CN108251078A - 一种封堵型极压润滑剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种封堵型极压润滑剂及其制备方法和应用。该封堵型极压润滑剂包括70wt％‑85wt％的改性植物油、2wt％‑5wt％的极压抗磨剂和8wt％‑15wt％的表面活性剂。本发明的封堵型极压润滑剂采用容易生物降解的改性植物油，并添加了具有良好极压抗磨性的硫型添加剂，润滑剂环保、极压润滑性好，配伍性好，在钻井液中能明显改善泥饼质量，具有良好的封堵效果，能很好地应用于钻井现场，能够应用于大位移水平井、定向井、长裸眼深井、复杂结构井等钻井作业时的降磨减阻。

Description

一种封堵型极压润滑剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于钻井工程中环保型水基钻井液技术领域，涉及一种钻井液用封堵型极压润滑剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着油气勘探的发展，钻井工程中采用大位移水平井、定向井、长裸眼深井、复杂结构井逐渐增多，作业时钻柱与井壁接触面积明显增大，摩阻增加，从而现代钻井对水基钻井液的极压抗磨润滑性能提出了更高要求。

目前，钻井现场应用的常规润滑剂普遍存在易起泡、极压抗磨差、润滑持效性差、荧光级别高等问题，且大多选用矿物油或白油作为钻井液用润滑剂的基础油，而矿物油和白油的生物降解性最差，在环境中会长期积累和富集，容易对生态环境造成污染，产生一系列环境问题。

发明内容

为了解决钻井现场应用的润滑剂所存在的易起泡、极压抗磨差、润滑持效性差、荧光级别高等技术问题，本发明的目的在于提供一种封堵型极压润滑剂及其制备方法和应用，该润滑剂环保、极压润滑性好、配伍性好，在钻井液中能明显改善泥饼质量，具有良好的封堵效果。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供一种封堵型极压润滑剂，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括：

改性植物油 70wt％-85wt％，

极压抗磨剂 2wt％-5wt％，

表面活性剂 8wt％-15wt％。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，该封堵型极压润滑剂还包括妥尔油脂肪酸，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括：

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括：

上述封堵型极压润滑剂中，妥尔油脂肪酸作为油性剂，更好地金属和岩石表面形成油膜。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，所述改性植物油的制备方法为：将植物油与0.5mol/L氢氧化钠的甲醇溶液于70℃～90℃下反应，抽取得到的酯化的植物油即为改性植物油。对植物油进行高温酯化改性钝化了植物油上易反应的基团，增强植物油的抗温性及减缓在高温碱性溶液中易发生反应的趋势。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，所述植物油包括棉籽油、玉米油、菜籽油、蓖麻子油和葵花籽油中的一种或多种的组合。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，所述极压抗磨剂包括硫型极压抗磨剂、磷型极压抗磨剂和氯型极压抗磨剂中的一种或多种的组合；

更加优选地，所述极压抗磨剂为硫型极压抗磨剂。

本发明的极压抗磨剂含有S、P、Cl等活性元素，其吸附在金属表面，能与金属发生反应，形成具有低剪切强度的消耗保护层。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，所述硫型极压抗磨剂包括硫化烯烃和/或硫化脂肪酸酯。本发明使用的抗磨剂为硫化烯烃和/或硫化脂肪酸酯等有机硫，在井下钻井过程中，金属与岩石的直接接触产生大量的热，导致有机硫添加剂分解，产生活性较高的硫与金属表面发生化学反应，生成硫化铁等低熔点、易剪切的化学反应膜，阻止了金属与岩石的直接接触，从而起到良好的润滑效果。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，所述硫化烯烃包括硫化异丁烯；所述硫化脂肪酸酯包括T405。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，所述表面活性剂包括山梨醇酐单油酸酯、山梨醇酐单桂酸酯和聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种或多种的组合。

上述封堵型极压润滑剂中，优选地，所述表面活性剂为司盘80(山梨醇酐单油酸酯中的一种)和OP-10(聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种)的混合物。

另一方面，本发明还提供上述封堵型极压润滑剂的制备方法，其包括以下步骤：

按照各原料组分的添加比例，于反应釜中依次添加各原料组分，充分搅拌混合均匀得到本发明的封堵型极压润滑剂。若原料组分为改性植物油、极压抗磨剂和表面活性剂，则于改性植物油中依次添加表面活性剂和极压抗磨剂，充分搅拌混合均匀得到本发明的封堵型极压润滑剂；若原料组分为改性植物油、极压抗磨剂、表面活性剂和妥尔油脂肪酸，则于改性植物油中依次添加表面活性剂、极压抗磨剂和妥尔油脂肪酸，充分搅拌混合均匀得到本发明的封堵型极压润滑剂。

