CN109762539A - 一种新型钻井液用油基润滑剂及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田化学技术领域，具体涉及一种新型钻井液用油基润滑剂，并进一步公开其合成方法。本发明所述的油基润滑剂以均苯三甲酸三缩水甘油酯、丁二酰丁二酸二乙酯、2,5‑二甲基‑2,5‑己二醇、辛氧基甘油和六氢苯酐为原料经聚合反应制得聚合物，并与生物柴油均质混匀后制得所需油基润滑剂。所述油基润滑剂可以与水基钻井液浆料充分相容，在保证较好的润滑性能基础上，具有较好的耐高温性能，同时也具有较好的抗盐及抗钙能力，在高盐及高钙环境下，依然具有较好的润滑效果。

Description

一种新型钻井液用油基润滑剂及其合成方法

技术领域

本发明属于油田化学技术领域，具体涉及一种新型钻井液用油基润滑剂，并进一步公开其合成方法。

背景技术

钻井液是钻探过程中使用的循环介质，钻井液在钻井过程中主要完成悬浮、压力控制、岩层稳定性、浮力、润滑和冷却的任务。钻井液具有：清洁井底、携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡井壁岩石侧压力、封闭和稳定井壁；平衡地层压力；降低岩屑沉降速度；在地面能沉除砂子和岩屑；有效传递水力功率；承受钻杆和套管的部分重力；提供所钻地层的大量资料；通过水力破碎岩石等多种重要作用。

随着石油天然气及地质勘探开发的飞速发展，现代钻井技术对钻井液提出了更高的要求。钻井液按分散介质(连续相)可分为油基钻井液、水基钻井液、气体型钻井流体等，前两者为目前实际应用中常用的钻井液。多数钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成：液相可以是水(淡水、盐水)、油(原油、柴油)或乳状液(混油乳化液和反相乳化液)；固相包括有用固相(膨润土、加重材料)和无用固相(岩石)；化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。

油基钻井液是以油(主要是柴油或原油)为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系，具有润滑性能优良、抑制性强、井壁稳定性好和抗温性能好等优点。但是由于其是以柴油或原油为分散介质，存在着难以降解及污染环境的缺陷；同时，由于油的燃点较低，导致油基钻井液存在着高温易燃烧的缺陷，存在更多的安全隐患。

水基钻井液是以水作为分散介质、以粘土(膨润土)、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。相比于油基钻井液，水基钻井液具有来源丰富、成本较低、污染较低等优点。但是，受限于作为载体的水的粘度较低、成膜性较差、承载能力低等缺陷，使得水基钻井液始终难以突破润滑性不足、及抗压性能较差的瓶颈。因此，在钻井过程中，为了提高钻速、延长钻头寿命，以及减少起下钻次数、减少钻头和钻挺的泥包，必须加入润滑剂以降低扭矩和泥饼的粘附系数，以实现优快钻井。

常用的钻井液润滑剂主要包括水基润滑剂和油基润滑剂。水基润滑剂多是添加表面活性剂的水溶液，其加在钻井液中易形成水包油的乳化钻井液，有助于降低钻井液的表面张力，但表面活性剂本身的性质则限制了其润滑性能。油基润滑剂主要包括矿物油润滑剂和植物油润滑剂两大类，均是以提高扭矩降低率为主，油基润滑剂的优势是润滑性能较好，但其与钻井液基浆的相容性和分散性却较差，并且也存在着高温稳定性差的问题，影响了润滑剂在钻井液中的应用。因此，开发一种高温稳定性好、与水基钻井液分散性较好的油基润滑剂具有积极的意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型钻井液用油基润滑剂，以解决现有技术中油基润滑剂与水基钻井液分散性较差及高温稳定性较差的问题；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述油基润滑剂的合成方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种新型钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

优选的，所述的新型钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

具体的，所述催化剂包括二月桂酸二正辛基锡。

具体的，所述生物柴油为以脂肪酸甲酯为主要成分的生物柴油。

优选的，所述的新型钻井液用油基润滑剂，所述原料还包括2,6-二叔丁基-4-甲酚0.5-2重量份。

本发明还公开了一种制备所述新型钻井液用油基润滑剂的方法，包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于220-240℃进行反应；

(3)控制反应体系降温至170-180℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，冷却后与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

优选的，所述步骤(3)中，在降温步骤前还包括趁热加入所述2,6-二叔丁基-4-甲酚的步骤。

本发明还公开了所述的新型钻井液用油基润滑剂用于制备油田钻井液的用途。

本发明还公开了一种水基油田钻井液，包括所述的新型钻井液用油基润滑剂。

优选的，所述的水基油田钻井液，以所述钻井液的总重量计，所述油基润滑剂的添加量为2-3wt％。

本发明所述的油基润滑剂以均苯三甲酸三缩水甘油酯、丁二酰丁二酸二乙酯、2,5-二甲基-2,5-己二醇、辛氧基甘油和六氢苯酐为原料经聚合反应制得聚合物，并与生物柴油均质混匀后制得所需油基润滑剂。所述油基润滑剂可以与水基钻井液浆料充分相容，在保证较好的润滑性能基础上，具有较好的耐高温性能，同时也具有较好的抗盐及抗钙能力，在高盐及高钙环境下，依然具有较好的润滑效果。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

