CN111253919A - 一种钻井液用水基润滑剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于矿用添加剂技术领域，具体涉及一种钻井液用水基润滑剂的制备方法。本发明以松香、脂肪醇聚氧乙烯醚作为基础原料，通过在催化剂的作用下，与混合料进行反应，形成了醇醚丙酸类活性剂，在于松香形成的中间体进行结合，通过海藻酸的作用，提高了生物活性，增加了一定的降解性能，并且再通过后续利用添加剂的作用进行醚化、季铵化等反应，形成复合表面活性剂，可以有效的促进润滑效果，并且提高了乳化分散，并且在其中加入的马来酸酐等原料的作用，可以很好的能在金属、岩石和粘土表面吸附形成保护膜，使钻柱与井壁泥饼及岩石之间的固‑固摩擦变为疏水膜之间的摩擦来大大降低摩擦阻力及钻具的回转阻力，极大地改善了钻井液润滑性。

Description

一种钻井液用水基润滑剂的制备方法
技术领域
本发明属于矿用添加剂技术领域，具体涉及一种钻井液用水基润滑剂的制备方法。
背景技术
钻井液是指油气钻井过程中以其多功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称，俗称“泥浆”。钻井液的基本功能有：(1)携带和悬浮钻屑；(2)稳定井壁和平衡地层压力；(3)冷却和润滑钻头钻具；(4)传递水动力。根据配制钻井液所用的基液，钻井液可分为水基钻井液和油基钻井液。
钻井液的润滑性能对钻井工作影响很大。特别是在钻深井、定向井、水平井和丛式井中，钻柱的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高。由于影响钻井扭矩和阻力以及钻具磨损的主要可调节因素是钻井液的润滑性能。因此钻井液的润滑性能对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、快速钻井起着至关重要的作用。
钻井液用润滑剂的选择应满足以下基本要求：(1)润滑剂必须能润滑金属表面，并在其表面形成边界膜和次生结构；(2)应与基浆有良好的相容性，对钻井液的流变性和滤失性不产生不良影响；(3)不降低岩石破碎的效率；(4)具有良好的热稳定性和耐寒稳定性；(5)不腐蚀金属，不损坏密封材料；(6)不污染环境，易于生物降解，价格合理，且来源充足。钻井液润滑剂除了主要提高钻具的寿命及其工作指标外，还应不影响对地层资料的分析和评价，即润滑剂应具有低荧光或无荧光的性质。因此，润滑剂基础材料的选择应注意不使用含苯环，特别是多芳香烃的有机物质，而原油，尤其是重馏分、釜残物、沥青等因含荧光物质较多，避免使用。随着世界日益严格的环境保护法规和要求，对钻井液用润滑剂的环保性能提出了更高的要求。
目前市场上使用的钻井液用液体类润滑剂可分为油基润滑剂和水基润滑剂。油基润滑剂是以润滑性能较好的各种基础油为原料复配各种协同增效剂制成，其使用的基础油有矿物油、植物油及其脂类等。水基润滑剂以水溶液为基液，复配各种协同增效剂制成。中国专利200510069192.2公开了一种钻井液用固体润滑剂，该固体润滑剂是由下述重量％的原料制成：钠基膨润土60％～80％、阳离子表面活性剂10％～20％、阴离子表面活性剂10％～20％和少量消泡剂。在膨润土钻井液中加入0.5％该产品，同时加入5％的柴油，钻井液摩阻系数可从原来的0.36降低到0.062，而且加入后，钻井液流变性没有大的变化。该产品所用原材料成本较低，制备方法简单，易于实施，其润滑性、流变性、抗高温性均优于现有类似钻井液用固体润滑剂。
中国专利01106275.4公开了一种用于石油钻井工程的水溶性钻井液润滑剂及其制备方法。此种钻井液润滑剂采用轻质润滑油、白油或0号柴油作为原料，加入一定比例的分散剂、渗透剂、乳化剂、消泡剂加热、搅拌后加水复配而成。
上述油基润滑剂中，有些使用矿物油(如：白油、柴油、煤油等)，但矿物油毒性偏高，且不易生物降解；有些采用化学改性法制备产品，生产成本偏高；有些为了降低成本，使用粗油酯为原料，存在不愉快的气味。上述公开的水基润滑剂包括两种：一种为水包油乳液型润滑剂，另外一种为纯水基润滑剂。其中水包油乳液型润滑剂的内相含有矿物油，不利于环保；纯水基润滑剂的润滑效果一般达不到油基润滑剂的润滑效果。