再一方面，本发明还提供上述封堵型极压润滑剂在水基钻井液体系中的应用。

上述应用中，优选地，所述封堵型极压润滑剂在水基钻井液体系中的添加量为2wt％-5wt％，可应用于大位移水平井、定向井、长裸眼深井、复杂结构井等钻井作业时的降磨减阻。

本发明具备以下有益效果：

本发明的封堵型极压润滑剂采用容易生物降解的改性植物油，并添加了具有良好极压抗磨性的硫型添加剂，润滑剂环保、极压润滑性好，配伍性好，在钻井液中能明显改善泥饼质量，具有良好的封堵效果，能很好地应用于钻井现场，能够应用于大位移水平井、定向井、长裸眼深井、复杂结构井等钻井作业时的降磨减阻。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

下述实施例中，降滤失剂SP-8，降滤失剂PMHA-2，包被剂FA367，购买于新疆油田公司；乳液大分子EMP，低粘聚阴离子纤维素(PAC-LV)购买于山东得顺源石油科技有限公司提供；抗盐降滤失剂DR-1，胺基抑制剂SIAT从中国石油集团钻井工程技术研究院获得；膨润土从夏子街土获得。未作说明的均为市售购买。

实施例1

本实施提供一种封堵型极压润滑剂，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括85wt％的改性棉籽油、6wt％的司盘80、6wt％的OP-10和3wt％的T405。

本实施例的改性植物油将棉籽油与0.5mol/L氢氧化钠的甲醇溶液于70℃～90℃下反应，抽取得到的酯化的棉籽油即为本实施例的改性棉籽油。

本实施例还提供上述封堵型极压润滑剂的制备方法，其是将司盘80、OP-10和T405依次加入到改性棉籽油中，充分搅拌混合均匀得到本实施例的封堵型极压润滑剂，将其命名为MPA-1。

对本实施例提供的封堵型极压润滑剂MPA-1及几种国内外的润滑剂对膨润土基浆进行极压润滑系数的测试实验：配制4％膨润土基浆，分别向膨润土基浆中添加1wt％的各种润滑剂，于180℃条件下热滚16h后，测试不同体系的极压润滑系数，测试结构如下表1所示：

表1

由表1实验数据可知：4％的膨润土基浆中添加1％不同润滑剂后的测试结果可以看出，本实施例提供的极压润滑剂MPA-1添加到基浆中后，其极压润滑系数小于0.1，其降低润滑系数的百分数与国外UltraFree产品相近。

为了进一步评价本实施的极压润滑剂MPA-1的润滑性能，于钻井液体系中分别添加1％的各种润滑剂进行对比评价，测试结果见表2所示。

钻井液体系由2％的土浆、0.2％的碳酸钠、0.2％的NaOH、1％的SP-8、10％的NaCl、0.5％的FA367和2％的SIAT复配获得，密度为1.2g/cm³。

表2

由表2实验数据可知：钻井液体系中添加1％不同润滑剂后的润滑效果评价结果表明，本实施例提供的极压润滑剂MPA-1的润滑效果最好，与钻井液体系中的处理剂配伍性好，在体系中能完全分散。其中，国外的UltraFree产品在该体系中配伍性较差，其降低体系的润滑效果不太明显。

在起泡性能方面，将本实施例提供的极压润滑剂MPA-1和UltraFree两种产品加入基浆或钻井液体系中，无论在常温和热滚后都没有起泡的情况，而其他三种润滑剂都有不同程度的起泡。

实施例2

本实施提供一种封堵型极压润滑剂，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括75wt％的改性棉籽油、5wt％的司盘80、6wt％的OP-10、5wt％的T405和10wt％的妥尔油脂肪酸。

本实施例的改性植物油将棉籽油与0.5mol/L氢氧化钠的甲醇溶液于70℃～90℃下反应，抽取得到的酯化的棉籽油即为本实施例的改性棉籽油。

本实施例还提供上述封堵型极压润滑剂的制备方法，其是将司盘80、OP-10、T405和妥尔油脂肪酸依次加入到改性棉籽油中，充分搅拌混合均匀得到本实施例的封堵型极压润滑剂，将其命名为MPA-2。

对比以下钻井液体系在添加本实施例封堵型极压润滑剂MPA-2前后的钻井液性能，测试结果见表3所示。

配方1#：2％Bentonite(膨润土)+0.4％NaOH+0.8％DR-1+0.3％PAC-LV+3％HCOOK+0.3％EMP+1％SIAT+Barite重晶石(据配方密度添加)

