CN109825265A - 一种钻井用液体无荧光润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井用液体无荧光润滑剂，采用白油50‑60份，磺化棕榈油6‑12份，植物油酸4‑8份，辛基酚聚氧乙烯醚‑10 5‑12份，山梨糖醇酐油酸酯12‑18份，氯化烷烃6‑15份制成，该润滑剂以白油为油基进行制作，辅以合成的阴离子表面活性剂磺化棕榈油及非离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚‑10、山梨糖醇酐植物油酸酯等，最终得到一种高效、环保、抗盐的无荧光润滑剂，且该润滑剂的极压润滑系数能够达到98%；泥饼粘滞系数能达到70%；能够使用于水平井与大斜井，与其他钻井液材料配伍性好，在钻井液体系中具有优良的润滑性能；无荧光或荧光级别极低，能较好的配合地质录井等特殊作业。

Description

一种钻井用液体无荧光润滑剂

技术领域

本发明属于石油天然气及地质勘探开发中的钻井液领域，公开了一种钻井用液体无荧光润滑剂。

背景技术

钻井液润滑剂是钻井液中的重要添加剂，其作用是降低钻具与裸眼井壁之间和钻具与金属套管之间的摩擦阻力，防止泥包钻头，进而起到提高钻速、防止卡钻和减少钻具磨损的目的。近年来，由于钻井技术的发展，钻井液润滑性能日益受到重视，各油田对钻井液润滑剂需求量较大。发展至今，钻井液润滑剂种类非常繁多，目前国内的液体润滑剂主要由矿物油、乳化剂和一些辅助药剂合成，但多存在不足之处：①润滑性能单一，仅起到降低钻具与套管井壁间摩擦，或仅起到降低钻具与裸眼井壁间的摩擦，两种润滑功能兼顾的润滑剂较少；②润滑剂的抗温能力差，在钻井液中经120℃高温老化一段时间后，润滑剂分解，润滑能力大幅度降低，且易起泡；③荧光级别高，严重干扰录井，不便于在探井当中使用。与国外同类产品相比，我国的钻井液润滑剂品种少，性能差，尤其是在提倡环保的情况下，无法满足国内工作的需求。且目前的一些液体润滑剂不仅产品的稳定性无法保障，同时不能达到定向井，尤其是针对大斜度、大位移定向钻井的要求。

此外，按照钻井过程中的润滑机理和润滑部位可将润滑剂分为四类：第一类是降低钻具与套管之间摩擦的极压润滑剂，它通常是含有S、P、N、B、O、Cl等元素的物质，在极压条件下，可在钻具和套管的金属表面发生化学反应，形成一层致密、抗极压且具有降低摩阻性质的化学膜，进而降低钻具与套管之间的摩擦；第二类是降低钻具与裸眼井壁之间摩擦，防止压差卡钻的泥饼粘附润滑剂，它是通过改善泥饼质量，提高泥饼的油滑性，进而降低钻具与井壁之间的摩擦；第三类是在钻具和套管之间存在的微球或具有层间滑动性质的石墨类物质，其可将钻具与套管之间的干摩擦转变为滚动摩擦或滑动摩擦；第四类是流体减阻剂，它通常是一种高分子聚合物，依靠自身的粘弹性来抑制钻井液流体因湍流而产生的径向能量耗散，进而降低钻井液流体的摩阻，减少钻井液流体压降损失，最终实现降低钻井液泵送压力的目的。相对于其它三种润滑剂，泥饼粘附润滑剂的长处在于它能更好的预防和降低压差卡钻，确保井下安全，并对降低钻具扭矩、提高钻速也有着非常大的贡献。

目前，在泥饼粘附润滑的研究方面有着非常大的缺陷和不足。泥饼粘附润滑剂发展的初期，主要是直接采用原油作为钻井液润滑剂。发展到现在，直接采用原油的方式已被淘汰，取而代之的主要是沥青类和乳化矿物油或动植物油类。由于环保的需要，沥青类润滑剂用量越来越少。由于乳化油类不能在泥饼形成有效吸附，使泥饼粘附润滑能力难以达到要求。极压润滑剂，主要也是添加乳化剂和极压添加剂的油类产品，虽然在极压润滑方面已经做到了极致，但其在泥饼粘附润滑性同上面提到的乳化油类一样，不能在泥饼上有效的吸附，使泥饼粘附润滑能力达不到要求。

基于上述分析，一种润滑系数达97%、泥饼粘滞系数达70%，可使用于水平井与大斜井的高效、环保、无荧光润滑剂是目前行业内急需的。

发明内容

鉴于上足不足，本发明提供了一种润滑系数达97%、泥饼粘滞系数达70%，可使用于水平井与大斜井的高效、环保、无荧光润滑剂，具体实施方案如下：

一种钻井用液体无荧光润滑剂，由如下重量份配比的原料制成：白油50-60份，磺化棕榈油6-12份，植物油酸4-8份，辛基酚聚氧乙烯醚-10 5-12份，山梨糖醇酐油酸酯12-18份，氯化烷烃6-15份。