因此，需要一种符合环保要求、改进的钻井液用水基润滑剂及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前钻井液用水基润滑剂润滑效果差，不环保的问题，提供一种钻井液用水基润滑剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种钻井液用水基润滑剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数计，取200～300份丙酮、110～120份混合料、100～130份松香、80～90份脂肪醇聚氧乙烯醚、6～9份催化剂，首先将丙酮、松香、脂肪醇聚氧乙烯醚放入反应釜中，氮气保护，预热；
(2)在预热结束后，加入混合料、催化剂，升温至160～170℃，搅拌反应，冷却，出料，收集出料物，将出料物蒸发去除丙酮，收集剩余物，将剩余物利用石油醚进行萃取，收集上层液；
(3)将上层液、混合溶剂、添加剂按质量比16:23～30:6～8进行混合，升温至65～70℃，搅拌反应，冷却至10～15℃，静置，过滤，将滤饼利用二氯甲烷进行洗涤，收集洗涤物；
(4)将洗涤物、辅助料及乙醇溶液按质量比10:6～8:20混合均匀，搅拌反应，收集反应混合，去除乙醇溶液，收集剩物，将剩物、分散剂及水按质量比16:3～6:20～23混合均匀，即得钻井液用水基润滑剂。
所述混合料为丙烯酸酯、聚乙二醇及海藻酸按质量比13:10:2～6混合而成。
所述催化剂为甲醇钠、亚磷酸按等质量比混合而成。
所述步骤(3)中混合溶剂为二氯甲烷、甲苯按体积比9:1～3混合而成。
所述步骤(3)中添加剂为环氧氯丙烷、四丁基溴化铵按质量比16:1～3混合而成。
所述步骤(4)中辅助料为三乙胺盐酸盐、马来酸酐按质量比6:9～12混合而成。所述步骤(4)中分散剂为吐温80、司班85中的任意一种。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明以松香、脂肪醇聚氧乙烯醚作为基础原料，通过在催化剂的作用下，与混合料进行反应，形成了醇醚丙酸类活性剂，在于松香形成的中间体进行结合，通过海藻酸的作用，提高了生物活性，增加了一定的降解性能，并且再通过后续利用添加剂的作用进行醚化、季铵化等反应，形成复合型、高活性及易降解的复合表面活性剂，可以有效的促进润滑效果，并且提高了乳化分散，并且在其中加入的马来酸酐等原料的作用，可以很好的能在金属、岩石和粘土表面吸附形成保护膜，使钻柱与井壁泥饼及岩石之间的固-固摩擦变为疏水膜之间的摩擦来大大降低摩擦阻力及钻具的回转阻力，极大地改善了钻井液润滑性。
具体实施方式
混合料为丙烯酸酯、聚乙二醇及海藻酸按质量比13:10:2～6混合而成。
催化剂为甲醇钠、亚磷酸按等质量比混合而成。
混合溶剂为二氯甲烷、甲苯按体积比9:1～3混合而成。
添加剂为环氧氯丙烷、四丁基溴化铵按质量比16:1～3混合而成。
辅助料为三乙胺盐酸盐、马来酸酐按质量比6:9～12混合而成。
分散剂为吐温80、司班85中的任意一种。
一种钻井液用水基润滑剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数计，取200～300份丙酮、110～120份混合料、100～130份松香、80～90份脂肪醇聚氧乙烯醚、6～9份催化剂，首先将丙酮、松香、脂肪醇聚氧乙烯醚放入反应釜中，氮气保护，在80～90℃预热1h；
(2)在预热结束后，加入混合料、催化剂，升温至160～170℃，搅拌反应6h，冷却至室温，出料，收集出料物，将出料物蒸发去除丙酮，收集剩余物，将剩余物利用石油醚进行萃取，收集上层液；
(3)将上层液、混合溶剂、添加剂按质量比16:23～30:6～8进行混合，升温至65～70℃，搅拌反应8h，冷却至10～15℃，静置1h，过滤，将滤饼利用二氯甲烷进行洗涤，收集洗涤物；
(4)将洗涤物、辅助料及乙醇溶液按质量比10:6～8:20混合均匀，在80℃搅拌反应9h，收集反应混合，去除乙醇溶液，收集剩物，将剩物、分散剂及水按质量比16:3～6:20～23混合均匀，即得钻井液用水基润滑剂。
实施例1
混合料为丙烯酸酯、聚乙二醇及海藻酸按质量比13:10:6混合而成。
催化剂为甲醇钠、亚磷酸按等质量比混合而成。
混合溶剂为二氯甲烷、甲苯按体积比9:3混合而成。
添加剂为环氧氯丙烷、四丁基溴化铵按质量比16:3混合而成。
辅助料为三乙胺盐酸盐、马来酸酐按质量比6:12混合而成。
分散剂为吐温80、司班85中的任意一种。
一种钻井液用水基润滑剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数计，取300份丙酮、120份混合料、130份松香、90份脂肪醇聚氧乙烯醚、9份催化剂，首先将丙酮、松香、脂肪醇聚氧乙烯醚放入反应釜中，氮气保护，在90℃预热1h；
