，向反应物中加入重量份数为4份的表面活性剂，在加热温度为80摄氏度、搅拌速率为500转/分的条件下将残余的水分子充分乳化60分钟后，温度降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
实施例11，该钻井液用水基润滑油，按下述步骤得到：第一步，将原料按重量份数为30份的棉籽油和10份的甲酯混合，在加热温度为105摄氏度，搅拌速率为700转/分的条件下，恒温搅拌35分钟得到混合物；第二步，向混合物中加入重量份数为5份常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，在加热温度为105摄氏度，搅拌速率为700转/分的条件下，搅拌进行皂化反应130分钟后得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，将温度降至85摄氏度，搅拌速率不变的条件下继续反应35分钟得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入重量份数为60份的水，在温度不发生变化的条件下将搅拌速率降至500转/分使其与水充分反应210分钟得到反应物；第五步，向反应物中加入重量份数为5份的表面活性剂，在加热温度为85摄氏度、搅拌速率为500转/分的条件下将残余的水分子充分乳化65分钟后，温度降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
对实施例9、实施例10和实施例11得到的钻井液用水基润滑油进行理化指标检测：
取四个高速搅拌杯，两组为空白组，两组为实验组，四组搅拌杯分别加入400ml蒸馏水，20g（精确到0.01g）钠膨润土，0.8g（精确到0.01g）无水碳酸钠，在高速搅拌器上搅拌20min后，在24℃±3℃下密闭养护24h。（空白组和实验组设置为两组是为了减少实验误差）。
表观粘度升高值、密度变化值测试
将上述两组实验组分别加入本发明实施例9、实施例10和实施例11得到的钻井液用水基润滑油试样，将四组搅拌杯放置1分钟后，按GB/T16783.1中的规定测试两组空白组和两组实验组的密度值及表观粘度值从而对比后得到密度变化值和表观粘度升高值以及现有技术比较值见表1所示。
泥饼黏附系数降低率测试
将上述两组实验组分别加入本发明实施例9、实施例10和实施例11得到的钻井液用水基润滑油试样，试样量为4.5ml,两组空白组和两组实验组分别搅拌10分钟后，用泥饼黏附系数测定仪分别测定两组空白组和两组实验组的泥饼黏附系数。测定条件为：压差3.5MPa，测定时间30min，黏附盘黏附于泥饼后分别读取30min和45min的黏附系数，两组空白组和两组实验组在45min时的黏附系数大于或等于0.12时，在30min测定的黏附系数数据才有意义，通过比较实验组和空白组得到泥饼黏附系数降低率及现有技术泥饼黏附系数降低率比较见表2所示，本发明中，在45min时测定的黏附系数均大于或等于0.12，因此表2中的数据均有实验意义。
润滑系数降低率测试
将上述两组实验组分别加入本发明实施例9、实施例10和实施例11得到的钻井液用水基润滑油试样，试样量为2.0ml，两组空白组和两组实验组分别搅拌10分钟后，用润滑系数测定仪分别测定两组空白组和两组实验组的润滑系数，空白组和实验组测定条件完全一致。通过比较实验组和空白组得到润滑系数降低率及现有技术润滑系数降低率比较见表3所示。
从表1、表2和表3可以看出，本发明得到的钻井液用水基润滑油密度变化值和表观粘度升高值均低于现有技术的润滑剂，说明本发明得到的钻井液用水基润滑油性能效果好；本发明得到的钻井液用水基润滑油泥饼黏附系数降低率均高于现有技术润滑油，说明本发明得到的钻井液用水基润滑油改善钻井液的流动性，降低环空流阻，防止井壁失稳，提高钻井液的携带性和钻屑的抑制性；本发明得到的钻井液用水基润滑油润滑系数降低率均高于现有技术润滑油，说明本发明得到的钻井液用水基润滑油润滑性能好，且本发明得到的钻井液用水基润滑油加入到水基或油基钻井液中能与钻井液配伍性能良好，适用于高难度复杂井、大斜角定向井、水平井钻井液体系配制使用。
综上所述，本发明得到的钻井液用水基润滑油加入到水基或油基钻井液中能与钻井液配伍性能良好，能明显降低水基或油基钻井液的泥饼黏附系数，改善钻井液的流动性，降低环空流阻，防止井壁失稳，提高钻井液的携带性和钻屑的抑制性，从而适用于高难度复杂井、大斜角定向井、水平井钻井液体系配制使用，且原料来源广泛，工艺简单，成本低廉，使用前景广泛。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种钻井液用水基润滑油，其特征在于原料按重量份数包括棉籽油25份至35份、甲酯8份至12份、质量百分比为40%氢氧化钠水溶液4份至6份、水50份至60份、表面活性剂4份至6份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑油，其特征在于按下述方法得到：第一步，将所需量的棉籽油和甲酯混合，并加热恒温搅拌得到混合物；第二步，向混合物中加入常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，搅拌进行皂化反应得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，降温得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入水，恒温搅拌使其与水充分反应得到反应物；第五步，向反应物中加入表面活性剂，加热搅拌将残余的水充分乳化后降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
3.根据权利要求2所述的钻井液用水基润滑油，其特征在于第一步中，加热温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟；或/和，第二步中，皂化反应温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为110分钟至130分钟。
4.根据权利要求2或3所述的钻井液用水基润滑油，其特征在于第三步中,降温至75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟；或/和，第四步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为150分钟至210分钟。
5.根据权利要求2或3所述的钻井液用水基润滑油，其特征在于第五步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为55分钟至65分钟。
6.根据权利要求4所述的钻井液用水基润滑油，其特征在于第五步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为55分钟至65分钟。
7.一种根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑油的制备方法，其特征在于按下述步骤进行：第一步，将所需量的棉籽油和甲酯混合，并加热恒温搅拌得到混合物；第二步，向混合物中加入常温的质量百分比为40%氢氧化钠水溶液，搅拌进行皂化反应得到皂化反应物；第三步，待皂化反应完全得到皂化反应物后，降温得到白色乳状皂化混合物；第四步，向皂化混合物加入水，恒温搅拌使其与水充分反应得到反应物；第五步，向反应物中加入表面活性剂，加热搅拌将残余的水充分乳化后降至常温得到自由流动液体即得本发明钻井液用水基润滑油。
8.根据权利要求7所述的钻井液用水基润滑油的制备方法，其特征在于第一步中，加热温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟；或/和，第二步中，皂化反应温度为90摄氏度至105摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为110分钟至130分钟。
9.根据权利要求7或8所述的钻井液用水基润滑油的制备方法，其特征在于第三步中,降温至75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为700转/分，反应时间为25分钟至35分钟；或/和，第四步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为150分钟至210分钟。
10.根据权利要求7或8或9所述的钻井液用水基润滑油的制备方法，其特征在于第五步中，加热温度为75摄氏度至85摄氏度，搅拌速率为500转/分，反应时间为55分钟至65分钟。
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