进一步的，该润滑剂由如下重量份配比的原料制成：白油58份，磺化棕榈油8份，植物油酸6份，辛基酚聚氧乙烯醚-10 8份，山梨糖醇酐油酸酯12份，氯化烷烃8份。

一种钻井用液体无荧光润滑剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将山梨糖醇酐油酸酯与植物油酸放入反应釜中混溶，调节酸度值，得混合物备用；

（2）向混合物中依次加入白油与脱水磺化棕榈油，最后加入辛基酚聚氧乙烯醚-10、氯化烷烃持续搅拌，即得一种钻井用液体无荧光润滑剂。

进一步的，步骤（1）所述pH值为7-8。

进一步的，步骤（2）所述持续搅拌时间为2h。

进一步的，步骤（2）所述脱水磺化棕榈油由如下方式制得，按重量份配比计，取100-200份棕榈油置于反应釜中，开启搅拌器，取50-100份浓硫酸置于漏斗中，缓慢向棕榈油中滴加，控制反应温度，当达到反应终点后，用水稀释、水洗，最后加入10-20份工业氯化钠，继续搅拌20分钟后，静置分层后，将上层磺化棕榈油用液碱中和pH为7.0-7.5后分离，得脱水磺化棕榈油备用。

进一步的，所述搅拌器速率为60r/min。

进一步的，所述滴加时间为2h。

进一步的，所述反应温度为50℃。

本发明还公开了一种根据上述任意所述制备方法制得的钻井用液体无荧光润滑剂。

本发明的有益效果在于：

1、本发明以白油为基础油，配合磺化棕榈油、辛基酚聚氧乙烯醚-10、山梨糖醇酐油酸酯，减少外界阳离子对润滑剂的影响，防止因产生高价盐而失效或破乳，保证其润滑效果及稳定性。

2、棕榈油来源广泛，价格较低，且可以选用熔点低的原料合成，保证产物的低温稳定性。

3、辅以植物油酸及氯化烷烃得到的产品极压润滑系数降低率能够达到97%；泥饼粘滞系数降低率能达到70%；在钻井液体系中，150℃热滚16h后依然保持良好的泥饼黏附润滑性能；能够使用于水平井与大斜井，无荧光或荧光级别极低无法显示，能较好的配合地质录井等特殊作业。

具体实施方式

实施例1

一种钻井用液体无荧光润滑剂

（1）将8kg山梨糖醇酐油酸酯与10kg植物油酸放入反应釜中混溶，调节酸度值至7.5，得混合物备用；

（2）取150kg棕榈油置于反应釜中，开启搅拌器速率为60r/min，取75kg浓硫酸置于漏斗中，缓慢向棕榈油中滴加，滴加时间为2h，控制反应温度为50℃，当达到反应终点后，用水稀释、水洗，最后加入15kg工业氯化钠，继续搅拌20分钟后，静置分层后，将上层磺化棕榈油用液碱中和pH为7.2后分离，得脱水磺化棕榈油备用；

（3）向混合物中依次加入60kg白油与6kg脱水磺化棕榈油，最后加入8kg辛基酚聚氧乙烯醚-10、8kg氯化烷烃持续搅拌，即得一种钻井用液体无荧光润滑剂。

实施例2

一种钻井用液体无荧光润滑剂

（1）将10kg山梨糖醇酐油酸酯与8kg植物油酸放入反应釜中混溶，调节酸度值至7，得混合物备用；

（2）取100kg棕榈油置于反应釜中，开启搅拌器速率为60r/min，取50kg浓硫酸置于漏斗中，缓慢向棕榈油中滴加，滴加时间为2h，控制反应温度为50℃，当达到反应终点后，用水稀释、水洗，最后加入10kg工业氯化钠，继续搅拌20分钟后，静置分层后，将上层磺化棕榈油用液碱中和pH为7.0后分离，得脱水磺化棕榈油备用；

（3）向混合物中依次加入56kg白油与8kg脱水磺化棕榈油，最后加入8kg辛基酚聚氧乙烯醚-10、10kg氯化烷烃持续搅拌，即得一种钻井用液体无荧光润滑剂。

实施例3

一种钻井用液体无荧光润滑剂

（1）将12kg山梨糖醇酐油酸酯与6kg植物油酸放入反应釜中混溶，调节酸度值至8，得混合物备用；

（2）取200kg棕榈油置于反应釜中，开启搅拌器速率为60r/min，取100kg浓硫酸置于漏斗中，缓慢向棕榈油中滴加，滴加时间为2h，控制反应温度为50℃，当达到反应终点后，用水稀释、水洗，最后加入20kg工业氯化钠，继续搅拌20分钟后，静置分层后，将上层磺化棕榈油用液碱中和pH为7.5后分离，得脱水磺化棕榈油备用；