(2)在预热结束后，加入混合料、催化剂，升温至170℃，搅拌反应6h，冷却至室温，出料，收集出料物，将出料物蒸发去除丙酮，收集剩余物，将剩余物利用石油醚进行萃取，收集上层液；
(3)将上层液、混合溶剂、添加剂按质量比16:30:8进行混合，升温至70℃，搅拌反应8h，冷却至15℃，静置1h，过滤，将滤饼利用二氯甲烷进行洗涤，收集洗涤物；
(4)将洗涤物、辅助料及乙醇溶液按质量比10:8:20混合均匀，在80℃搅拌反应9h，收集反应混合，去除乙醇溶液，收集剩物，将剩物、分散剂及水按质量比16:6:23混合均匀，即得钻井液用水基润滑剂。
实施例2
混合料为丙烯酸酯、聚乙二醇及海藻酸按质量比13:10:4混合而成。
催化剂为甲醇钠、亚磷酸按等质量比混合而成。
混合溶剂为二氯甲烷、甲苯按体积比9:2混合而成。
添加剂为环氧氯丙烷、四丁基溴化铵按质量比16:2混合而成。
辅助料为三乙胺盐酸盐、马来酸酐按质量比6:10混合而成。
分散剂为吐温80、司班85中的任意一种。
一种钻井液用水基润滑剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数计，取250份丙酮、115份混合料、120份松香、85份脂肪醇聚氧乙烯醚、8份催化剂，首先将丙酮、松香、脂肪醇聚氧乙烯醚放入反应釜中，氮气保护，在85℃预热1h；
(2)在预热结束后，加入混合料、催化剂，升温至165℃，搅拌反应6h，冷却至室温，出料，收集出料物，将出料物蒸发去除丙酮，收集剩余物，将剩余物利用石油醚进行萃取，收集上层液；
(3)将上层液、混合溶剂、添加剂按质量比16:26:7进行混合，升温至68℃，搅拌反应8h，冷却至13℃，静置1h，过滤，将滤饼利用二氯甲烷进行洗涤，收集洗涤物；
(4)将洗涤物、辅助料及乙醇溶液按质量比10:7:20混合均匀，在80℃搅拌反应9h，收集反应混合，去除乙醇溶液，收集剩物，将剩物、分散剂及水按质量比16:5:21混合均匀，即得钻井液用水基润滑剂。
实施例3
混合料为丙烯酸酯、聚乙二醇及海藻酸按质量比13:10:2混合而成。
催化剂为甲醇钠、亚磷酸按等质量比混合而成。
混合溶剂为二氯甲烷、甲苯按体积比9:1混合而成。
添加剂为环氧氯丙烷、四丁基溴化铵按质量比16:1混合而成。
辅助料为三乙胺盐酸盐、马来酸酐按质量比6:9混合而成。
分散剂为吐温80、司班85中的任意一种。
一种钻井液用水基润滑剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数计，取200份丙酮、110份混合料、100份松香、80份脂肪醇聚氧乙烯醚、6份催化剂，首先将丙酮、松香、脂肪醇聚氧乙烯醚放入反应釜中，氮气保护，在80℃预热1h；
(2)在预热结束后，加入混合料、催化剂，升温至160℃，搅拌反应6h，冷却至室温，出料，收集出料物，将出料物蒸发去除丙酮，收集剩余物，将剩余物利用石油醚进行萃取，收集上层液；
(3)将上层液、混合溶剂、添加剂按质量比16:23:6进行混合，升温至65℃，搅拌反应8h，冷却至10℃，静置1h，过滤，将滤饼利用二氯甲烷进行洗涤，收集洗涤物；
(4)将洗涤物、辅助料及乙醇溶液按质量比10:6:20混合均匀，在80℃搅拌反应9h，收集反应混合，去除乙醇溶液，收集剩物，将剩物、分散剂及水按质量比16:3:20混合均匀，即得钻井液用水基润滑剂。
对比例1
混合料为丙烯酸酯、聚乙二醇及海藻酸按质量比13:10:4混合而成。
催化剂为甲醇钠、亚磷酸按等质量比混合而成。
混合溶剂为二氯甲烷、甲苯按体积比9:2混合而成。
添加剂为环氧氯丙烷、四丁基溴化铵按质量比16:2混合而成。
辅助料为三乙胺盐酸盐、马来酸酐按质量比6:10混合而成。
分散剂为吐温80、司班85中的任意一种。
一种钻井液用水基润滑剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数计，取250份丙酮、115份混合料、120份松香、8份催化剂，首先将丙酮、松香放入反应釜中，氮气保护，在85℃预热1h；
(2)在预热结束后，加入混合料、催化剂，升温至165℃，搅拌反应6h，冷却至室温，出料，收集出料物，将出料物蒸发去除丙酮，收集剩余物，将剩余物利用石油醚进行萃取，收集上层液；
(3)将上层液、混合溶剂、添加剂按质量比16:26:7进行混合，升温至68℃，搅拌反应8h，冷却至13℃，静置1h，过滤，将滤饼利用二氯甲烷进行洗涤，收集洗涤物；
(4)将洗涤物、辅助料及乙醇溶液按质量比10:7:20混合均匀，在80℃搅拌反应9h，收集反应混合，去除乙醇溶液，收集剩物，将剩物、分散剂及水按质量比16:5:21混合均匀，即得钻井液用水基润滑剂。
