CN108893100A - 钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物及其制备方法，润滑抑制剂纳米酯基水合物是由下述原料制成的：甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、乳化剂、纳米二氧化硅粉。制备方法：甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、乳化剂加入反应釜中，充分混合搅拌；将反应釜内物料升温，进行乳化过程；在一定温度下加入纳米二氧化硅粉，充分混合搅拌，经过降温冷却即得。本发明性能良好，工艺简单，具有较强的润滑抑制能力，确保了钻井液在钻具中保持良好的润滑性，减少了钻机托压现象，保持了钻进速度，有效的抑制了井壁黏土水化分散，具有良好的抑制性、配伍性，有效的避免或减少了井下复杂事故，提高了钻井质量与效率，适用于多种钻井液体系。

Description

钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油钻井助剂，具体是一种钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。本发明还涉及所述钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法。
背景技术
钻井液是钻井工程的血液，随着深井、超深井、水平井的开发，对钻井要求越来越高，一个性能好的处理剂对钻井液至关重要，特别是水平井对润滑抑制剂的要求更为苛刻，虽然目市场上的润滑剂的种类繁多，但往往润滑抑制与环保不能兼具。目前常用的能满足环保要求的润滑抑制剂，其性能均存在一定的不足，难以保证钻井液润滑抑制的性能。
发明人检索到以下相关专利文献：CN106318342A公开了一种钻井液用抗高温抗饱和盐润滑剂,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。CN106634877A公开了一种水基钻井液用微乳型润滑剂及其制备方法。由矿物油或精炼地沟油、润滑抑制剂、无机盐、正丁醇和水组成。制备方法是：首先将水倒入反应釜中,在2000r/min-3000r/min的搅拌速度下缓慢将润滑抑制剂加入反应釜中,待混合均匀后,缓慢的加入无机盐,完全溶解后,加入正丁醇和精炼地沟油或矿物油,静置5-10小时。CN106854459A公开了一种水基钻井液用极压润滑剂及其制备方法,水基钻井液润滑剂组成为：按质量百分比,基础油：
40-70％；性能促进剂：20-40％；金属减活剂：1-10％；乳化剂A：2-10％；乳化剂B:2-10％。制备方法如下：向反应釜中依次加入基础油、性能促进剂、金属减活剂、在搅拌的状态下加入乳化剂A、乳化剂B,充分搅拌均匀即得到极压润滑剂。CN107502319A公开了一种环保型钻井液用润滑剂,其配方按重量百分比计为：生物柴油25#35％、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯5#20％、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚3#10％、余量为水。制备步骤：按比例向反应容器中加入生物柴油与脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯并升温至50#60℃,保温1h,向反应容器中按比例加入水,使用搅拌器均匀搅拌,混合1h,向反应容器中按比例加入脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯,使混合物转相为油包水乳液,即为润滑剂。
上述技术部分使用原料不易降解、分子量大、碱性强，易对土壤造成环境污染。并且生产工艺复杂，成本高。以上这些技术对于如何确保钻井液在钻具中保持良好的润滑性，减少钻机托压现象，保持钻进速度，同时可以有效的抑制井壁黏土水化分散，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物，它的性能良好，制备工艺简单，具有较强的润滑抑制能力，从而确保钻井液在钻具中保持良好的润滑性，减少钻机托压现象，保持钻进速度，同时能有效的抑制井壁黏土水化分散，具有良好的抑制性、配伍性，有效避免或减少井下复杂事故，提高钻井质量与效率，适用于多种钻井液体系，而且具有环保功能，进而达到市场上使用范围较广的润滑抑制剂的技术要求。
为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物(或者说是钻井液用润滑抑制剂)，其技术方案在于它是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯中的一种或两种原料的组合，两种原料组合时其配比是任意的。上述的矿物油为5号白油、7号白油中的一种或两种原料的组合，两种原料组合时其配比是任意的。
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70～85℃，乳化时间为1～2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40～50℃时加入10份～20份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物是由下述重量配比的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯两种原料的组合，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯的重量之比为2∶1；所述的矿物油为5号白油、7号白油两种原料的组合，5号白油与7号白油的重量之比为1∶2。所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、10份5号白油、20份7号白油、6.8份聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、3.4份失水山梨醇单油酸酯，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70℃，乳化时间为2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物是由下述重量配比的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯两种原料的组合，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯的重量之比为1∶2；所述的矿物油为5号白油。所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、2.7份聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、5.4份失水山梨醇单油酸酯，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为75℃，乳化时间为1.5h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在45℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物是由下述重量配比的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯，所述的矿物油为7号白油。所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为85℃，乳化时间为1h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在50℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
本发明提供了一种钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物及其制备方法，所述润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括以下步骤：原料混合、乳化反应、防腐降温冷却。本发明的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物具有良好的性能，参见本说明书后面的表1。本发明的性能为：密度0.85～1.00g/cm3，润滑系数降低率≥80.0％。本发明的润滑抑制剂纳米酯基水合物性能良好，与已有相关的钻井液用润滑抑制剂相比，在相同实验条件下，本发明的性能都有提高(优于已有相关的技术)，且本发明的工艺步骤相对简化，简单易行，易于控制和实现，其制造成本降低了20％以上，适用于工业化大规模生产。
综上所述，本发明的性能良好，制备工艺简单，具有较强的润滑抑制能力，从而确保钻井液在钻具中保持良好的润滑性，减少了钻机托压现象，保持了钻进速度，同时有效的抑制了井壁黏土水化分散，具有良好的抑制性、配伍性，有效地避免或减少了井下复杂事故的发生，提高了钻井质量与效率，适用于多种钻井液体系，而且具有环保功能，进而达到了市场上使用范围较广的润滑抑制剂的技术要求。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯两种原料的组合，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯的重量之比为2∶1；所述的矿物油为5号白油、7号白油两种原料的组合，5号白油与7号白油的重量之比为1∶2。
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、10份5号白油、20份7号白油、6.8份聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、3.4份失水山梨醇单油酸酯，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70℃，乳化时间为2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
实施例2：本发明所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯两种原料的组合，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯的重量之比为1∶2；所述的矿物油为5号白油。
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、2.7份聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、5.4份失水山梨醇单油酸酯，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为75℃，乳化时间为1.5h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在45℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
实施例3：本发明所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物是由下述重量配比(重量份数，质量份数)的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯，所述的矿物油为7号白油。
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为85℃，乳化时间为1h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在50℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
所述的乳化剂聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯皆为市售商品，由山东优索化工科技有限公司生产，地址：山东省临沂市兰山区临西十一路水安路交汇西50米路北。或者山东佰仟化工有限公司，地址：山东省济南市天桥区新材料交易市场。所述的矿物油为5号白油、7号白油，都能在市场上购买到。
以下为本发明的试验部分：
表1为(以上)各实施例制备的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物性能测定结果。
表1各实施例制备的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物性能测定结果
由表1可知：本发明各实施例制备的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物均能达到良好的性能效果。本发明在淡水钻井液中的加量(重量百分比)为1％～2％，在盐水钻井液中的加量为1.5％～2.5％。本发明的性能为：密度0.85～1.00g/cm3，润滑系数降低率≥80.0％。本发明的性能好，与已有相关的钻井液用润滑抑制剂相比，在相同实验条件下，本发明的性能都有提高(优于已有相关的技术)，且本发明的工艺步骤相对简化，简单易行，易于控制和实现，其制造成本降低了20％以上。
综上所述，本发明的(各实施例制备的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物)性能良好，制备工艺简单，具有较强的润滑抑制能力，从而确保钻井液在钻具中保持良好的润滑性，减少了钻机托压现象，保持了钻进速度，同时有效的抑制了井壁黏土水化分散，具有良好的抑制性、配伍性，有效地避免或减少了井下复杂事故的发生，提高了钻井质量与效率，适用于多种钻井液体系，而且具有环保功能，进而达到了市场上使用范围较广的润滑抑制剂的技术要求。