（3）向混合物中依次加入56kg白油与10kg脱水磺化棕榈油，最后加入8kg辛基酚聚氧乙烯醚-10、8kg氯化烷烃持续搅拌，即得一种钻井用液体无荧光润滑剂。

试验例1

技术指标如下表1：

表1 实施例1、2、3在淡水基浆中的效果检测

。

从试验数据可以看出，本发明的一种钻井液用液体无荧光润滑剂在淡水浆中，密度变化值小于等于0.08g/cm³，表观粘度升高中小于等于5.0mPa•s，说明该液体润滑剂对基浆的密度和表观粘度影响较小，润滑系数降低率达到90%以上，泥饼黏附系数降低率达到60%以上，最高可达70%，说明该液体润滑剂的润滑效果优异。

上述表1中，淡水基浆的泥饼黏附系数降低率、润滑系数降低率检测方法如下：

（1）泥饼黏附润滑测试：分别量取四份 400mL的蒸馏水，高速搅拌下分别加入 20g膨润土（称准至0.01 g），0.8g无水碳酸钠（称准至0.01 g），累计高速搅拌 20 min，在25±1℃下密闭养护 24 h。取其中两份基浆分别加入4.5 mL试样，然后与另外两份基浆一起同时高速搅拌10min。

采用泥饼黏附系数仪分别测定基浆及加入试样后的泥饼黏附系数。操作步骤如下：首先，在3.5MPa压差下滤失30min，在测试仪器的钻井液杯底形成一滤饼；之后，在相同压差下将粘附盘粘附在泥饼上；最后，选取5个时间点用扭矩盘测试扭矩，由此来评价粘附盘与泥饼之间的摩阻大小。测试的时间点分别为5min、10min、15min、30min、45min，并最终以45min时的读数为最终的扭矩读数。

泥饼粘附系数降低率计算公式：

泥饼粘附系数降低率＝(T_基–T_润)/T_基×100％，

式中：T_基为未加入润滑剂的钻井液扭矩读数，T_润为加入润滑剂的钻井液扭矩读数。

（2）极压润滑测试：分别量取四份 400 mL 的蒸馏水，高速搅拌下分别加入 20g膨润土（称准至0.01 g），0.8g 无水碳酸钠（称准至0.01 g），累计高速搅拌 20 min，在25±1℃下密闭养护 24 h。取其中两份基浆分别加入2 mL试样，然后与另外两份基浆一起同时高速搅拌10min。

采用fann212型极压润滑仪测试极压摩阻，基浆及加入试样后的测试条件应完全一致。操作步骤如下：首先，用纯净水对机器进行校验，不加压时扭矩读数为0，转速为60rpm；加压到150英寸磅(inch-pounds)时，转速仍保持60rpm；之后，在加压到150inch-pounds的情况下运转5min，测试纯净水的扭矩读数，确保纯净水的扭矩读数在28~42之间。将纯净水换成需测试的浆液，在加压150inch-pounds的情况下运转5min，读出测试的浆液的扭矩读数。每次测试浆液扭矩前先用纯净水对机器进行校验。

极压润滑系数降低率计算公式：

极压润滑系数降低率＝(M_基/M_水–M_润/M*_水)/(M_基/M_水)×100％，式中：

M_基：未加入润滑剂的钻井液极压扭矩读数；

M_润：添加了润滑剂的钻井液极压扭矩读数；

M_水：在测未加入润滑剂的钻井液前测得的纯净水的极压扭矩读数；

M*_水：在测加入润滑剂的钻井液前测得的纯净水的极压扭矩读数。

试验例2：

本试验例选择实施例1的样品进行测试，聚合物钻井液体系配方：3%土浆+0.3%80A51+1%PAC -Lv +1.5%水解聚丙烯腈铵盐+0.5%Na₂CO₃+1.5%液体无荧光润滑剂

试验方法如下：

在4个高搅杯中加入400 mL蒸馏水后加入12g试验用配浆土，高速搅拌20min，期间应多次取下刮试杯壁；在（25±1）℃密闭养护24h。

取两份分别依次加入1.2g 80A51、4gPAC-Lv、6g水解聚丙烯腈铵盐、2g无水碳酸钠、6g液体无荧光润滑剂。每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

另外两份分别依次加入1.2g 80A51、4gPAC-Lv、6g水解聚丙烯腈铵盐、2g无水碳酸钠，每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

将配置好的4份试验浆装入老化罐中，放入滚子炉中在（150±5）℃下恒温滚动老化16h，取出老化罐冷至室温，试验浆高速搅拌5min后，采用泥饼黏附系数仪分别测定基浆及加入试样后的泥饼黏附系数，最终得到黏附系数降低率。