配方2#：配方1#+2％封堵型极压润滑剂MPA-2。

表3

由表3实验数据可知：从性能的测试结果看出，钻井液体系添加封堵型极压润滑剂MPA-2后，极压润滑系数由0.1465降至0.0766，降低明显；且API滤失量和HTHP滤失量降低，其初始滤液流出时间明显延后，API失水延迟超过两分钟，MPA-2的添加改善了原钻井液体系的降滤失性能。原因在于MPA-2在水基体系中能分散成纳微米乳液，能对泥饼的纳/微米孔缝进行有效封堵，改善了泥饼质量，形成的泥饼更加致密、细腻，从而，MPA-2具有良好的封堵性能。

实施例3

本实施提供一种封堵型极压润滑剂，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括80wt％的改性棉籽油、5wt％的司盘80、4wt％的OP-10、3wt％的T405和8wt％的妥尔油脂肪酸。

本实施例的改性植物油将棉籽油与氢氧化钠的甲醇溶液于70℃～90℃下反应，抽取得到的酯化的棉籽油即为本实施例的改性棉籽油。

本实施例还提供上述封堵型极压润滑剂的制备方法，其是将司盘80、OP-10、硫型极压抗磨剂和妥尔油脂肪酸依次加入到改性棉籽油中，充分搅拌混合均匀得到本实施例的封堵型极压润滑剂，将其命名为MPA-3。

对比以下钻井液体系在添加本实施例封堵型极压润滑剂MPA-3前后的钻井液性能，测试结果见表4所示。

配方3#：2％Bentonite(膨润土)+0.4％NaOH+0.8％DR-1+0.3％PAC-LV+3％KCl+0.3％FA367+Barite重晶石(据配方密度添加)

配方4#：配方3#+2％封堵型极压润滑剂MPA-3。

表4

由表4实验数据可知：钻井液体系(密度为1.28g/cm³)添加封堵型极压润滑剂MPA-3后，极压润滑系数由0.1591降至0.0649，降低明显；且API滤失量和HTHP滤失量降低，其初始滤液流出时间明显延后，API失水延迟超过两分钟，MPA-3的添加改善了原钻井液体系的降滤失性能，具有良好的封堵性能。

操作本发明进行实验程序，实验员能完成，不详细叙述。

综上所述，本发明提供的封堵型极压润滑剂采用容易生物降解的改性植物油，并添加了具有良好极压抗磨性的硫型添加剂，润滑剂环保、极压润滑性好，配伍性好，在钻井液中能明显改善泥饼质量，具有良好的封堵效果，能很好地应用于钻井现场，能够应用于大位移水平井、定向井、长裸眼深井、复杂结构井等钻井作业时的降磨减阻。

Claims (10)

1.一种封堵型极压润滑剂，其特征在于，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括：

改性植物油 70wt％-85wt％，

极压抗磨剂 2wt％-5wt％，

表面活性剂 8wt％-15wt％。

2.根据权利要求1所述的封堵型极压润滑剂，其特征在于，该封堵型极压润滑剂还包括妥尔油脂肪酸，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括：

3.根据权利要求2所述的封堵型极压润滑剂，其特征在于，以重量百分比为100wt％计，该封堵型极压润滑剂包括：

4.根据权利要求1-3任一项所述的封堵型极压润滑剂，其特征在于，所述改性植物油的制备方法为：将植物油与0.5mol/L氢氧化钠的甲醇溶液于70℃～90℃下反应，抽取得到的酯化的植物油即为改性植物油。

5.根据权利要求4所述的封堵型极压润滑剂，其特征在于，所述植物油包括棉籽油、玉米油、菜籽油、蓖麻子油和葵花籽油中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1-3任一项所述的封堵型极压润滑剂，其特征在于，所述极压抗磨剂包括硫型极压抗磨剂、磷型极压抗磨剂和氯型极压抗磨剂中的一种或多种的组合；

优选地，所述极压抗磨剂为硫型极压抗磨剂。

7.根据权利要求6所述的封堵型极压润滑剂，其特征在于，所述硫型极压抗磨剂包括硫化烯烃和/或硫化脂肪酸酯；

优选地，所述硫化烯烃包括硫化异丁烯；所述硫化脂肪酸酯包括T405。

8.根据权利要求1-3任一项所述的封堵型极压润滑剂，其特征在于，所述表面活性剂包括山梨醇酐单油酸酯、山梨醇酐单桂酸酯和聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种或多种的组合；

优选地，所述表面活性剂为司盘80和OP-10的混合物。

9.权利要求1-8任一项所述封堵型极压润滑剂的制备方法，其包括以下步骤：

按照各原料组分的添加比例，于反应釜中依次添加各原料组分，充分搅拌混合均匀得到封堵型极压润滑剂。

10.权利要求1-8任一项所述封堵型极压润滑剂在水基钻井液体系中的应用；

优选地，所述封堵型极压润滑剂在水基钻井液体系中的添加量为2wt％-5wt％。