CN110564382A - 一种钻井液用抗盐润滑剂及其制备方法 - Google Patents

一种钻井液用抗盐润滑剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井液用抗盐润滑剂及其制备方法，属于润滑剂技术领域。其包括：按重量份计，生物柴油25‑35份、改性聚硅氧烷45‑60份、司班20‑30份、月桂醇聚乙烯醚10‑20份、十二烷基葡萄糖酸苷5‑10份、十二烷基苯磺酸钠5‑10份、润滑助剂5‑15份和水130‑180份。本发明采用对聚硅氧烷进行改性并辅以十二烷基苯磺酸钠来制备抗盐润滑剂，其抗盐效果明显，分散性好。

Description

一种钻井液用抗盐润滑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及润滑剂技术领域，具体涉及一种钻井液用抗盐润滑剂及其制备方法。
背景技术
近年来，伴随着石油勘探开发难度和复杂程度的不断增加，深井、超深井、大位移水平井等复杂井不断增多，钻井过程中的摩阻越来越大，钻具的磨损以及钻井过程中的事故不断增多，对钻井液的润滑性能也提出了更高的要求。
钻井液润滑性能的改善主要通过向钻井液中加入润滑剂，以降低钻头与岩石的表面、钻具与套管或井壁之间的摩擦阻力，减少卡钻等事故的发生。
目前，常用的钻井液液体润滑剂有矿物油或植物油等油类润滑剂和聚硅氧烷类乳液型润滑剂，其中，聚硅氧烷乳液型润滑剂抗盐性能差。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻井液用抗盐润滑剂及其制备方法，以解决现有聚硅氧烷乳液型润滑剂抗盐性能差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种钻井液用抗盐润滑剂，包括：按重量份计，生物柴油25-35份、改性聚硅氧烷45-60份、司班20-30份、月桂醇聚乙烯醚10-20份、十二烷基葡萄糖酸苷5-10份、十二烷基苯磺酸钠5-10份、润滑助剂5-15份和水130-180份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述钻井液用抗盐润滑剂包括：按重量份计，生物柴油27-32份、改性聚硅氧烷50-55份、司班22-28份、月桂醇聚乙烯醚12-18份、十二烷基葡萄糖酸苷6-9份、十二烷基苯磺酸钠6-9份、润滑助剂8-12份和水140-170份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性聚硅氧烷的制备过程为：
(1)将甲基十二烷基二甲氧基硅烷和二甲基四苯基二硅氧烷加入到水中，并加入氢氧化钠，在搅拌下进行水解，经水洗、中和、干燥后得到混合水解物；
(2)将混合水解物与六甲基二硅氧烷混合，并加入氯铂酸，在微氮保护下，在40-60℃下反应3h-8h后，经中和、水洗、减压蒸馏得到改性聚硅氧烷；
其中，二甲基四苯基二硅氧烷、甲基十二烷基二甲氧基硅烷、氢氧化钠、六甲基二硅氧烷和氯铂酸加入质量比为1：(3.2-4.5)：(0.2-0.5)：(0.1-0.2)：(0.01-0.05)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述润滑助剂包括石墨粉和蛇纹石粉，其质量比为1：(0.5-0.8)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述石墨粉和蛇纹石粉的粒径为100-150nm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述润滑助剂是用十六烷基硫酸钠处理石墨粉和蛇纹石粉得到，十六烷基硫酸钠的质量为所述石墨粉和所述蛇纹石粉总质量的(5-10)倍。
上述钻井液用抗盐润滑剂的制备方法，其特征在于，包括：
S1：制备改性聚硅氧烷；
S2：制备润滑助剂；
S3：将上述的生物柴油、改性聚硅氧烷和月桂醇聚乙烯醚搅拌混合均匀，并升温至40-70℃，保温1-3h，得到第一混合液；