Claims (7)

1.一种钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯中的一种或两种原料的组合，两种原料组合时其配比是任意的；
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70～85℃，乳化时间为1～2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40～50℃时加入10份～20份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
2.根据权利要求1所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物，其特征在于上述的矿物油为5号白油、7号白油中的一种或两种原料的组合，两种原料组合时其配比是任意的。
3.根据权利要求1所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯两种原料的组合，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯的重量之比为2∶1；所述的矿物油为5号白油、7号白油两种原料的组合，5号白油与7号白油的重量之比为1∶2；
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、10份5号白油、20份7号白油、6.8份聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、3.4份失水山梨醇单油酸酯，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70℃，乳化时间为2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
4.根据权利要求1所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯两种原料的组合，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯的重量之比为1∶2；所述的矿物油为5号白油；
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、2.7份聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、5.4份失水山梨醇单油酸酯，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为75℃，乳化时间为1.5h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在45℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
5.根据权利要求1所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯，所述的矿物油为7号白油；
所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量配比称取原料甲基硅酸钾、油酸甲酯、去离子水、矿物油、乳化剂，将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为85℃，乳化时间为1h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在50℃时加入10份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
6.一种权利要求1所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法，其特征在于它包括如下工艺步骤：①按重量配比称取原料甲基硅酸钾20份～30份、油酸甲酯25份～35份、去离子水15份～25份、矿物油20份～30份、乳化剂8份～12份，所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯中的一种或两种原料的组合，两种原料组合时其配比是任意的；将各原料加入反应釜中，使各原料充分混合溶解，得到混合料；②然后对混合料进行乳化过程，乳化温度为70～85℃，乳化时间为1～2h，乳化过程进行完后得到中间产物；③将步骤②得到的中间产物降温，在40～50℃时加入10份～20份纳米二氧化硅粉，使之充分混匀，降至室温后放料即得钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物。
7.根据权利要求6所述的钻井液用润滑抑制剂纳米酯基水合物的制备方法，其特征在于上述的矿物油为5号白油、7号白油中的一种或两种原料的组合，两种原料组合时其配比是任意的。
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