CN106318342A - 一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂，包括：基础油：65.00%—90.00%；抗磨剂：1.00%—5.00%；消泡剂：0.20%—1.00%；乳化剂：0.50%—10.00%；PH调节剂：0.20%—1.50%。基础油为植物油、矿物油一种或两种。抗磨剂为磷酸钼、硫磷酸钼、二硫氨基甲酸钼盐、二硫化钼中的一种或多种。消泡剂为辛烷基苯酚聚氧乙烯醚‑10、聚二甲基硅氧烷、环氧丙烷、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚中的一种或多种。乳化剂为丙二醇单硬脂酸酯、山梨酸酐脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯中的一种或多种。PH调节剂为浓硫酸。具有抗高温、抗饱和盐、抗钙的特性、具有一定的极压膜强度、环保无毒、易生物分解。尤其适合储层埋藏深、高温高压的油气井，适用于大位移井、移井、斜井及平井等特殊钻井作业。

Description

一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油气井开采领域，尤其与一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂及其制备方法有关。

背景技术

目前，随着石油勘探开发领域的扩大和深入，钻探开发力度不断增加，钻探难度加强，钻井的复杂情况更加突出：深井、超深井、定向井、大斜度井、水平井、多底井、小井眼井、高温高压井、高密度长裸眼井等特殊条件井越来越多，而钻井速度又需要大幅度提高。使用钻井液润滑剂是解决这些复杂问题的一种方法。

近年来，随着钻井深度的增加，更多地钻遇高温、高压、膏岩层及各种复杂地层。一般要求润滑剂不仅能抗磨和降摩阻，还需具有良好的耐温、抗盐性能，特别要求在多价离子侵蚀条件下能有效降低泥浆失水量并改善泥浆润滑性而不恶化其结构机械性。此外，还要求配伍性好，不腐蚀金属，不污染环境，不影响对地层资料的分析和评价，无毒或低毒，无荧光或低荧光，易生物降解，不起泡不增粘，对钻井液流变性无明显影响等。

我国油气钻井行业目前使用的钻井液润滑剂品种相对较少,而且都有一定的局限性,有的在钻井液pH高于10.5时使用失效,有的使钻井液起泡,而有的在盐水中难于分散等等。然而，在许多地区钻井时必须考虑对高温高压、硫化氢腐蚀、钻井液起泡、无机盐侵蚀等多种问题的综合治理。因此多功能润滑剂的研制具有十分重要的现实意义。

目前，虽已研制出抗温达220℃的钻井液用润滑剂，但其抗盐能力难以达到饱和。本发明针对此，提供一种新型钻井液用润滑剂及其制备方法，其具有抗高温、抗饱和盐、加入钻井液不起泡不增粘，对钻井液流变性无明显影响、环保等特性，尤其适用于直井、斜井及水平井等井型，淡水、海水及饱和盐水体系，尤其适用于深井、超深井的高密度钻井液体系。

发明内容

本发明提供一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂，解决现有钻井液、完井液高温高压稳定性差等问题，同时具有抗高温、抗饱和盐、抗钙、具有一定的极压膜强度、环保无毒、易生物分解、价格适中等特性。且与地层水、水基钻井液等配伍性好，尤 其适合储层埋藏深、高温高压的油气井，适用于大位移井、移井、斜井及平井等特殊钻井作业。

为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：

一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂，其特征在于，其各组分按重量百分比的原材料配制如下：

基础油：65.00％—90.00％

抗磨剂：1.00％—5.00％

消泡剂：0.20％—1.00％

乳化剂：0.50％—10.00％

PH调节剂：0.20％—1.50％

所述基础油为植物油、矿物油一种或两种。

所述抗磨剂为磷酸钼、硫磷酸钼、二硫氨基甲酸钼盐、二硫化钼中的一种或多种。

所述消泡剂为辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10、聚二甲基硅氧烷、环氧丙烷、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚中的一种或多种。

所述乳化剂为丙二醇单硬脂酸酯、山梨酸酐脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯中的一种或多种。

所述PH调节剂为浓硫酸。

进一步的，上述矿物油为0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油、3#白油、5#白油，或气制油中一种或多种。

进一步的，上述浓硫酸的质量浓度为70.00％-98.00％。

一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

a、按照重量百分比备料，将PH调节剂加入到基础油中混合，并高温搅拌均匀；

b、待产物冷却后，再加入乳化剂、消泡剂于体系中，并高温搅拌均匀；；

c、待产物冷却后，最后再加入油溶性抗磨剂，高温搅拌均匀，冷却到常温最终制得本发明所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂。