S4：取部分水与十二烷基葡萄糖酸苷、润滑助剂和十二烷基苯磺酸钠搅拌混合均匀，得到第二混合液；
S5：向剩余水中加入第一混合液、第二混合液和司班，搅拌混合均匀后制得钻井液用抗温润滑剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性聚硅氧烷的制备过程为：
(1)将甲基十二烷基二甲氧基硅烷和二甲基四苯基二硅氧烷加入到水中，并加入氢氧化钠，在搅拌下进行水解，经水洗、中和、干燥后得到混合水解物；
(2)将混合水解物与六甲基二硅氧烷混合，并加入氯铂酸，在微氮保护下，在40-60℃下反应3h-8h后，经中和、水洗、减压蒸馏得到改性聚硅氧烷；
其中，二甲基四苯基二硅氧烷、甲基十二烷基二甲氧基硅烷、氢氧化钠、六甲基二硅氧烷和氯铂酸加入质量比为1：(3.2-4.5)：(0.2-0.5)：(0.1-0.2)：(0.01-0.05)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述润滑助剂的制备过程为：将石墨粉和蛇纹石粉超声分散于乙醇中，然后加入十六烷基硫酸钠搅拌80-100℃下反应2-3h，过滤，清洗，干燥，制得所述润滑助剂。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用对聚硅氧烷进行改性并辅以十二烷基苯磺酸钠来制备抗盐润滑剂，其抗盐效果明显，分散性好。
本发明的改性聚硅氧烷通过甲基十二烷基二甲氧基硅烷、二甲基四苯基二硅氧烷和六甲基二硅氧烷制得，在改性聚硅氧烷的结构中引入长链烷基，长链烷基的引入增大了聚硅氧烷侧基的空间位阻，能有效改善改性聚硅氧烷的边界和挤压润滑性，且长链烷基的碳数越大，其表面润滑性能就越好。同时还能提高润滑助剂的分散性。此外，还在改性聚硅氧烷的结构中引入刚性基团苯基，能有效提高润滑剂的抗盐性能。
本发明通过加入以石墨粉和蛇纹石粉构成的润滑助剂，提高整个润滑剂的氧化稳定性和热稳定性。石墨和蛇纹石的化学键为范德华力，面间结合力弱，面间很容易剪切,因此在摩擦力小的情况下也能够支持垂直于基础面的负荷，承载能力强；而且石墨和蛇纹石具有耐高温性能，可提高润滑剂的耐高温稳定性。此外，为进一步提高石墨粉和蛇纹石粉的分散性，本发明还用十六烷基硫酸钠在石墨粉和蛇纹石粉表面接枝，使之能够更好地分散于体系中。
本发明还通过加入月桂醇聚乙烯醚和十二烷基葡萄糖酸苷提高整个抗盐润滑剂的润湿性，加入的十二烷基苯磺酸钠属于阴离子表面活性剂能辅助司班有利于润滑剂的乳化，并且抗盐能力强，能辅助提高润滑剂的抗盐性能。
本发明根据所选取的原料以及与之配套的生产工艺条件，保证每个步骤的产物品质以及产率，从而确保整个润滑剂的制备具有良好的产品收率，保证良好的经济价值，更有利于大规模生产应用。而且，本发明的整个反应过程不涉及高投入设备，对设备要求低，工艺流程简单易操作。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂包括：按重量份计，生物柴油25份、改性聚硅氧烷45份、司班2份、月桂醇聚乙烯醚10份、十二烷基葡萄糖酸苷5份、十二烷基苯磺酸钠5份、润滑助剂5份和水130份。
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂的制备方法包括：
S1：制备改性聚硅氧烷；
(1)将甲基十二烷基二甲氧基硅烷和二甲基四苯基二硅氧烷加入到水中，并加入氢氧化钠，在搅拌下进行水解，经水洗、中和、干燥后得到混合水解物；
(2)将混合水解物与六甲基二硅氧烷混合，并加入氯铂酸，在微氮保护下，在40℃下反应3h后，经中和、水洗、减压蒸馏得到改性聚硅氧烷；
其中，二甲基四苯基二硅氧烷、甲基十二烷基二甲氧基硅烷、氢氧化钠、六甲基二硅氧烷和氯铂酸加入质量比为1：3.2：0.2：0.1：0.01。
S2：制备润滑助剂；
将粒径为100nm的石墨粉和蛇纹石粉超声分散于乙醇中，然后加入十六烷基硫酸钠搅拌80℃下反应2h，过滤，清洗，干燥，制得润滑助剂。
S3：将上述的生物柴油、改性聚硅氧烷和月桂醇聚乙烯醚搅拌混合均匀，并升温至40℃，保温1h，得到第一混合液；