试验数据如表2所示：

表2 聚合物钻井液体系试验数据

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表2中的数据表明，实施例1所得润滑剂经150℃热滚16h后依然保持良好的泥饼黏附润滑性能，说明由上述配方制得的润滑剂泥饼粘附润滑性能佳，同时具有良好的抗温性能，可抗高温可达到150℃。并且在该聚合物钻井液体系中，实施例1相对于市场同类产品泥饼黏附系数降低率高了近10%，润滑效果优异。

试验例3：

本试验例选择实施例1的样品进行测试，聚磺钻井液体系配方：3%土浆+0.4%FA-367+0.2%XC +2%磺化沥青+1.5%SPNH+2%SMP +2%无荧光润滑剂

试验方法如下：

在4个高搅杯中加入400 mL蒸馏水后加入12g试验用配浆土，高速搅拌20min，期间应多次取下刮试杯壁；在（25±1）℃密闭养护24h。

取两份分别依次加入1.6g FA-367、0.8gXC、8g磺化沥青、6g SPNH、8g SMP、8g液体无荧光润滑剂。每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

另外两份分别依次加入1.6g FA-367、0.8g XC、8g磺化沥青、6g SPNH、8g SMP，每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

将配置好的4份试验浆装入老化罐中，放入滚子炉中在（120±5）℃下恒温滚动老化16h，取出老化罐冷至室温，试验浆高速搅拌5min后，采用泥饼黏附系数仪分别测定基浆及加入试样后的泥饼黏附系数，最终得到黏附系数降低率。

试验数据如表3所示：

表3 聚磺钻井液体系试验数据

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表3中的数据表明，实施例1所得润滑剂经120℃热滚16h后依然保持良好的泥饼黏附润滑性能，该钻井液体系可用于斜井段、水平段，说明由上述配方制得的润滑剂对斜井段、水平段钻井液具有有效的润滑作用。并且在该聚磺钻井液体系中，实施例1相对于市场同类产品泥饼黏附系数降低率高了近9%，润滑效果优异。

试验例4

荧光级别测试：

参比四川绵阳地区的原油，对实施例1~3中的润滑剂产品进行了荧光级别测试，测试方法如下：

在洁净、烘干的100mL烧杯中加入20mL三氯甲烷，加入1g（精确到0.01g）待测定荧光级别的试样，摇匀、放置、澄清，倒出一部分澄清液于干净试管中，在紫外光仪下观看荧光并与已确定好的绵阳地区原油荧光级别系列进行对比，观察荧光强弱来确定荧光级别，测试结果如下表4所示。

表4实施例1、2、3润滑剂的荧光级别检测

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表4中的数据表明，实施例1、2、3所得润滑剂无荧光或级别极低无法显示，能够较好的配合现场地质录井等特殊作业。

上述实施例仅是对本发明产品的说明，并非对本发明做出任何形式上的限制，不脱离本发明技术方案的范围之内，任何利用上述揭示的技术内容作出简单变换的等同方案，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钻井用液体无荧光润滑剂，其特征在于，该润滑剂由如下重量份配比的原料制成：白油50-60份，脱水磺化棕榈油6-12份，植物油酸4-8份，辛基酚聚氧乙烯醚-10 5-12份，山梨糖醇酐油酸酯12-18份，氯化烷烃6-15份。

2.根据权利要求1所述的润滑剂，其特征在于，该润滑剂由如下重量份配比的原料制成：白油58份，脱水磺化棕榈油8份，植物油酸6份，辛基酚聚氧乙烯醚-10 8份，山梨糖醇酐油酸酯12份，氯化烷烃8份。

3.一种根据权利要求1或2所述钻井用液体无荧光润滑剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）将山梨糖醇酐油酸酯与植物油酸放入反应釜中混溶，调节酸度值，得混合物备用；

（2）向混合物中依次加入白油与脱水磺化棕榈油，最后加入辛基酚聚氧乙烯醚-10、氯化烷烃持续搅拌，即得一种钻井用液体无荧光润滑剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述酸度值为7-8。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述持续搅拌时间为2h。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述脱水磺化棕榈油由如下方式制得，按重量份配比计：取100-200份棕榈油置于反应釜中，开启搅拌器，取50-100份浓硫酸置于漏斗中，缓慢向棕榈油中滴加，控制反应温度，当达到反应终点后，用水稀释、水洗，最后加入10-20份工业氯化钠，继续搅拌20分钟后，静置分层后，将上层磺化棕榈油用液碱中和pH为7.0-7.5后分离，得脱水磺化棕榈油备用。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌器速率为60r/min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述滴加时间为2h。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度为50℃。

10.一种根据权利要求3~9任意所述制备方法制得的钻井用液体无荧光润滑剂。