进一步的，配制过程中，步骤a、b、c所述高温搅拌的温度为120-140℃；步骤b、c所述产物冷却温度为60-80℃；配制过程中各组分的加入顺序不固定，可根据实际情况调整交换。

本发明的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂(后面简称RH-220)有以下有益效果：

1、按照本发明的方案制备的润滑剂，其抗温可达220℃，在水基钻井液中稳定性好；

2、按照本发明的方案制备的润滑剂，能显著降低极压润滑系数，淡水浆润滑系数降低率≥90％，4％盐水浆润滑系数降低率≥85％，饱和盐水浆润滑系数降低率≥70％，其对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、优质、快速钻进起着至关重要的作用；

3、按照本发明的方案制备的润滑剂，其密度范围为0.8-1.0g/cm3，基浆中加入润滑剂后表观粘度变化小，起泡率≤3％，表面张力降低率≥50％，在水基钻井液中配伍性好，加入钻井液中不起泡不增粘，对钻井液流变性无明显影响；

4、按照本发明的方案制备的润滑剂，不腐蚀金属，不污染环境，不影响对地层资料的分析和评价，低荧光，荧光级别≤3级；

5、按照本发明的方案制备的润滑剂，加入钻井液后其滤失量基本无变化，对稳定井壁起着重要作用。

附图说明

图1为斑鱼死亡率与润滑剂水溶液浓度关系的对数曲线。

具体实施方式

实施例一：

按照重量百分比备料：植物油65.00％、磷酸钼1.00％、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-100.20％、丙二醇单硬脂酸酯0.50％、70.00％浓度的浓硫酸0.20％。将浓硫酸加入到植物油中混合，并120℃高温搅拌均匀；待产物进行60℃冷却后，再加入丙二醇单硬脂酸酯、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10于体系中，并120℃高温搅拌均匀；待产物进行60℃冷却后，最后再加入磷酸钼，120℃高温搅拌均匀，冷却到常温，制得本发明所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂RH-220。

实施例二：

按照重量百分比备料：0#柴油80.00％、硫磷酸钼2.00％、聚二甲基硅氧烷0.60％、山梨酸酐脂肪酸酯4.00％、75.00％浓度的浓硫酸0.80％。将浓硫酸加入到0#柴油中混合，并120℃高温搅拌均匀；待产物进行60℃冷却后，再加入山梨酸酐脂肪酸酯、聚二甲基硅氧烷于体系中，并130℃高温搅拌均匀；待产物进行80℃冷却后，最后再加入硫磷酸钼，130℃高温搅拌均匀，冷却到常温，制得本发明所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂RH-220。

实施例三：

按照重量百分比备料：-20#柴油90.00％、二硫氨基甲酸钼盐5.00％、环氧丙烷1.00％、 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯10.00％、80.00％浓度的浓硫酸1.50％。将浓硫酸加入到20#柴油中混合，并进行140℃高温搅拌均匀；待产物进行80℃冷却后，再加入聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、环氧丙烷于体系中，并进行140℃高温搅拌均匀；待产物进行80℃冷却后，最后再加入二硫氨基甲酸钼盐，140℃高温搅拌均匀，冷却到常温，制得本发明所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂RH-220。

实施例四：

按照重量百分比备料：3#白油70.00％、二硫化钼4.00％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚0.70％、丙二醇单硬脂酸酯和山梨酸酐脂肪酸酯混合物5.00％、90.00％浓度的浓硫酸1.20％。将浓硫酸加入到3#白油中混合，并130℃高温搅拌均匀；待产物进行70℃冷却后，再加入聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、丙二醇单硬脂酸酯和山梨酸酐脂肪酸酯混合物于体系中，并130℃高温搅拌均匀；待产物进行70℃冷却后，最后再加入二硫化钼，130℃高温搅拌均匀，冷却到常温，制得本发明所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂RH-220。

实施例五：

按照重量百分比备料：气制油75.00％、硫磷酸钼4.00％、聚二甲基硅氧烷0.50％、山梨酸酐脂肪酸酯3.50％、98.00％浓度的浓硫酸0.80％。将浓硫酸加入到气制油中混合，并120℃高温搅拌均匀；待产物进行60℃冷却后，再加入聚二甲基硅氧烷、山梨酸酐脂肪酸酯于体系中，并120℃高温搅拌均匀；待产物进行60℃冷却后，最后再加入硫磷酸钼，120℃高温搅拌均匀，冷却到常温，制得本发明所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂RH-220。

对各实施例获得的RH-220进行测试(以实施例二的RH-220为例进行说明)：

分别于高搅杯1#、2#、3#、4#、5#、6#中加入配制好的淡水基浆300ml，将1#、3#、5#高搅杯基浆高搅5min，倒入老化罐1#、3#、5#中；分别取1.5g上述配制的润滑剂加入2#、4#、6#高搅杯基浆中，高搅5min，倒入老化罐2#、4#、6#中，将1#～6#老化罐在220℃滚子加热炉中热滚16h，取出冷却至室温，高搅5min，测其润滑系数。其具体的测试结果如表1。

分别于高搅杯1#、2#、3#、4#、5#、6#中加入配制好的淡水基浆300ml，向1#、3#、5#高搅杯中加入12.0gNaCl，高搅5min，倒入老化罐1#、3#、5#中；向2#、4#、6#高搅杯中加入12.0gNaCl，高搅5min，加入3.0g上述配制的润滑剂，再高搅5min倒入老化罐2#、4#、6#中，将1#～6#老化罐在220℃滚子加热炉中热滚16h，取出冷却至室温，高搅5min，测其润滑系数。其具体的测试结果如表2。

分别于高搅杯1#、2#、3#、4#、5#、6#中加入配制好的淡水基浆300ml，向1#、3#、5#高搅杯中加入108.0gNaCl，高搅5min，倒入老化罐1#、3#、5#中；向2#、4#、6#高搅杯中加入108.0gNaCl，高搅5min，加入3.0g上述配制的润滑剂，再高搅5min倒入老化罐2#、4#、6#中，将1#～6#老化罐在220℃滚子加热炉中热滚16h，取出冷却至室温，高搅5min，测其润滑系数。其具体的测试结果如表3。

其中，高速搅拌器转速为：11000±300r/min；上述淡水基浆的配制方法：在高搅杯中分别加入300ml蒸馏水，0.6g无水碳酸钠，15.0g钠膨润土，高搅20min，期间至少中断两次以刮下沾附在杯壁上的粘附物，在(25℃±1℃)下弥补养护24h，使其表观粘度达到(13～15)mpa.s，如果达不到适当调节膨润土加量。

表1

表2

表3

上述实验数据表明：RH-220在220℃高温条件下淡水浆润滑系数降低率大于90％，4％盐水浆的润滑系数降低率大于85％，饱和盐水润滑系数降低率大于70％，说明润滑剂的润滑性能较好。

对RH-220进行起泡率测试，分别取养护好的基浆300ml于高搅杯1#、3#、5#中，各加入RH-220 1.5g，高搅5min，搅拌停止后开始计时，在20s内将浆液倒入500ml量筒中，30s内读出体积，可计算出起泡率。具体测试数据如表4。其中淡水基浆的配制方法与上述测试润滑系数时淡水基浆的配制方法相同。

表4

上述实验数据表明：在基浆中加入RH-220后，其起泡率≤3.0％，说明与水基钻井液配伍性好，不起泡。

对RH-220进行荧光级别测试，分别在洁净烘干的编号为1#、2#、3#的100ml烧杯中加入20ml三氯甲烷，加入1.0g需测定荧光级别的RH-220，摇匀、放置、澄清，倒出10～15ml澄清液于干净试管中，在地质荧光仪下观看荧光与相关标准系列对比确定荧光级别。具体测试数据如表5。

表5

上述实验数据表明：RH-220低荧光，荧光级别≤3级，说明加入润滑剂后，无荧光干扰，有利于发现储层。

对RH-220的表观粘度、滤失量进行测试，分别量取淡水基浆400ml于1#、2#、3#、4#、5#、6#高搅杯中，1#、3#、5#高搅拌基浆高搅5min，2#、4#、6#高搅杯加RH-2204.0g，高搅5min，测1#～6#浆液的600转读数和低温低压滤失量。具体测试数据如表6和表7。其中淡水基浆的配制方法与上述测试润滑系数时淡水基浆的配制方法相同。