S4：取部分水与十二烷基葡萄糖酸苷、润滑助剂和十二烷基苯磺酸钠搅拌混合均匀，得到第二混合液；
S5：向剩余水中加入第一混合液、第二混合液和司班，搅拌混合均匀后制得钻井液用抗温润滑剂。
实施例2：
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂包括：生物柴油27份、改性聚硅氧烷50份、司班22份、月桂醇聚乙烯醚12份、十二烷基葡萄糖酸苷6份、十二烷基苯磺酸钠6份、润滑助剂8份和水140份。
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂的制备方法包括：
S1：制备改性聚硅氧烷；
(1)将甲基十二烷基二甲氧基硅烷和二甲基四苯基二硅氧烷加入到水中，并加入氢氧化钠，在搅拌下进行水解，经水洗、中和、干燥后得到混合水解物；
(2)将混合水解物与六甲基二硅氧烷混合，并加入氯铂酸，在微氮保护下，在45℃下反应5h后，经中和、水洗、减压蒸馏得到改性聚硅氧烷；
其中，二甲基四苯基二硅氧烷、甲基十二烷基二甲氧基硅烷、氢氧化钠、六甲基二硅氧烷和氯铂酸加入质量比为1：4：0.35：0.15：0.03。
S2：制备润滑助剂；
将粒径为120nm的石墨粉和蛇纹石粉超声分散于乙醇中，然后加入十六烷基硫酸钠搅拌90℃下反应2.5h，过滤，清洗，干燥，制得润滑助剂。
S3：将上述的生物柴油、改性聚硅氧烷和月桂醇聚乙烯醚搅拌混合均匀，并升温至55℃，保温2h，得到第一混合液；
S4：取部分水与十二烷基葡萄糖酸苷、润滑助剂和十二烷基苯磺酸钠搅拌混合均匀，得到第二混合液；
S5：向剩余水中加入第一混合液、第二混合液和司班，搅拌混合均匀后制得钻井液用抗温润滑剂。
实施例3：
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂包括：生物柴油30份、改性聚硅氧烷52份、司班25份、月桂醇聚乙烯醚15份、十二烷基葡萄糖酸苷7份、十二烷基苯磺酸钠7份、润滑助剂10份和水155份。
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂的制备方法包括：
S1：制备改性聚硅氧烷；
(1)将甲基十二烷基二甲氧基硅烷和二甲基四苯基二硅氧烷加入到水中，并加入氢氧化钠，在搅拌下进行水解，经水洗、中和、干燥后得到混合水解物；
(2)将混合水解物与六甲基二硅氧烷混合，并加入氯铂酸，在微氮保护下，在60℃下反应8h后，经中和、水洗、减压蒸馏得到改性聚硅氧烷；
其中，二甲基四苯基二硅氧烷、甲基十二烷基二甲氧基硅烷、氢氧化钠、六甲基二硅氧烷和氯铂酸加入质量比为1：4.5：0.5：0.2：0.05。
S2：制备润滑助剂；
将粒径为150nm的石墨粉和蛇纹石粉超声分散于乙醇中，然后加入十六烷基硫酸钠搅拌100℃下反应3h，过滤，清洗，干燥，制得润滑助剂。
S3：将上述的生物柴油、改性聚硅氧烷和月桂醇聚乙烯醚搅拌混合均匀，并升温至70℃，保温3h，得到第一混合液；
S4：取部分水与十二烷基葡萄糖酸苷、润滑助剂和十二烷基苯磺酸钠搅拌混合均匀，得到第二混合液；
S5：向剩余水中加入第一混合液、第二混合液和司班，搅拌混合均匀后制得钻井液用抗温润滑剂。
实施例4：
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂包括：生物柴油32份、改性聚硅氧烷55份、司班28份、月桂醇聚乙烯醚18份、十二烷基葡萄糖酸苷9份、十二烷基苯磺酸钠9份、润滑助剂12份和水170份。
本实施例的制备方法与实施例3相同。
实施例5：
本实施例的钻井液用抗盐润滑剂包括：生物柴油35份、改性聚硅氧烷60份、司班30份、月桂醇聚乙烯醚20份、十二烷基葡萄糖酸苷10份、十二烷基苯磺酸钠10份、润滑助剂15份和水180份。
本实施例的制备方法与实施例3相同。
试验例
本试验例采用的钻井液原浆，其成分为4％膨润土+0.2％Na2CO3+0.2％PAC-141+0.2％XC，将上述实施例分别按照2wt％的比例加入至上述原浆中，检测润滑剂在原浆中的配伍性能，并测定在120℃检测其耐高温性能，结果见表1。
表1