将实施例和对比例制备的钻井液用水基润滑剂进行如下测试：
(一)润滑性能评价
(1)在淡水膨润土浆中润滑系数的测定
配制2份3％淡水基浆：每杯300mL蒸馏水，加入9g钻井液试验用钠膨润土，用11000r/min的转速高速搅拌20min后，在密闭的容器中室温养护不得少于16h；于其中一份基浆中加入6g试样，用11000r/min的转速高速搅拌20min，即为淡水膨润土试验浆；在极压润滑仪上，分别测定蒸馏水、淡水基浆及淡水试验浆在20℃～30℃时扭矩读数，极压润滑仪测定时间不得小于5min，读取稳定值。测试结果如表1所示。
(2)海水膨润土浆中润滑系数的测定
量取300mL蒸馏水，加入钻井液试验用钠膨润土36g，用11000r/min的转速高速搅拌20min后，在密闭的容器中室温养护不得少于16h，配制成含土量12％的预水化膨润土浆；配制2份6％海水膨润土基浆：量取225mL天然海水，加入84g预水化膨润土浆和0.9g PF-PACHV，用11000r/min的转速高速搅拌20min，养护16h后，用11000r/min的转速高速搅拌20min；于其中一份基浆中加入6g试样，用11000r/min的转速高速搅拌20min，即为海水膨润土试验浆；在极压润滑仪上，分别测定蒸馏水、海水膨润土基浆及海水膨润土试验浆在20℃～30℃时的扭矩读数，极压润滑仪测定时间不得小于5min，读取稳定值。测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002395147980000071
(二)生物降解性能评价
将样品用蒸馏水稀释至适当浓度，用HACH公司BODTRAKTM仪器测定其BOD5，按照HACH公司BODTRAKTM仪器说明书进行测试。
将样品用蒸馏水稀释至适当浓度，按照HACH公司DR890光度计操作说明书223页化学耗氧量反应器消解法的相关步骤进行。测定结果如下：
BOD<sub>5</sub>/COD
实施例1 1.369
实施例2 1.412
实施例3 1.372
对比例1 0.952
综上所述，本发明取得了较好的效果。

Claims (7)

1.一种钻井液用水基润滑剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数计，取200～300份丙酮、110～120份混合料、100～130份松香、80～90份脂肪醇聚氧乙烯醚、6～9份催化剂，首先将丙酮、松香、脂肪醇聚氧乙烯醚放入反应釜中，氮气保护，预热；
(2)在预热结束后，加入混合料、催化剂，升温至160～170℃，搅拌反应，冷却，出料，收集出料物，将出料物蒸发去除丙酮，收集剩余物，将剩余物利用石油醚进行萃取，收集上层液；
(3)将上层液、混合溶剂、添加剂按质量比16:23～30:6～8进行混合，升温至65～70℃，搅拌反应，冷却至10～15℃，静置，过滤，将滤饼利用二氯甲烷进行洗涤，收集洗涤物；
(4)将洗涤物、辅助料及乙醇溶液按质量比10:6～8:20混合均匀，搅拌反应，收集反应混合，去除乙醇溶液，收集剩物，将剩物、分散剂及水按质量比16:3～6:20～23混合均匀，即得钻井液用水基润滑剂。
2.根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述混合料为丙烯酸酯、聚乙二醇及海藻酸按质量比13:10:2～6混合而成。
3.根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为甲醇钠、亚磷酸按等质量比混合而成。
4.根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中混合溶剂为二氯甲烷、甲苯按体积比9:1～3混合而成。
5.根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中添加剂为环氧氯丙烷、四丁基溴化铵按质量比16:1～3混合而成。
6.根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中辅助料为三乙胺盐酸盐、马来酸酐按质量比6:9～12混合而成。
7.根据权利要求1所述的钻井液用水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中分散剂为吐温80、司班85中的任意一种。
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