表6

上述实验数据表明：在基浆中加入RH-220后，其表观粘度降低，因此，RH-220对钻井液流变性无明显影响。

表7

上述实验数据表明：在基浆中加入RH-220后其滤失量变化较小，对稳定井壁起着重要作用。

对RH-220的表面张力进行测试，在样品杯中倒入50ml蒸馏水，按润湿接触角测定仪或其他表面张力测试仪器的使用方法测试蒸馏水的表面张力值；在样品杯中倒入50ml蒸馏水，加入0.75g RH-220，用玻璃棒搅拌5min。按润湿接触角测定仪或其他表 面张力测试仪器的使用方法测试该RH-220水溶液的表面张力值。具体测试数据如表8。

表8

上述实验数据表明：加入RH-220后表面张力降低且降低率≥50％，对防止泥页岩水化膨胀、分散，防止井壁坍塌有重要作用。

对RH-220水溶液进行植物毒性测试和动物毒性测试：

(1)植物毒性测试：

将上述RH-220配制成浓度为2000mg/L的水溶液，分别在60天内持续浇灌一盆吊兰，同时用相同用量自来水以相同的浇灌方式浇灌一盆生长情况相同的吊兰，隔10天观察一次结果，实验结果如表9所示：

表9

上述植物毒性测试数据表明，RH-220水溶液浇灌的吊兰正常生长，无异常，与用自来水浇灌的吊兰生长对比无明显差异，说明其对环境友好，对植物无毒性危害，能被环境自然分解吸收。

根据上表可得出，用浓度为2000mg/L润滑剂水溶液浇灌植物，植物未出现死亡，即植物LC50≥2000mg/L。

(2)动物毒性测试：

将RH-220配制成浓度分别为200mg/L、400mg/L、600mg/L、800mg/L、900mg/L、1000mg/L、1100mg/L的水溶液，在温度25℃，溶氧量>4mg/L的条件下，在3500ml上述不同浓度的RH-220水溶液中分别饲养10条红斑鱼，观察其96h存活率，其实验 条件和结果如下表10所示：

表10

上述动物毒性测试数据表明，用高浓度1100mg/L润滑剂水溶液饲养红斑鱼，红斑鱼长期存活率为70％，对环境友好，对动物毒性危害小。

根据上表结果，绘制96h红斑鱼死亡率与RH-220水溶液浓度关系的对数曲线，如图1所示。小鱼死亡尾数为5时的RH-220水溶液浓度为1000mg/L，即动物LC50≥1000mg/L。

本发明制备的RH-220水溶液，其植物毒性LC50≥2000mg/L，动物毒性LC50≥1000mg/L，毒性小，无危害。

综上所述，通过本发明制备的钻井液用润滑剂RH-220，抗温可达220℃，淡水浆润滑系数降低率≥90％，4％盐水浆润滑系数降低率≥85％，饱和盐水润滑系数降低率≥70％；基浆中加入润滑剂后表观粘度变化小，滤失量变化小，起泡率≤3％，表面张力降低率≥50％；低荧光，荧光级别≤3级；生物毒性为植物LC50≥2000mg/L，动物LC50≥1000mg/L，可被环境自然降解，环保性好。与自来水、水基钻井液等混合无沉淀，有良好的配伍性，具有抗高温、环保无毒等特性。

Claims (6)

1.一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂，其特征在于，其各组分按重量百分比的原材料配制如下：

基础油：65.00%—90.00%；

抗磨剂：1.00%—5.00%；

消泡剂：0.20%—1.00%；

乳化剂：0.50%—10.00%；

PH调节剂：0.20%—1.50%；

所述基础油为植物油、矿物油一种或两种；

所述抗磨剂为磷酸钼、硫磷酸钼、二硫氨基甲酸钼盐、二硫化钼中的一种或多种；

所述消泡剂为辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10、聚二甲基硅氧烷、环氧丙烷、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚中的一种或多种；

所述乳化剂为丙二醇单硬脂酸酯、山梨酸酐脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯中的一种或多种；

所述PH调节剂为浓硫酸。

2.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂，其特征在于，矿物油为0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油、3#白油、5#白油，或气制油中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂，其特征在于，浓硫酸的质量浓度为70.00%-98.00%。

4.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

a、按照重量百分比备料，将PH调节剂加入到基础油中混合，并高温搅拌均匀；

b、待产物冷却后，再加入乳化剂、消泡剂于体系中，并高温搅拌均匀；；

c、待产物冷却后，最后再加入油溶性抗磨剂，高温搅拌均匀，冷却到常温最终制得本发明所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂。

5.根据权利要求4所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤a、b、c所述高温搅拌的温度为120-140℃。

6.根据权利要求4所述的钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤b、c所述产物冷却温度为60-80℃。