从表1可以看出，本发明的润滑剂在钻井液原浆中的塑性粘度、动切力、API滤失量等流变性能指标并无影响，说明具有很好的配伍性和抗温性。
选择含KCl及CaCl2钻井液原浆，其成分为：4％膨润土+0.2％Na2CO3+0.2％CMC+4％KCL+4％CaCl2+0.5％KOH+0.4％HPAM，将上述实施例分别按照2wt％的比例加入至上述原浆中，并测定其极压润滑系数，结果见表2。
表2
从表2可以看出，本发明的润滑剂能适用于含盐含钙钻井液原浆的润滑使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钻井液用抗盐润滑剂，其特征在于，包括：按重量份计，生物柴油25-35份、改性聚硅氧烷45-60份、司班20-30份、月桂醇聚乙烯醚10-20份、十二烷基葡萄糖酸苷5-10份、十二烷基苯磺酸钠5-10份、润滑助剂5-15份和水130-180份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用抗盐润滑剂，其特征在于，所述钻井液用抗盐润滑剂包括：按重量份计，生物柴油27-32份、改性聚硅氧烷50-55份、司班22-28份、月桂醇聚乙烯醚12-18份、十二烷基葡萄糖酸苷6-9份、十二烷基苯磺酸钠6-9份、润滑助剂8-12份和水140-170份。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液用抗盐润滑剂，其特征在于，所述改性聚硅氧烷的制备过程为：
(1)将甲基十二烷基二甲氧基硅烷和二甲基四苯基二硅氧烷加入到水中，并加入氢氧化钠，在搅拌下进行水解，经水洗、中和、干燥后得到混合水解物；
(2)将混合水解物与六甲基二硅氧烷混合，并加入氯铂酸，在微氮保护下，在40-60℃下反应3h-8h后，经中和、水洗、减压蒸馏得到改性聚硅氧烷；
其中，二甲基四苯基二硅氧烷、甲基十二烷基二甲氧基硅烷、氢氧化钠、六甲基二硅氧烷和氯铂酸加入质量比为1：(3.2-4.5)：(0.2-0.5)：(0.1-0.2)：(0.01-0.05)。
4.根据权利要求3所述的钻井液用抗盐润滑剂，其特征在于，所述润滑助剂包括石墨粉和蛇纹石粉，其质量比为1：(0.5-0.8)。
5.根据权利要求4所述的钻井液用抗盐润滑剂，其特征在于，所述石墨粉和所述蛇纹石粉的粒径为100-150nm。
6.根据权利要求4所述的钻井液用抗盐润滑剂，其特征在于，所述润滑助剂是用十六烷基硫酸钠处理所述石墨粉和蛇纹石粉得到，所述十六烷基硫酸钠的质量为所述石墨粉和所述蛇纹石粉总质量的(5-10)倍。
7.权利要求1-6任一项所述的钻井液用抗盐润滑剂的制备方法，其特征在于，包括：
S1：制备改性聚硅氧烷；
S2：制备润滑助剂；
S3：将上述的生物柴油、改性聚硅氧烷和月桂醇聚乙烯醚搅拌混合均匀，并升温至40-70℃，保温1-3h，得到第一混合液；
S4：取部分水与十二烷基葡萄糖酸苷、润滑助剂和十二烷基苯磺酸钠搅拌混合均匀，得到第二混合液；
S5：向剩余水中加入第一混合液、第二混合液和司班，搅拌混合均匀后制得钻井液用抗温润滑剂。
8.根据权利要求7所述的钻井液用抗盐润滑剂的制备方法，其特征在于，所述改性聚硅氧烷的制备过程为：
(1)将甲基十二烷基二甲氧基硅烷和二甲基四苯基二硅氧烷加入到水中，并加入氢氧化钠，在搅拌下进行水解，经水洗、中和、干燥后得到混合水解物；
(2)将混合水解物与六甲基二硅氧烷混合，并加入氯铂酸，在微氮保护下，在40-60℃下反应3h-8h后，经中和、水洗、减压蒸馏得到改性聚硅氧烷；
其中，二甲基四苯基二硅氧烷、甲基十二烷基二甲氧基硅烷、氢氧化钠、六甲基二硅氧烷和氯铂酸加入质量比为1：(3.2-4.5)：(0.2-0.5)：(0.1-0.2)：(0.01-0.05)。
9.根据权利要求7所述的钻井液用抗盐润滑剂的制备方法，其特征在于，所述润滑助剂的制备过程为：将石墨粉和蛇纹石粉超声分散于乙醇中，然后加入十六烷基硫酸钠搅拌80-100℃下反应2-3h，过滤，清洗，干燥，制得所述润滑助剂。
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