本实施例所述新型钻井液用油基润滑剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于220℃进行反应；

(3)控制反应体系降温至170℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒后，与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

实施例2

本实施例所述钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

本实施例所述新型钻井液用油基润滑剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于240℃进行反应；

(3)控制反应体系降温至180℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒后，与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

实施例3

本实施例所述钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

本实施例所述新型钻井液用油基润滑剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于230℃进行反应；

(3)控制反应体系降温至175℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒后，与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

实施例4

本实施例所述钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

本实施例所述新型钻井液用油基润滑剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于230℃进行反应；

(3)控制反应体系降温至175℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒后，与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

实施例5

本实施例所述钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

本实施例所述新型钻井液用油基润滑剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于230℃进行反应；

(3)控制反应体系降温至175℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒后，与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

实施例6

本实施例所述钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

本实施例所述新型钻井液用油基润滑剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于230℃进行反应；

(3)趁热加入所述2,6-二叔丁基-4-甲酚，并控制反应体系降温至175℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒后，与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

实施例7

本实施例所述钻井液用油基润滑剂，其制备原料包括如下重量份的组分：

本实施例所述新型钻井液用油基润滑剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于230℃进行反应；

(3)趁热加入所述2,6-二叔丁基-4-甲酚，并控制反应体系降温至175℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒后，与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

实验例

1、润滑性能测试

选择淡水钻井液的配方包括：4％膨润土+0.2％Na₂CO₃+0.2％PAC-141+0.2％XC，向上述水基钻井液中分别加入上述实施例1-7中制得的润滑剂，以所述基浆计，所述润滑剂的加入量为2wt％。分别测试所得钻井液的各项性能，记录结果于下表1。

表1润滑性能测试结果

从上表数据可知，本发明所述油基润滑剂可实现水基钻井液的润滑之用，且所得钻井液的润滑系数降低率、密度恢复率、中压滤失量降低率、表观粘度降低率及粘附系数降低率均较现有技术常规润滑剂更好。

2、耐高温性能

选择淡水钻井液的基浆配方包括：4％膨润土+0.2％Na₂CO₃+0.2％PAC-141+0.2％XC，向上述水基钻井液中分别加入上述实施例1-7中制得的润滑剂，以所述基浆计，所述润滑剂的加入量为2wt％。测试其对钻井液塑性粘度、动切力、动塑比等指标的影响，并测定所述润滑剂的耐高温性能。

表2耐高温性能测试结果

从上表数据可以看出，本发明所述润滑剂对水基钻井液基浆的塑性粘度、动切力、API滤失量等流变性能指标几乎没有影响；而且，所述润滑剂在高温条件下依然具有较好的性能。可见，所述油基润滑剂与淡水钻井液具有很好的配伍性。

3、抗盐抗钙性能测试

选择含KCl及CaCl₂钻井液基浆配方包括：3％膨润土+0.2％Na₂CO₃+0.2％CMC+4％KCl+4％CaCl₂+0.5％KOH+0.4％HPAM。

以所述基浆总量计，分别向钻井液中加入2wt％的实施例1-7制得的润滑剂，并测定其极压润滑系数，记录于下表3。

表3抗盐抗钙性能测试

编号	极压润滑系数
		基浆	0.33
实施例1	0.09
		实施例2	0.09
实施例3	0.08
		实施例4	0.07
实施例5	0.07
		实施例6	0.06
实施例7	0.06

可见，本发明所述润滑剂能够适应于含盐及含钙钻井液基浆的润滑之用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种新型钻井液用油基润滑剂，其特征在于，其制备原料包括如下重量份的组分：

2.根据权利要求1所述的新型钻井液用油基润滑剂，其特征在于，其制备原料包括如下重量份的组分：

3.根据权利要求1或2所述的新型钻井液用油基润滑剂，其特征在于，所述催化剂包括二月桂酸二正辛基锡。

4.根据权利要求1-3任一项所述的新型钻井液用油基润滑剂，其特征在于，所述生物柴油为以脂肪酸甲酯为主要成分的生物柴油。

5.根据权利要求1-4任一项所述的新型钻井液用油基润滑剂，其特征在于，所述原料还包括2,6-二叔丁基-4-甲酚0.5-2重量份。

6.一种制备权利要求1-5任一项所述新型钻井液用油基润滑剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)取选定量的所述均苯三甲酸三缩水甘油酯和丁二酰丁二酸二乙酯混合，并加热至熔融态；

(2)保持该温度下，向上述混合物料中加入配方量的所述2,5-二甲基-2,5-己二醇和辛氧基甘油，并加入选定量的所述催化剂，在氮气保护下、于220-240℃进行反应；

(3)控制反应体系降温至170-180℃，并加入配方量的所述六氢苯酐进行反应，趁热高温出料，冷却后与选定量的所述生物柴油混匀，经均质处理，即得。

7.根据权利要求6所述的制备所述新型钻井液用油基润滑剂的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在降温步骤前还包括趁热加入所述2,6-二叔丁基-4-甲酚的步骤。

8.权利要求1-5任一项所述的新型钻井液用油基润滑剂用于制备油田钻井液的用途。

9.一种水基油田钻井液，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的新型钻井液用油基润滑剂。

10.根据权利要求9所述的水基油田钻井液，其特征在于，以所述钻井液的总重量计，所述油基润滑剂的添加量为2-3wt％。